JPH11183154A - Electron beam system inspection or measurement apparatus and its method and optical height detecting apparatus - Google Patents

Electron beam system inspection or measurement apparatus and its method and optical height detecting apparatus

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JPH11183154A
JPH11183154A JP9351607A JP35160797A JPH11183154A JP H11183154 A JPH11183154 A JP H11183154A JP 9351607 A JP9351607 A JP 9351607A JP 35160797 A JP35160797 A JP 35160797A JP H11183154 A JPH11183154 A JP H11183154A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable inspection and length measurement with high precision and high reliability on the basis of an electron beam image (SEM), by reducing image distortion caused by deflection and aberration of an electron optical system, and deterioration of resolution due to defocus, and improving the quality of the electron beam image (SEM). SOLUTION: This measuring apparatus is provided with an electron beam image detection optical system 104 detecting a secondary electron beam image generated from an object to be inspected by an electron beam cast from an electron optical system, optical height detecting apparatus 200a, 200b detecting optically the surface height, a focus control means 109 converging the electron beam on the object in the focusing state by controlling an objective 103 of the electron optical system, a deflection control means 108 correcting image distortion containing magnification error of an electron beam image which is generated on the basis of focus control, and an image processing means 124 performing inspection or measurement of a pattern which is formed on the object on the basis of the secondary electron beam image.

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、半導体ウェハ等の
半導体基板を対象物として、電子線やイオンビームなど
の荷電粒子線を用いる検査または測定装置およびその方
法、荷電粒子線像観察および加工装置並びに光学的高さ
検出装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inspection or measuring apparatus and method using a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam for a semiconductor substrate such as a semiconductor wafer, and a charged particle beam image observation and processing apparatus. And an optical height detecting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】荷電粒子線を用いる装置として、電子顕
微鏡画像を用いて半導体ウェハなどに形成された微細回
路パターンを検査・計測するための自動検査システムを
例として説明する。半導体ウェハなどに形成される微細
回路パターンの欠陥検査は、被検査パターンと良品パタ
ーンや被検査ウェハ上の同種のパターンとの比較により
行われ、光学式顕微鏡画像を用いた装置が多く実用化さ
れている。同様に、電子顕微鏡画像を用いる場合にもパ
ターンの画像を比較することにより欠陥検査が行われ
る。また、半導体装置の製造プロセス条件の設定やモニ
タなどに使用される微細回路パターンの線幅や穴径など
を測定する走査型電子顕微鏡による測長装置において
も、画像処理による測長の自動化が行われている。この
ように、同様のパターンの電子線像を比較することによ
りその欠陥を検出する比較検査や、電子線像を処理して
パターンの線幅などを測定する場合には、得られる電子
線像の質がその検査結果の信頼性に多大な影響を与え
る。電子線像の質は、電子光学系の偏向や収差などが原
因となる画像歪みや、デフォーカスによる解像度の低下
などにより劣化する。これらの像質の劣化は比較検査や
測長の性能を低下させる。試料表面の高さが一定でない
場合に、その全ての範囲にわたり同じ条件で入力した電
子線像で検査を行うと、図1に示すように検査箇所によ
り電子線像が変化する。合焦点の画像(a)とデフォー
カスした画像(b)および(c)を比較して検査を行う
と正しい結果は得られない。また、これらの画像ではパ
ターンの幅が変化したり、画像のエッジ検出の結果が安
定して得られなくなるため、パターンの線幅や穴径も安
定して測定できないこととなる。従来電子顕微鏡の焦点
合わせは、電子線像を見ながら対物レンズの制御電流等
を調節することにより行っているが、多くの時間を要す
るのに加え、電子線で試料表面を何度も走査することと
なり、試料へのダメージも問題となる可能性がある。
2. Description of the Related Art As an apparatus using a charged particle beam, an automatic inspection system for inspecting and measuring a fine circuit pattern formed on a semiconductor wafer or the like using an electron microscope image will be described as an example. Defect inspection of fine circuit patterns formed on semiconductor wafers and the like is performed by comparing the pattern to be inspected with a non-defective pattern or the same type of pattern on the wafer to be inspected, and many apparatuses using optical microscope images have been put into practical use. ing. Similarly, when an electron microscope image is used, a defect inspection is performed by comparing pattern images. Also, in a length measuring device using a scanning electron microscope that measures the line width and the hole diameter of a fine circuit pattern used for setting the manufacturing process conditions of a semiconductor device or for monitoring, etc., the length measurement is automated by image processing. Have been done. As described above, in the case of a comparative inspection for detecting a defect by comparing electron beam images of similar patterns, or when processing an electron beam image to measure the line width of a pattern, the obtained electron beam image Quality greatly affects the reliability of the test results. The quality of an electron beam image is degraded due to image distortion caused by deflection or aberration of the electron optical system, or a decrease in resolution due to defocus. These deteriorations in image quality degrade the performance of comparative inspection and length measurement. When the inspection is performed with an electron beam image input under the same conditions over the entire range when the height of the sample surface is not constant, the electron beam image changes depending on the inspection location as shown in FIG. If the inspection is performed by comparing the focused image (a) with the defocused images (b) and (c), correct results cannot be obtained. Further, in these images, the width of the pattern changes and the result of edge detection of the image cannot be obtained stably, so that the line width and hole diameter of the pattern cannot be measured stably. Conventionally, focusing with an electron microscope is performed by adjusting the control current of the objective lens while observing the electron beam image, but in addition to taking a lot of time, the electron beam scans the sample surface many times. As a result, damage to the sample may be a problem.

【0003】また、収束荷電粒子線を用いた加工装置の
場合には、荷電粒子線の焦点合わせは加工精度に影響を
与えることとなり、観察用の装置と同様に非常に重要な
課題である。これらの装置においては、電子顕微鏡のよ
うに像を観察して焦点調節を行うことができない。この
ため、ウェハの高さをほかの手法で検出し、対物レンズ
の制御電流あるいは試料ステージ高さにフィードバック
することが必要とされる。加工装置の例としては、電子
線式の半導体パターン露光装置や、収束イオンビームに
よる回路の修正装置などがあげられる。さらに、荷電粒
子光学系は試料の高さが変化すると、焦点の合い具合だ
けでなく、一般に、その倍率も変化する。このため、試
料の高さを検出し荷電粒子光学系の走査幅にもフィード
バックを加えることが必要になる。
In the case of a processing apparatus using a convergent charged particle beam, focusing of the charged particle beam affects the processing accuracy, and is a very important problem as in the observation apparatus. In these devices, focusing cannot be performed by observing an image like an electron microscope. Therefore, it is necessary to detect the height of the wafer by another method and feed it back to the control current of the objective lens or the height of the sample stage. Examples of the processing apparatus include an electron beam type semiconductor pattern exposure apparatus and a circuit correction apparatus using a focused ion beam. Further, as the height of the sample changes, not only the degree of focusing but also generally the magnification of the charged particle optical system changes. For this reason, it is necessary to detect the height of the sample and add feedback to the scanning width of the charged particle optical system.

【0004】従来、たとえば特開昭58−168906
に示されているように、スポット光を試料表面に照射
し、この正反射光を結像しその像の位置を検出器で検出
することにより、試料の高さを求めることが広く行われ
ていた。検出器としては、光の当たった位置に比例した
信号を出力するPSDと呼ばれる検出器、2分割フォト
ダイオード、1次元リニアイメージセンサの何れかが従
来用いられてきた。しかしこの方法は、試料表面に反射
率の分布がありスポット光が反射率の異なる境界上に当
たる場合、大きな高さ検出誤差を生じるという問題点が
ある。これはスポット光の検出波形が崩れるために、ス
ポットの真の中心位置とスポットの重心位置が一致しな
いため、スポットの重心位置を出力するPSDや2分割
フォトダイオードではスポットの真の中心位置が検出で
きないためである。1次元リニアイメージセンサを使用
すれば、信号処理方法を工夫することによって、スポッ
トの真の中心位置に検出値を近づけることができるが、
試料表面に大きい反射率むらがある場合にスポット像の
輪郭を正確に安定に検出することは困難である。試料表
面の反射率むらの原因としては表面の材質の違いのほか
に、表面上の微細パターンによる散乱の影響があり、特
に半導体装置の表面の様に微細な回路パターンが描かれ
た試料の場合にはこの影響は深刻である。また、試料表
面の変位が大きい場合には、投影光と試料表面、検出器
の間の結像関係が変化するため、検出光の像の増大など
の原因により、試料表面の反射率むらによる誤差がさら
に大きくなるという問題がある。製造プロセス途中にあ
る被検査物の半導体ウェハは加熱処理などによる変形が
生じ、その変形量は最悪大で数百μmにもおよぶため、
広範囲な検出においても安定に精度を保つことが重要と
なる。
[0004] Conventionally, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-168906.
As shown in (2), it is widely used to determine the height of a sample by irradiating a spot light onto a sample surface, forming an image of the specularly reflected light, and detecting the position of the image with a detector. Was. As the detector, any of a detector called a PSD which outputs a signal proportional to a position where light is applied, a two-division photodiode, and a one-dimensional linear image sensor has been conventionally used. However, this method has a problem that a large height detection error occurs when the sample surface has a distribution of the reflectance and the spot light hits a boundary having a different reflectance. This is because the true center position of the spot does not match the center of gravity of the spot because the spot light detection waveform is distorted. This is because they cannot. If a one-dimensional linear image sensor is used, the detection value can be brought closer to the true center position of the spot by devising a signal processing method.
It is difficult to accurately and stably detect the contour of a spot image when there is a large uneven reflectance on the sample surface. The cause of the uneven reflectance of the sample surface is not only the difference in the material of the surface, but also the effect of scattering due to the fine pattern on the surface, especially when the sample has a fine circuit pattern drawn on the surface of a semiconductor device. This effect is severe. If the displacement of the sample surface is large, the imaging relationship between the projected light, the sample surface, and the detector changes. However, there is a problem that is larger. Since the semiconductor wafer of the inspection object in the middle of the manufacturing process is deformed due to heat treatment and the like, the amount of deformation is the worst and several hundred μm,
It is important to stably maintain accuracy even in a wide range of detection.

【0005】試料表面の状態の変化により生じる誤差対
策として、特開昭59ー195728に開示されている
ように、光学式の投影露光装置の焦点あわせのためのウ
ェハ高さセンサとして、複数のスリット像をウェハに斜
方から投影し、その正反射光の位置をラインイメージセ
ンサで検出することによって、高精度にウェハ表面の高
さと傾き検出を行う手法が提案されている。しかし、こ
の手法によっても、先述のような広範囲検出の際の不安
定さの十分な解決策とはならない。この手法はZステー
ジをもち、ステージによりウェハ表面を一定の高さに制
御してから露光を行う光学式の投影露光装置に用いる手
法であり、広範囲で安定な高さ検出は必ずしも必要では
なかった。しかし、電子顕微鏡などの荷電粒子線装置で
は、真空試料室内での可動機構の信頼性やコストの問題
があり、Zステージを持たないものが一般的であり、広
範囲な高さ検出の実現は非常に重要である。別の公知例
として、USP4477185およびUSP53112
88に示されているように、左右から試料上の同一の点
にスポット光を重ねあわせて投影し、それぞれの正反射
光の位置をたし合わせて検出する方法が開示されてい
る。この方法は、試料表面の反射率の分布による検出誤
差は反対方向から検出すると符号が反対になり、たしあ
わせることにより相殺される事を利用している。この方
法は、試料が基準高さにあってスポット光の位置が正確
に重ね合わされている場合は検出誤差が非常に小さくな
るが、試料の高さが変わると、スポット光の重ね合わせ
が成り立たなくなり、試料表面の反射率の分布による検
出誤差を発生する。そのため先述の方法と同様に、常に
Zステージで試料の高さを一定に保つような場合にはこ
の方法は効果を奏するが、Zステージを持たずに対物レ
ンズの制御によって焦点位置を変化させる構成の装置の
ための高さセンサとしては、問題があった。
As a measure against an error caused by a change in the state of the sample surface, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-195728, a plurality of slits are used as a wafer height sensor for focusing an optical projection exposure apparatus. A method has been proposed in which an image is projected onto a wafer from an oblique direction and the position of specular reflection light is detected by a line image sensor to detect the height and inclination of the wafer surface with high accuracy. However, even this method does not provide a sufficient solution to the instability at the time of wide-area detection as described above. This method has a Z stage, and is a method used for an optical projection exposure apparatus that performs exposure after controlling the wafer surface to a constant height by the stage, and stable height detection over a wide range is not necessarily required. . However, charged particle beam devices such as electron microscopes have problems with the reliability and cost of the movable mechanism in the vacuum sample chamber, and generally do not have a Z-stage. Is important. As other known examples, US Pat. No. 4,477,185 and US Pat.
As shown in FIG. 88, a method is disclosed in which a spot light is projected from the left and right onto the same point on the sample in a superimposed manner, and the positions of the respective specularly reflected lights are combined to detect the same. This method makes use of the fact that the detection error due to the distribution of the reflectance of the sample surface becomes opposite when the detection error is detected from the opposite direction, and is canceled out by the addition. In this method, the detection error becomes very small when the sample is at the reference height and the position of the spotlight is accurately superimposed, but when the height of the sample changes, the superimposition of the spotlight becomes impossible. Then, a detection error occurs due to the distribution of the reflectance of the sample surface. Therefore, as in the case of the above-mentioned method, this method is effective when the height of the sample is always kept constant at the Z stage. However, a configuration in which the focal position is changed by controlling the objective lens without using the Z stage. There was a problem as a height sensor for this device.

【0006】試料表面の変位に対して、光学系を移動さ
せる機能を持った高さ検出方式も特開平6−36727
や特開昭63−254649などに示されているが、高
精度な可動機構が必要となり、装置が大がかりになると
いった問題がある。また、これら光学式の手法により安
定な高さ検出を実現することができたとしても、それを
用いて焦点調節を行う荷電粒子光学系の視野と高さ検出
器の測定位置が一致していなければ、焦点調節の機能は
うまく働かなくなる。特に、試料の載ったステージを連
続的に移動させながらフォーカスを制御する場合には、
高さ検出器の検出時間遅れによる位置ずれが生じるた
め、対策が必要となる。
A height detecting method having a function of moving an optical system in response to a displacement of a sample surface is also disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-67727.
However, there is a problem that a high-precision movable mechanism is required and the device becomes large-scale. Even if stable height detection can be achieved by these optical methods, the field of view of the charged particle optical system that performs focus adjustment using them must match the measurement position of the height detector. If so, the focus adjustment function will not work. In particular, when controlling the focus while continuously moving the stage on which the sample is placed,
Since a position shift occurs due to a detection time delay of the height detector, a countermeasure is required.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電子
光学系の偏向や収差などが原因となる画像ひずみやデフ
ォーカスによる解像度の低下などを低減して電子線像の
質を向上させて、電子線像を用いた検査や測長を、高精
度でかつ高い信頼性で行えるようにした電子線式検査ま
たは測長装置およびその方法を提供することにある。ま
た、本発明の他の目的は、被検査対象物の表面の高さ検
出と電子光学系に対する制御とを実時間で実行できるこ
とにより、連続的なステージ移動による画像歪みのない
高解像度の電子線画像を得て、検査性能およびその安定
性を向上し、しかも検査時間を短縮できるようにした電
子線式検査または測定装置およびその方法を提供するこ
とにある。また、本発明の他の目的は、荷電粒子光学系
の偏向や収差などが原因となる画像ひずみやデフォーカ
スによる解像度の低下などを低減して荷電粒子線像の質
を向上させて、良好な画像を用いた観察を行えるように
した荷電粒子線観察装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve the quality of an electron beam image by reducing image distortion due to deflection or aberration of an electron optical system or reduction in resolution due to defocus. Another object of the present invention is to provide an electron beam type inspection or length measuring apparatus and a method for performing inspection and length measurement using an electron beam image with high accuracy and high reliability. Another object of the present invention is to realize real-time detection of the height of the surface of the object to be inspected and control of the electron optical system, thereby realizing a high-resolution electron beam without image distortion due to continuous stage movement. It is an object of the present invention to provide an electron beam type inspection or measuring apparatus and method for obtaining an image, improving inspection performance and stability thereof, and shortening the inspection time. Further, another object of the present invention is to improve the quality of a charged particle beam image by reducing image distortion caused by deflection or aberration of a charged particle optical system or a decrease in resolution due to defocus, thereby improving the quality of a charged particle beam image. It is an object of the present invention to provide a charged particle beam observation device which enables observation using an image.

【0008】また、本発明の他の目的は、極微細なパタ
ーンを像歪みのない高解像度で露光や加工をできるよう
にした電子ビーム露光装置、収束イオンビーム加工装置
を提供することにある。また、本発明の他の目的は、簡
単な構成によって対象物の表面の高さを高精度に検出す
ることができるようにした光学的高さ検出装置を提供す
ることにある。
Another object of the present invention is to provide an electron beam exposure apparatus and a focused ion beam processing apparatus capable of exposing and processing an extremely fine pattern at high resolution without image distortion. Another object of the present invention is to provide an optical height detecting device capable of detecting the height of the surface of an object with high accuracy by a simple configuration.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、電子線源と該電子線源から発せられた電
子線を偏向する偏向素子と該偏向素子で偏向される電子
線を被検査対象物上に集束して照射する対物レンズとを
有する電子光学系と、該電子光学系で偏向し、集束して
照射された電子線によって前記被検査対象物から発生す
る二次電子線像を検出する電子線像検出光学系と、前記
被検査対象物上に格子状(例えばスリット状)の光束を
斜め上方から投影する投影光学系と該投影光学系で投影
された格子状の光束によって被検査対象物の表面から反
射した格子状の光束を結像させてこの結像状態に応じた
格子状の光学像を受光して格子状の信号に変換して検出
する検出光学系と該検出光学系で検出される格子状の信
号から得られる例えば被検査対象物の表面の概略高さに
基づいて検出誤差が小さい結像状態(例えば(数34)
式に基づいて合焦点格子sf)を探索し、該探索された
検出誤差が小さい結像状態に対して適合する重み付け処
理(例えば、重みを用いた加重平均処理または重みを用
いた積和処理)を前記検出光学系で検出される格子状の
信号に対して施すことによって格子状の信号としての基
準高さに応じた基準信号に対する移動量または位相変化
量を例えば(数35)式または(数37)式に基づいて
求めて前記被検査対象物の表面の高さに応じた情報を得
る算出手段とを有する光学的高さ検出装置と、該光学的
高さ検出装置で得られた被検査対象物の表面の高さに応
じた情報に基づいて前記電子光学系の対物レンズに流す
電流または印加する電圧を制御して電子線を被検査対象
物上に合焦点状態で集束させる焦点制御手段と、前記電
子線像検出光学系で検出される二次電子線像に基づいて
被検査対象物上に形成されたパターンの検査または測定
を行う画像処理手段とを備えたことを特徴とする電子線
式検査または測定装置である。
To achieve the above object, the present invention provides an electron beam source, a deflecting element for deflecting an electron beam emitted from the electron beam source, and an electron beam deflected by the deflecting element. And an electron lens having an objective lens for focusing and irradiating the object on the object to be inspected, and secondary electrons generated from the object to be inspected by the electron beam which is deflected by the electron optical system, focused and irradiated. An electron beam image detecting optical system for detecting a line image, a projection optical system for projecting a lattice-like (for example, slit-like) light beam onto the object to be inspected from obliquely above, and a grid-like image projected by the projection optical system. A detection optical system which forms an image of a lattice-like light beam reflected from the surface of the object to be inspected by the light beam, receives a lattice-like optical image corresponding to this imaging state, converts the optical image into a lattice-like signal, and detects it. Example obtained from a lattice signal detected by the detection optical system If the detected error is small imaging condition based on the outline level of the surface of the inspected object (e.g., (number 34)
A focusing lattice sf) is searched based on the equation, and a weighting process (for example, a weighted average process using a weight or a product-sum process using a weight) adapted to an imaging state in which the detected detection error is small. Is applied to the grid-like signal detected by the detection optical system, so that the amount of movement or the amount of phase change with respect to the reference signal corresponding to the reference height as the grid-like signal can be calculated by, for example, Equation (35) or (Equation 35). 37) an optical height detecting device having calculating means for obtaining information according to the surface height of the inspection object obtained based on the equation (37), and an inspection device obtained by the optical height detecting device. Focus control means for controlling a current or a voltage to be applied to the objective lens of the electron optical system based on information corresponding to the height of the surface of the object to focus the electron beam on the object to be inspected in a focused state. And the electron beam image detecting optical system Based on the secondary electron beam image detected is an electron beam inspection or measurement device characterized by comprising an image processing means for performing inspection or measurement of the pattern formed on the object to be inspected.

【0010】また、本発明は、電子線源と該電子線源か
ら発せられた電子線を偏向する偏向素子と該偏向素子で
偏向される電子線を被検査対象物上に集束して照射する
対物レンズとを有する電子光学系と、該電子光学系で偏
向し、集束して照射された電子線によって前記被検査対
象物から発生する二次電子線像を検出する電子線像検出
光学系と、前記被検査対象物上に格子状(例えばスリッ
ト状)の光束を斜め上方から投影する投影光学系と該投
影光学系で投影された格子状の光束によって被検査対象
物の表面から反射した格子状の光束を結像させてこの結
像状態に応じた格子状の光学像を受光して格子状の信号
に変換して検出する検出光学系と該検出光学系で検出さ
れる格子状の信号に対して検出誤差が小さくなるような
選択的な処理を施すことによって格子状の信号としての
基準信号に対する移動量または位相変化量を求めて前記
被検査対象物の表面の高さに応じた情報を得る算出手段
とを有する光学的高さ検出装置と、該光学的高さ検出装
置で得られた被検査対象物の表面の高さに応じた情報に
基づいて前記電子光学系の対物レンズに流す電流または
印加する電圧を制御して電子線を被検査対象物上に合焦
点状態で集束させる焦点制御手段と、前記電子線像検出
光学系で検出される二次電子線像に基づいて被検査対象
物上に形成されたパターンの検査または測定を行う画像
処理手段とを備えたことを特徴とする電子線式検査また
は測定装置である。
Further, according to the present invention, an electron beam source, a deflecting element for deflecting the electron beam emitted from the electron beam source, and an electron beam deflected by the deflecting element are focused and irradiated on an object to be inspected. An electron optical system having an objective lens, and an electron beam image detection optical system that detects a secondary electron beam image generated from the inspection object by an electron beam that is deflected by the electron optical system, focused, and irradiated. A projection optical system for projecting a lattice-like (for example, slit-like) light beam onto the inspection object from obliquely above, and a grating reflected from the surface of the inspection object by the lattice-like light beam projected by the projection optical system. Detection optical system that forms a lattice-like light beam, receives a lattice-like optical image corresponding to this imaging state, converts it into a lattice-like signal, and detects the lattice-like signal, and a lattice-like signal detected by the detection optical system Selective processing to reduce the detection error An optical height detecting device having calculating means for obtaining a movement amount or a phase change amount with respect to a reference signal as a lattice signal to obtain information corresponding to the height of the surface of the object to be inspected; The electron beam is controlled by controlling a current or a voltage applied to the objective lens of the electron optical system based on information corresponding to the surface height of the object to be inspected obtained by the optical height detecting device. Focus control means for focusing on an object in a focused state, and an image for inspecting or measuring a pattern formed on the object to be inspected based on a secondary electron beam image detected by the electron beam image detecting optical system An electron beam type inspection or measurement device comprising a processing unit.

【0011】また、本発明は、前記電子線式検査または
測定装置において、前記光学的高さ検出装置の算出手段
における選択的な処理は、重み関数(w(x)またはw
(s))に基づく重み付け処理(例えば、重みを用いた
加重平均処理または重みを用いた積和処理)であること
を特徴とする。また、本発明は、電子線源と該電子線源
から発せられた電子線を偏向する偏向素子と該偏向素子
で偏向される電子線を被検査対象物上に集束して照射す
る対物レンズとを有する電子光学系と、該電子光学系で
偏向し、集束して照射された電子線によって前記被検査
対象物から発生する二次電子線像を検出する電子線像検
出光学系と、例えば図30、図32、図33に示す如
く、前記電子光学系によって電子線が照射される被検査
対象物上の領域において近接した異なる複数の個所に複
数のスリット状あるいはスポット状の光束の各々を斜め
上方から結像投影する投影光学系と該投影光学系で被検
査対象物上の複数の個所に結像投影された複数の光束に
よって反射された複数の光束の各々を結像させてこれら
結像された複数の光束像を受光して複数の信号に変換し
て検出する検出光学系と該検出光学系で検出された複数
の検出信号の各々における基準高さに応じた基準信号に
対する移動量または位相変化量を求めて前記複数個所の
表面の高さに応じた情報を得、該得られた複数個所の表
面の高さに応じた情報を補間(内挿補間および外挿補間
も含む。)することによって位置ずれ分シフトした電子
線が照射される個所における表面の高さに応じた情報を
算出する算出手段とを有する光学的高さ検出装置と、該
光学的高さ検出装置で算出された電子線が照射される個
所における表面の高さに応じた情報に基づいて前記電子
光学系の対物レンズに流す電流または印加する電圧を制
御して電子線を被検査対象物上に合焦点状態で集束させ
る焦点制御手段と、前記電子線像検出光学系で検出され
る二次電子線像に基づいて被検査対象物上に形成された
パターンの検査または測定を行う画像処理手段とを備え
たことを特徴とする電子線式検査または測定装置であ
る。
According to the present invention, in the electron beam type inspection or measuring apparatus, the selective processing in the calculating means of the optical height detecting apparatus is performed by a weighting function (w (x) or w (x)).
(S)) (for example, a weighted average process using weights or a product-sum process using weights). Further, the present invention provides an electron beam source, a deflection element for deflecting the electron beam emitted from the electron beam source, and an objective lens for focusing and irradiating the electron beam deflected by the deflection element onto the inspection object. And an electron beam image detection optical system that detects a secondary electron beam image generated from the inspection object by an electron beam that is deflected by the electron optical system, focused, and irradiated. As shown in FIG. 30, FIG. 32, and FIG. 33, each of a plurality of slit-like or spot-like luminous fluxes is obliquely placed at a plurality of different places close to each other in a region on the inspection object irradiated with the electron beam by the electron optical system. A projection optical system that forms an image from above and a plurality of light beams that are reflected by a plurality of light beams that are formed and projected on a plurality of locations on the inspection object by the projection optical system to form an image. Received multiple luminous flux images A detection optical system that converts and detects the number of signals, and obtains a movement amount or a phase change amount with respect to a reference signal corresponding to a reference height in each of the plurality of detection signals detected by the detection optical system, and Electron beam shifted by the amount of displacement by obtaining information corresponding to the surface height and interpolating (including interpolation and extrapolation) the obtained information corresponding to the surface height at a plurality of locations. Calculating means for calculating information corresponding to the height of the surface at the location where the electron beam is irradiated, and the surface at the location where the electron beam calculated by the optical height detection apparatus is irradiated Focus control means for controlling a current flowing through an objective lens of the electron optical system or a voltage to be applied based on information corresponding to the height of the electron beam to focus an electron beam on an object to be inspected in a focused state; Detected by line image detection optics That is an electron beam inspection or measurement device characterized by comprising an image processing means for performing inspection or measurement of a pattern formed on the inspection object based on the secondary electron beam image.

【0012】また、本発明は、電子線源と該電子線源か
ら発せられた電子線を偏向する偏向素子と該偏向素子で
偏向される電子線を被検査対象物上に集束して照射する
対物レンズとを有する電子光学系と、該電子光学系で偏
向し、集束して照射された電子線によって前記被検査対
象物から発生する二次電子線像を検出する電子線像検出
光学系と、前記電子光学系によって電子線が照射される
被検査対象物上の領域において近接した異なる複数の個
所に複数のスリット状あるいはスポット状の光束の各々
を斜め上方から結像投影する投影光学系と該投影光学系
で被検査対象物上の複数の個所に結像投影された複数の
光束によって反射された複数の光束の各々を結像させて
これら結像された複数の光束像を受光して複数の信号に
変換して検出する検出光学系と該検出光学系で検出され
た複数の検出信号の各々における基準高さに応じた基準
信号に対する移動量または位相変化量を求めて前記複数
個所の表面の高さに応じた情報を得、該得られた複数個
所の表面の高さに応じた情報を補間(内挿補間および外
挿補間も含む。)することによって位置ずれ分シフトし
た電子線が照射される個所における表面の高さに応じた
情報を算出する算出手段とを有する光学的高さ検出装置
と、該光学的高さ検出装置で算出された電子線が照射さ
れる個所における表面の高さに応じた情報から、表面の
高さに応じた情報と焦点制御電流または焦点制御電圧と
の間の校正パラメータに基づいて焦点制御電流または焦
点制御電圧を算出し、該算出された焦点制御電流または
焦点制御電圧を前記電子光学系の対物レンズに与えるよ
うに制御して電子線を被検査対象物上に合焦点状態で集
束させる焦点制御手段と、前記電子線像検出光学系で検
出される二次電子線像に基づいて被検査対象物上に形成
されたパターンの検査または測定を行う画像処理手段と
を備えたことを特徴とする電子線式検査または測定装置
である。
Further, according to the present invention, an electron beam source, a deflecting element for deflecting the electron beam emitted from the electron beam source, and an electron beam deflected by the deflecting element are focused and irradiated on an object to be inspected. An electron optical system having an objective lens, and an electron beam image detection optical system that detects a secondary electron beam image generated from the inspection object by an electron beam that is deflected by the electron optical system, focused, and irradiated. A projection optical system for imaging and projecting each of a plurality of slit-like or spot-like luminous fluxes from obliquely above at a plurality of different places close to each other in a region on the inspection object irradiated with an electron beam by the electron optical system; The projection optical system forms an image of each of the plurality of light beams reflected by the plurality of light beams imaged and projected on a plurality of locations on the inspection object, receives the formed plurality of light beam images, and Convert to multiple signals and detect Information corresponding to the height of the surface at the plurality of locations by calculating the amount of movement or the amount of phase change with respect to the reference signal corresponding to the reference height in each of the plurality of detection signals detected by the output optical system and the detection optical system. Interpolation (including interpolation and extrapolation) of the information corresponding to the obtained surface heights at the plurality of locations is performed, and the height of the surface at the location irradiated with the electron beam shifted by the positional shift is obtained. An optical height detecting device having a calculating means for calculating information corresponding to the information, and from information corresponding to the surface height at a location where the electron beam calculated by the optical height detecting device is irradiated, A focus control current or a focus control voltage is calculated based on a calibration parameter between the information corresponding to the height of the surface and the focus control current or the focus control voltage, and the calculated focus control current or the focus control voltage is calculated by the electronic control unit. Optical system pair Focus control means for controlling the beam to be applied to the lens to focus the electron beam on the object to be inspected in a focused state; and an object to be inspected based on the secondary electron beam image detected by the electron beam image detecting optical system. An electron beam type inspection or measurement device comprising: an image processing means for inspecting or measuring a pattern formed on an object.

【0013】また、本発明は、前記電子線式検査または
測定装置において、更に、前記光学的高さ検出装置で算
出された電子線が照射される個所における表面の高さに
応じた情報に基づいて前記電子光学系の偏向素子への偏
向量を補正して前記焦点制御に基づいて生じる電子線像
の倍率誤差を含む像歪を校正する偏向制御手段を備えた
ことを特徴とする。また、本発明は、予め、ステージ上
に載置され、電子線が照射される被検査対象物上の領域
において被検査対象物上に形成されたパターンの配列情
報に基づいて決められた間隔で表面高さを検出する高さ
検出装置と、該高さ検出装置により検出される前記間隔
での表面高さを補間することによって前記間隔の間の任
意の位置における表面高さを推定する推定手段と、電子
線源と該電子線源から発せられた電子線を偏向する偏向
素子と該偏向素子で偏向される電子線を前記ステージ上
に載置された被検査対象物上に集束して照射する対物レ
ンズとを有する電子光学系と、該電子光学系で偏向し、
集束して照射された電子線によって前記被検査対象物か
ら発生する二次電子線像を検出する電子線像検出光学系
と、前記推定手段によって推定された前記電子光学系に
よって電子線が照射される任意の位置における被検査対
象物の表面高さの情報に基づいて前記電子光学系の対物
レンズに流す電流または印加する電圧を制御して電子線
を被検査対象物上に合焦点状態で集束させる焦点制御手
段と、前記電子線像検出光学系で検出される二次電子線
像に基づいて被検査対象物上に形成されたパターンの検
査または測定を行う画像処理手段とを備えたことを特徴
とする電子線式検査または測定装置である。
[0013] The present invention also provides the electron beam inspection or measurement apparatus, further comprising: information based on a surface height at a location irradiated with the electron beam calculated by the optical height detection apparatus. And a deflection control unit for correcting an amount of deflection of the electron optical system to the deflection element and correcting an image distortion including a magnification error of the electron beam image generated based on the focus control. In addition, the present invention, in advance, is mounted on a stage, at intervals determined based on the array information of the pattern formed on the inspection target in the region on the inspection target irradiated with the electron beam A height detecting device for detecting a surface height, and an estimating means for estimating a surface height at an arbitrary position between the intervals by interpolating the surface height at the intervals detected by the height detecting device. An electron beam source, a deflecting element for deflecting the electron beam emitted from the electron beam source, and an electron beam deflected by the deflecting element focused and irradiated on an inspection object mounted on the stage. An electron optical system having an objective lens and a deflection by the electron optical system,
An electron beam image detecting optical system for detecting a secondary electron beam image generated from the object to be inspected by the focused and irradiated electron beam, and an electron beam is irradiated by the electron optical system estimated by the estimating means. Control the current or voltage applied to the objective lens of the electron optical system based on information on the surface height of the inspection object at an arbitrary position to focus the electron beam on the inspection object in a focused state. A focus control unit for performing the inspection, and an image processing unit for inspecting or measuring a pattern formed on the inspection object based on the secondary electron beam image detected by the electron beam image detection optical system. It is an electron beam type inspection or measurement device.

【0014】また、本発明は、前記電子線式検査または
測定装置において、前記焦点制御手段として、前記電子
光学系による焦点位置と前記被検査対象物を載置するテ
ーブルとの高さ方向の相対位置を制御するように構成し
ても良い。また、本発明は、被検査対象物を少なくとも
所定方向に移動させ、被検査対象物上に格子状(例えば
スリット状)の光束を斜め上方から投影する投影光学系
と該投影光学系で投影された格子状の光束によって被検
査対象物の表面から反射した格子状の光束を結像させて
この結像状態に応じた格子状の光学像を受光して格子状
の信号に変換して検出する検出光学系とを有する光学的
高さ検出装置により前記検出光学系で検出される格子状
の信号に基づいて検出誤差が小さい結像状態(例えば
(数34)式に基づいて合焦点格子sf)を探索し、該
探索された検出誤差が小さい結像状態に対して適合する
重み付け処理を前記検出光学系で検出される格子状の信
号に対して施すことによって格子状の信号としての基準
高さに応じた基準信号に対する移動量または位相変化量
を例えば(数35)式または(数37)式に基づいて求
めて電子線が照射される被検査対象物上の領域における
表面の高さを検出し、該検出された表面の高さに基づい
て電子光学系の対物レンズに流す電流または印加する電
圧を制御して電子線源から発せられた電子線を電子光学
系の偏向素子で偏向させて被検査対象物上に合焦点状態
で集束させ、該偏向して合焦点状態で集束して照射され
た電子線によって被検査対象物上から発生する二次電子
線像を電子線像検出光学系によって検出し、該検出され
る二次電子線像に基づいて被検査対象物上に形成された
パターンの検査または測定を行うことを特徴とする電子
線式検査または測定方法である。
Further, according to the present invention, in the electron beam type inspection or measurement apparatus, the focus control means may include a relative position in a height direction between a focus position of the electron optical system and a table on which the inspection object is placed. The position may be controlled. Further, according to the present invention, a projection optical system for moving a test object in at least a predetermined direction and projecting a lattice-like (for example, slit-like) light beam onto the test object from obliquely above, The lattice-like light beam reflected from the surface of the inspection object is imaged by the lattice-like light beam, and a lattice-like optical image corresponding to the imaging state is received, converted into a lattice-like signal, and detected. An imaging state in which a detection error is small based on a grid-like signal detected by the detection optical system by an optical height detection device having a detection optical system (for example, a focused grating sf based on Expression 34). , And performing a weighting process suitable for an imaged state in which the detected error is small to the lattice-like signal detected by the detection optical system to obtain a reference height as a lattice-like signal. For the reference signal according to The amount of movement or the amount of phase change is determined based on, for example, Expression (35) or Expression (37), and the height of the surface in the region on the inspection object irradiated with the electron beam is detected. The electron beam emitted from the electron beam source is controlled by controlling the current flowing through the objective lens of the electron optical system or the voltage to be applied based on the height of the electron beam. Focused in a focus state, a secondary electron beam image generated from the inspected object by the deflected, focused and irradiated electron beam in the focused state is detected by an electron beam image detecting optical system, and the detected An electron beam inspection or measurement method characterized by inspecting or measuring a pattern formed on an object to be inspected based on a secondary electron beam image.

【0015】また、本発明は、被検査対象物を少なくと
も所定方向に移動させ、例えば図30、図32、図33
に示す如く、被検査対象物上の近接した異なる複数の個
所に複数のスリット状あるいはスポット状の光束の各々
を斜め上方から結像投影する投影光学系と該投影光学系
で被検査対象物上の複数の個所に結像投影された複数の
光束によって反射された複数の光束の各々を結像させて
これら結像された複数の光束像を受光して複数の信号に
変換して検出する検出光学系とを有する光学的高さ検出
装置により前記検出光学系で検出された複数の検出信号
の各々における基準高さに応じた基準信号に対する移動
量または位相変化量を求めて前記複数個所の表面の高さ
に応じた情報を得、該得られた複数個所の表面の高さを
例えば図31および図34に示す如く補間(内挿補間お
よび外挿補間も含む。)することによって位置ずれ分シ
フトした電子線が照射される個所における表面の高さを
算出し、該算出された表面の高さに基づいて電子光学系
の対物レンズに流す電流または印加する電圧を制御して
電子線源から発せられた電子線を電子光学系の偏向素子
で偏向させて被検査対象物上に合焦点状態で集束させ、
該偏向して合焦点状態で集束して照射された電子線によ
って被検査対象物上から発生する二次電子線像を電子線
像検出光学系によって検出し、該検出される二次電子線
像に基づいて被検査対象物上に形成されたパターンの検
査または測定を行うことを特徴とする電子線式検査また
は測定方法である。
Further, according to the present invention, the object to be inspected is moved at least in a predetermined direction.
As shown in FIG. 2, a projection optical system for forming and projecting a plurality of slit-shaped or spot-shaped light beams from a diagonally upper position on a plurality of adjacent different places on the inspection object, and the projection optical system on the inspection object Detecting each of a plurality of light beams reflected by a plurality of light beams imaged and projected at a plurality of locations, receiving the formed plurality of light beam images, converting them into a plurality of signals, and detecting them An optical height detecting device having an optical system and a moving amount or a phase change amount with respect to a reference signal corresponding to a reference height in each of the plurality of detection signals detected by the detecting optical system. Information obtained according to the height of the surface is obtained, and the obtained heights of the surface at a plurality of locations are interpolated (including interpolation and extrapolation) as shown in FIGS. 31 and 34, for example. The electron beam shifted by the shift The electron beam emitted from the electron beam source by calculating the height of the surface at the place where the light is projected, and controlling the current or the voltage applied to the objective lens of the electron optical system based on the calculated height of the surface Is deflected by a deflecting element of an electron optical system to be focused on an object to be inspected in a focused state,
An electron beam image detecting optical system detects a secondary electron beam image generated from the inspected object by the electron beam that has been deflected and focused in a focused state, and the detected secondary electron beam image is detected. An inspection or measurement method for an electron beam, wherein an inspection or measurement of a pattern formed on an object to be inspected is performed based on the inspection method.

【0016】また、本発明は、前記電子線式検査または
測定方法において、前記電子光学系の対物レンズに与え
る焦点制御電流または焦点制御電圧を、算出された位置
ずれ分シフトした電子線が照射される個所における表面
の高さから、表面の高さに応じた情報と焦点制御電流ま
たは焦点制御電圧との間の校正パラメータに基づいて算
出することを特徴とする。また、本発明は、予め、高さ
検出装置により、ステージ上に載置され、電子線が照射
される被検査対象物上の領域において被検査対象物上に
形成されたパターンの配列情報に基づいて決められた間
隔で表面高さを検出して高さ分布を求め、該高さ分布
(前記間隔での表面高さ)を補間することによって前記
間隔の間の任意の位置における表面高さを推定し、該推
定された電子線が照射される位置における表面の高さに
基づいて電子光学系の対物レンズに流す電流または印加
する電圧を制御して電子線源から発せられた電子線を電
子光学系の偏向素子で偏向させて被検査対象物上に合焦
点状態で集束させ、該偏向して合焦点状態で集束して照
射された電子線によって被検査対象物上から発生する二
次電子線像を電子線像検出光学系によって検出し、該検
出される二次電子線像に基づいて被検査対象物上に形成
されたパターンの検査または測定を行うことを特徴とす
る電子線式検査または測定方法である。
Further, according to the present invention, in the electron beam inspection or measurement method, the electron beam is obtained by shifting a focus control current or a focus control voltage applied to an objective lens of the electron optical system by a calculated positional shift. The calculation is performed based on a calibration parameter between the information corresponding to the surface height and the focus control current or the focus control voltage from the surface height at a certain location. Further, the present invention is based on the arrangement information of the pattern formed on the inspection object in a region on the inspection object which is placed on the stage and irradiated with the electron beam by the height detection device in advance. The height of the surface at any position between the intervals is determined by detecting the surface height at the interval determined in advance and obtaining the height distribution, and interpolating the height distribution (the surface height at the interval). The electron beam emitted from the electron beam source is controlled by controlling the current or the voltage applied to the objective lens of the electron optical system based on the estimated surface height at the position where the electron beam is irradiated. Secondary electrons generated from the object to be inspected by the electron beam irradiated by being deflected by the deflecting element of the optical system to be focused on the object to be inspected in a focused state, and then deflected and focused in the focused state. Line image is detected by electron beam image detection optical system An electron beam inspection or measurement method and performing inspection or measurement of a pattern formed on the inspection object based on the secondary electron beam image to be issued 該検.

【0017】また、本発明は、電子、イオンなどの荷電
粒子線源と該荷電粒子線源から発せられた荷電粒子線を
偏向する偏向素子と該偏向素子で偏向される荷電粒子線
を被観察対象物上に集束して照射する対物レンズとを有
する荷電粒子光学系と、該荷電粒子光学系で偏向し、集
束して照射された荷電粒子線によって前記被観察対象物
上から発生する荷電粒子線像を検出する荷電粒子線像検
出光学系と、被観察対象物上に格子状の光束を被観察対
象物の斜め上方から投影する投影光学系と該投影光学系
で投影された格子状の光束によって被観察対象物の表面
において反射した格子状の光束を結像させてその光学像
の位置を検出する検出光学系とを備え、該検出光学系で
検出する格子状の光束からなる光学像の位置変化に基づ
いて前記被観察対象物上の領域における表面の高さを光
学的に検出するように構成した光学的高さ検出装置と、
該光学的高さ検出装置で検出された被観察対象物上の表
面の高さに基づいて前記荷電粒子線光学系の対物レンズ
に流す電流または印加する電圧を制御して荷電粒子線を
被検査対象物上に合焦点状態で集束させる焦点制御手段
と、前記荷電粒子線像検出光学系で検出される荷電粒子
線像を表示する表示手段を有することを特徴とする荷電
粒子線像観察装置である。
According to the present invention, a charged particle beam source such as electrons and ions, a deflecting element for deflecting a charged particle beam emitted from the charged particle beam source, and a charged particle beam deflected by the deflecting element are observed. A charged particle optical system having an objective lens that focuses and irradiates the object, and charged particles generated from the observation target object by the charged particle beam that is deflected by the charged particle optical system and focused and irradiated A charged particle beam image detection optical system for detecting a line image, a projection optical system for projecting a lattice-like light beam onto the object to be observed from obliquely above the object to be observed, and a lattice-like image projected by the projection optical system. A detection optical system that forms a lattice-like light beam reflected on the surface of the object to be observed by the light beam and detects the position of the optical image, and an optical image composed of the lattice-like light beam detected by the detection optical system The observed pair based on the position change of An optical height detection device configured to detect the height of the surface in the region of Butsujo optically,
The charged particle beam is inspected by controlling the current or the voltage applied to the objective lens of the charged particle beam optical system based on the height of the surface on the object to be observed detected by the optical height detection device. A charged particle beam image observation apparatus characterized by having focus control means for focusing on an object in a focused state and display means for displaying a charged particle beam image detected by the charged particle beam image detection optical system. is there.

【0018】また、本発明は、前記荷電粒子線像観察装
置において、更に、前記光学的高さ検出装置で検出され
た被検査対象物上の表面の高さに基づいて前記電子光学
系の偏向素子への偏向量を補正して前記焦点制御に基づ
いて生じる荷電粒子線線像の倍率誤差を含む像歪を校正
する偏向制御手段を有することを特徴とする。また、本
発明は、前記荷電粒子線像観察装置において、更に、前
記光学的高さ検出装置で検出された被検査対象物上の表
面の高さから、該被観察対象物上の表面の高さと焦点制
御電流または焦点制御電圧との間の校正パラメータに基
づいて焦点制御電流または焦点制御電圧を算出し、該算
出された焦点制御電流または焦点制御電圧を前記荷電粒
子光学系の対物レンズに与えるように制御して荷電粒子
線を被検査対象物上に合焦点状態で集束させる焦点制御
手段と、前記荷電粒子線像検出光学系で検出される荷電
粒子線像を表示する表示手段とを有することを特徴とす
る。
Further, according to the present invention, in the charged particle beam image observation apparatus, the deflection of the electron optical system is further performed based on a height of a surface on the inspection object detected by the optical height detection apparatus. And a deflection control unit for correcting an image distortion including a magnification error of the charged particle beam image generated based on the focus control by correcting a deflection amount to the element. Further, the present invention provides the charged particle beam image observation device, further comprising, from the height of the surface on the inspection object detected by the optical height detection device, the height of the surface on the inspection object. Control current or focus control voltage is calculated based on a calibration parameter between the focus control current and focus control voltage, and the calculated focus control current or focus control voltage is provided to the objective lens of the charged particle optical system. Focus control means for controlling the charged particle beam to be focused on the object to be inspected in a controlled manner, and display means for displaying a charged particle beam image detected by the charged particle beam image detection optical system. It is characterized by the following.

【0019】また、本発明は、電子、イオンなどの荷電
粒子線源と該荷電粒子線源から発せられた荷電粒子線を
偏向する偏向素子と該偏向素子で偏向される荷電粒子線
を被観察対象物上に集束して照射する対物レンズとを有
する電子光学系と、該電子光学系で偏向し、集束して照
射された荷電粒子線によって前記被観察対象物上から発
生する荷電粒子線像を検出する荷電粒子線像検出光学系
と、被観察対象物上に格子状の光束を被観察対象物の斜
め上方から投影する投影光学系と該投影光学系で投影さ
れた格子状の光束によって被観察対象物の表面において
反射した格子状の光束を結像させてその光学像の位置を
検出する検出光学系とを備え、該検出光学系で検出する
格子状の光束からなる光学像の位置変化に基づいて前記
被観察対象物上の領域における表面の高さを光学的に検
出するように構成した光学的高さ検出装置と、該光学的
高さ検出装置で検出された被観察対象物の表面の高さに
基づいて、前記電子光学系による焦点位置と前記被観察
対象物を載置するテーブルとの高さ方向の相対位置を制
御して荷電粒子線を被観察対象物上に合焦点状態で集束
させる焦点制御手段と、前記荷電粒子線像検出光学系で
検出される荷電粒子線像を表示する表示手段とを有する
ことを特徴とする荷電粒子線像観察装置である。
According to the present invention, a charged particle beam source such as electrons and ions, a deflecting element for deflecting a charged particle beam emitted from the charged particle beam source, and a charged particle beam deflected by the deflecting element are observed. An electron optical system having an objective lens that focuses and irradiates the object, and a charged particle beam image generated from the observation target object by a charged particle beam that is deflected by the electron optical system, focused, and irradiated A charged particle beam image detecting optical system for detecting the object, a projection optical system for projecting a lattice-like light beam onto the object to be observed from obliquely above the object to be observed, and a lattice-like light beam projected by the projection optical system. A detection optical system that forms a lattice-like light beam reflected on the surface of the object to be observed and detects the position of the optical image, and the position of the optical image composed of the lattice-like light beam detected by the detection optical system On the observed object based on the change An optical height detection device configured to optically detect the height of the surface in the region, and the electronic height based on the height of the surface of the object to be observed detected by the optical height detection device. Focus control means for controlling the relative position in the height direction between the focal position of the optical system and the table on which the object to be observed is placed to focus the charged particle beam on the object to be observed in a focused state; Display means for displaying a charged particle beam image detected by the charged particle beam image detection optical system.

【0020】また、本発明は、電子、イオンなどの荷電
粒子線源と該荷電粒子線源から発せられた荷電粒子線を
偏向する偏向素子と該偏向素子で偏向される荷電粒子線
を被加工対象物上に集束して照射する対物レンズとを有
する荷電粒子光学系と、該荷電粒子光学系で偏向し、集
束して照射された荷電粒子線によって前記被加工対象物
上から発生する荷電粒子線像を検出する荷電粒子線像検
出光学系と、被加工対象物上に格子状の光束を被加工対
象物の斜め上方から投影する投影光学系と該投影光学系
で投影された格子状の光束によって被加工対象物の表面
において反射した格子状の光束を結像させてその光学像
の位置を検出する検出光学系とを備え、該検出光学系で
検出する格子状の光束からなる光学像の位置変化に基づ
いて前記被加工対象物上の領域における表面の高さを光
学的に検出するように構成した光学的高さ検出装置と、
該光学的高さ検出装置で検出された被加工対象物上の表
面の高さに基づいて前記荷電粒子線光学系の対物レンズ
に流す電流または印加する電圧を制御して荷電粒子線を
被検査対象物上に合焦点状態で集束させる焦点制御手段
と、収束して照射された荷電粒子線により前記被加工対
象物表面を加工する手段を有することを特徴とする荷電
粒子線像加工装置である。
Further, the present invention provides a charged particle beam source such as an electron and an ion, a deflecting element for deflecting a charged particle beam emitted from the charged particle beam source, and a charged particle beam deflected by the deflecting element. A charged particle optical system having an objective lens that focuses and irradiates the target object, and charged particles generated from the workpiece by the charged particle beam that is deflected by the charged particle optical system and focused and irradiated. A charged particle beam image detection optical system for detecting a line image, a projection optical system for projecting a lattice-like light beam onto the object to be processed from obliquely above the object to be processed, and a lattice-shaped image projected by the projection optical system A detection optical system that forms a lattice-like light beam reflected on the surface of the object to be processed by the light beam and detects the position of the optical image, and an optical image composed of the lattice-like light beam detected by the detection optical system The workpiece pair based on the change in the position of An optical height detection device configured to detect the height of the surface in the region of Butsujo optically,
The charged particle beam is inspected by controlling a current or a voltage applied to the objective lens of the charged particle beam optical system based on the height of the surface on the workpiece detected by the optical height detection device. A charged particle beam image processing apparatus comprising: a focus control unit that focuses on a target object in a focused state; and a unit that processes the surface of the target target object by a charged particle beam that is converged and irradiated. .

【0021】また、本発明は、前記荷電粒子線像加工装
置において、更に、前記光学的高さ検出装置で検出され
た被検査対象物上の表面の高さに基づいて前記電子光学
系の偏向素子への偏向量を補正して前記焦点制御に基づ
いて生じる荷電粒子線線像の倍率誤差を含む像歪を校正
する偏向制御手段を有することを特徴とする。また、本
発明は、対象物上に格子状の光束を斜め上方から投影す
る投影光学系と、該投影光学系で投影された格子状の光
束によって対象物の表面から反射した格子状の光束を結
像させてこの結像状態に応じた格子状の光学像を受光し
て格子状の信号に変換して検出する検出光学系と、該検
出光学系で検出される格子状の信号に基づいて検出誤差
が小さい結像状態を探索し、該探索された検出誤差が小
さい結像状態に対して適合する重み付け処理を前記検出
光学系で検出される格子状の信号に対して施すことによ
って格子状の信号としての基準高さに応じた基準信号に
対する移動量または位相変化量を求めて前記対象物の表
面の高さに応じた情報を得る算出手段とを有することを
特徴とする光学的高さ検出装置である。また、本発明
は、対象物上に格子状の光束を斜め上方から投影する投
影光学系と、該投影光学系で投影された格子状の光束に
よって対象物の表面から反射した格子状の光束を結像さ
せてこの結像状態に応じた格子状の光学像を受光して格
子状の信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光
学系で検出される格子状の信号に対して検出誤差が小さ
くなるような選択的な処理を施すことによって格子状の
信号としての基準信号に対する移動量または位相変化量
を求めて前記対象物の表面の高さに応じた情報を得る算
出手段とを有することを特徴とする光学的高さ検出装置
である。
Further, according to the present invention, in the charged particle beam image processing apparatus, furthermore, the deflection of the electron optical system is performed based on a surface height on the inspection object detected by the optical height detection apparatus. The image forming apparatus further includes a deflection control unit that corrects an amount of deflection to the element and corrects image distortion including a magnification error of the charged particle beam image generated based on the focus control. Further, the present invention provides a projection optical system that projects a lattice-like light beam onto an object from obliquely above, and a lattice-like light beam reflected from the surface of the object by the lattice-like light beam projected by the projection optical system. A detection optical system that forms an image, receives a lattice-shaped optical image corresponding to the image-forming state, converts the light into a lattice-like signal, and detects the signal, based on the lattice-like signal detected by the detection optical system. An image formation state with a small detection error is searched for, and a weighting process adapted to the image formation state with a small detection error is performed on a grid-like signal detected by the detection optical system, thereby forming a grid-like state. Calculating means for obtaining a movement amount or a phase change amount with respect to the reference signal corresponding to the reference height as a signal to obtain information corresponding to the height of the surface of the object. It is a detection device. Further, the present invention provides a projection optical system that projects a lattice-like light beam onto an object from obliquely above, and a lattice-like light beam reflected from the surface of the object by the lattice-like light beam projected by the projection optical system. A detection optical system which forms an image, receives a lattice-shaped optical image corresponding to the image-forming state, converts the light into a lattice-like signal, and detects the lattice-like signal. Calculating means for obtaining a movement amount or a phase change amount with respect to a reference signal as a lattice signal by performing selective processing such that a detection error is reduced, and obtaining information corresponding to the height of the surface of the object; It is an optical height detecting device characterized by having:

【0022】また、本発明は、対象物上の近接した異な
る複数の個所に複数のスリット状あるいはスポット状の
光束の各々を斜め上方から結像投影する投影光学系と、
該投影光学系で被検査対象物上の複数の個所に結像投影
された複数の光束によって反射された複数の光束の各々
を結像させてこれら結像された複数の光束像を受光して
複数の信号に変換して検出する検出光学系と、該検出光
学系で検出された複数の検出信号の各々における基準高
さに応じた基準信号に対する移動量または位相変化量を
求めて前記複数個所の表面の高さに応じた情報を得、該
得られた複数個所の表面の高さに応じた情報を補間(内
挿補間および外挿補間も含む。)することによって任意
の位置における表面の高さに応じた情報を算出する算出
手段とを有することを特徴とする光学的高さ検出装置で
ある。
Also, the present invention provides a projection optical system for forming and projecting each of a plurality of slit-like or spot-like luminous fluxes from obliquely above at a plurality of different places close to each other on an object;
The projection optical system forms an image of each of the plurality of light beams reflected by the plurality of light beams imaged and projected on a plurality of locations on the inspection object, receives the formed plurality of light beam images, and A detection optical system that converts the signals into a plurality of signals and detects the signals, and a moving amount or a phase change amount with respect to a reference signal corresponding to a reference height in each of the plurality of detection signals detected by the detection optical system; The information corresponding to the height of the surface at the arbitrary position is obtained, and the obtained information corresponding to the height of the surface at a plurality of positions is interpolated (including interpolation and extrapolation) to obtain the information of the surface at an arbitrary position. A calculating means for calculating information according to the height.

【0023】以上説明したように、前記構成によれば、
被検査対象物の表面状態に影響されずに、電子光学系の
偏向や収差などが原因となる画像歪みやデフォーカスに
よる解像度の低下などを低減して電子線像(SEM像)
の質を向上させて、電子線像(SEM像)に基づく検査
や測長を、高精度で、且つ高信頼性でもって実行するこ
とができる。また、前記構成により、被検査対象物の表
面の高さ検出と電子光学系に対する制御とを実時間で実
行でき、連続的なステージ移動による画像歪みのない高
解像度の電子線画像(SEM画像)を得て、検査性能お
よびその安定性を向上し、しかも検査時間を短縮するこ
とができる。また、前記構成により、荷電粒子光学系の
偏向や収差などが原因となる画像ひずみやデフォーカス
による解像度の低下などを低減して荷電粒子線像の質を
向上させて、良好な画像を用いた観察を行うことができ
る。また、前記構成により、極微細なパターンを像歪み
のない高解像度で露光や加工をできるようにした電子ビ
ーム露光装置、収束イオンビーム加工装置を実現するこ
とができる。
As described above, according to the above configuration,
An electron beam image (SEM image) by reducing image distortion due to deflection and aberration of the electron optical system and reduction in resolution due to defocus without being affected by the surface state of the inspection object.
Inspection and length measurement based on an electron beam image (SEM image) can be performed with high accuracy and high reliability by improving the quality of the image. Further, with the above configuration, the detection of the surface height of the inspection object and the control of the electron optical system can be executed in real time, and a high-resolution electron beam image (SEM image) free from image distortion due to continuous stage movement. As a result, the inspection performance and its stability can be improved, and the inspection time can be reduced. Further, with the above-described configuration, the quality of the charged particle beam image is improved by reducing the image distortion due to the deflection and aberration of the charged particle optical system and the reduction in resolution due to defocus, and a good image is used. Observations can be made. Further, with the above configuration, it is possible to realize an electron beam exposure apparatus and a focused ion beam processing apparatus capable of exposing and processing an extremely fine pattern with high resolution without image distortion.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態について
図を用いて説明する。本発明に係る被検査対象物である
半導体ウエハなどに形成された微細回路パターンを検査
・計測するための自動検査システムの実施の形態につい
て説明する。半導体ウエハなどに形成される微細回路パ
ターンの欠陥検査は、被検査パターンと良品パターンや
被検査ウエハ上の同種のパターンとの比較により行われ
る。電子顕微鏡画像(SEM画像)を用いた外観検査の
場合にもパターンの画像を比較することにより欠陥検査
が行われる。また、半導体装置の製造プロセス条件の設
定やモニタなどに使用される微細回路パターンの線幅や
穴径などを測定する走査型電子顕微鏡による測長(SE
M測長)においても、画像処理による測長の自動化が行
われる。このように、同様のパターンの電子線像を比較
することによりその欠陥を検出する比較検査や、電子線
像を処理してパターンの線幅などを測定する場合には、
得られる電子線像の質がその検査結果の信頼性に多大な
影響を与える。電子線像の質は、電子光学系の偏向や収
差などが原因となる画像歪みや、デフォーカスによる解
像度の低下などにより劣化する。これらの像質の劣化は
比較検査や測長の性能を低下させる。もし、被検査対象
物の表面の高さが一定でなく、全ての範囲にわたって同
じ条件で検査を行うとすると、図1に示すように、検査
箇所(領域A、領域B、領域C)により電子線像(SE
M画像)が変化することになる。その結果、図1(b)
に示す合焦点の画像(領域A(高さza)の電子線像)
aと図1(c)に示すデフォーカスした画像(領域B
(高さzb)の電子線像)bおよび図1(d)に示すデ
フォーカスした画像(領域C(高さzc)の電子線像)
cとを比較して検査を行うとすると正しい検査結果が得
られないことになる。また、これらの画像ではパターン
の幅が変化したり、画像のエッジ検出の結果が安定して
得られなくなるため、パターンの線幅や穴径も安定して
測定できないこととなる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. An embodiment of an automatic inspection system for inspecting and measuring a fine circuit pattern formed on a semiconductor wafer or the like as an object to be inspected according to the present invention will be described. Defect inspection of a fine circuit pattern formed on a semiconductor wafer or the like is performed by comparing a pattern to be inspected with a non-defective pattern or a pattern of the same type on a wafer to be inspected. Also in the case of an appearance inspection using an electron microscope image (SEM image), a defect inspection is performed by comparing images of patterns. In addition, the length measurement (SE) by a scanning electron microscope for measuring the line width and the hole diameter of a fine circuit pattern used for setting the manufacturing process conditions of a semiconductor device or for monitoring, etc.
M measurement), the length measurement is automated by image processing. Thus, in the case of a comparative inspection for detecting the defect by comparing the electron beam images of the same pattern, or when processing the electron beam image to measure the line width of the pattern,
The quality of the obtained electron beam image greatly affects the reliability of the inspection result. The quality of an electron beam image is degraded due to image distortion caused by deflection or aberration of the electron optical system, or a decrease in resolution due to defocus. These deteriorations in image quality degrade the performance of comparative inspection and length measurement. If the height of the surface of the object to be inspected is not constant and the inspection is performed under the same conditions over the entire range, as shown in FIG. Line image (SE
M image). As a result, FIG.
(Electron beam image of area A (height za))
a and the defocused image shown in FIG.
(Electron beam image of height zb) b and defocused image shown in FIG. 1D (electron beam image of region C (height zc))
If the inspection is performed by comparing with c, a correct inspection result cannot be obtained. Further, in these images, the width of the pattern changes and the result of edge detection of the image cannot be obtained stably, so that the line width and hole diameter of the pattern cannot be measured stably.

【0025】次に、本発明に係る電子線装置の実施の形
態について、図2を用いて説明する。被検査対象物(試
料)106上に電子線を照射する電子線鏡筒からなる電
子線装置100は、電子線を出射する電子線源101
と、電子線源101より出た電子線を2次元に偏向させ
る偏向素子102と、電子線を試料106上に焦点を結
ぶように制御される対物レンズ103とを備えて構成す
る。即ち、電子線源101より出射された電子線は、偏
向素子102および対物レンズ103を通って試料10
6上に焦点を結んで照射される。試料106は、XYス
テージ105上におかれ、レーザ測長系107で位置が
計測される。さらにSEM装置の場合は、2次電子検出
器104で試料106から放出された2次電子を検出
し、検出された2次電子信号をA/D変換器122でS
EM画像に変換し、この変換されたSEM画像について
画像処理手段124で処理される。例えば、測長用SE
Mの場合には、画像処理手段124において、指定され
た画像中のパターン間の距離の測定を行う。また観察用
SEM(SEM画像に基づく外観検査)の場合には、画
像処理手段124において、画像の強調等の処理が行わ
れる。
Next, an embodiment of the electron beam apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. An electron beam apparatus 100 composed of an electron beam column that irradiates an electron beam onto a test object (sample) 106 includes an electron beam source 101 that emits an electron beam.
And a deflection element 102 for two-dimensionally deflecting the electron beam emitted from the electron beam source 101, and an objective lens 103 controlled to focus the electron beam on a sample 106. That is, the electron beam emitted from the electron beam source 101 passes through the deflecting element 102 and the objective lens 103, and the sample 10
6 is focused and illuminated. The sample 106 is placed on an XY stage 105, and the position is measured by a laser measuring system 107. Further, in the case of the SEM device, secondary electrons emitted from the sample 106 are detected by the secondary electron detector 104, and the detected secondary electron signal is converted by the A / D converter 122 into an S / D converter 122.
The image is converted into an EM image, and the converted SEM image is processed by the image processing unit 124. For example, SE for length measurement
In the case of M, the image processing means 124 measures the distance between the patterns in the designated image. In the case of the observation SEM (appearance inspection based on the SEM image), the image processing unit 124 performs processing such as image enhancement.

【0026】次に、上記電子線装置(観察用SEM装
置、測長用SEM装置)における電子線像の劣化を防止
する手段について説明する。即ち、電子線像の質は、電
子光学系の偏向や収差などが原因となる画像歪みや、デ
フォーカスによる解像度の低下などにより劣化すること
になる。これらの像質の劣化を防止する手段として、高
さ検出光学装置200aと高さ計算手段200bとから
なる高さ検出装置200、焦点制御装置109、偏向信
号発生装置108、および全体制御装置120によって
構成される。高さ検出光学装置200aと高さ計算手段
200bとからなる高さ検出装置200は、図10を用
いて後述する実施例とほぼ同様に構成され、試料106
に対して電子線の光軸110を中心に投影光学系270
と検出光学系271が左右に設置される。各高さ検出光
学装置200aの投影光学系270は、光源201とコ
ンデンサレンズ202とマルチスリット状のパターンを
形成したマスク203と投影レンズ210とによって構
成される。また、各高さ検出光学装置200aの検出光
学系は、検出レンズ215と該投影レンズ215で結像
された中間のマルチスリット像を拡大してラインイメー
ジセンサ214上に結像される拡大レンズ264とミラ
ー206と円筒レンズ(シリンドリカルレンズ)213
とラインイメージセンサ214とによって構成される。
Next, means for preventing the electron beam image from deteriorating in the electron beam apparatus (observation SEM apparatus, length measuring SEM apparatus) will be described. That is, the quality of the electron beam image is degraded due to image distortion caused by deflection or aberration of the electron optical system, or a decrease in resolution due to defocus. As means for preventing such deterioration of image quality, a height detecting device 200 including a height detecting optical device 200a and a height calculating device 200b, a focus control device 109, a deflection signal generating device 108, and an overall control device 120 are used. Be composed. The height detection device 200 including the height detection optical device 200a and the height calculation means 200b is configured in substantially the same manner as the embodiment described later with reference to FIG.
Projection optical system 270 around the optical axis 110 of the electron beam
And the detection optical system 271 are installed on the left and right. The projection optical system 270 of each height detecting optical device 200a includes a light source 201, a condenser lens 202, a mask 203 having a multi-slit pattern, and a projection lens 210. The detection optical system of each height detection optical device 200 a enlarges the detection lens 215 and the intermediate multi-slit image formed by the projection lens 215 to form an enlargement lens 264 formed on the line image sensor 214. , Mirror 206 and cylindrical lens (cylindrical lens) 213
And a line image sensor 214.

【0027】そして、高さ検出光学装置200aの照明
光学系によって、上記の如く電子線が照射されてSEM
画像を検出する試料106上の測定位置110に、マル
チスリット状のパターンが投影され、この正反射像を各
高さ検出光学装置200aの検出光学系によって結像さ
せてマルチスリット像として検出する。まず光源201
を出射した光はコンデンサレンズ202によって投影・
検出レンズの瞳に光源像を結像するよう絞られる。この
光は更に、マルチスリット状のパターンの描かれたマス
ク203を照明し、投影レンズ210によって試料10
6に投影される。試料上に投影されたマルチスリットパ
ターンは正反射し、電子線の光軸110に対して反対側
に配置されている検出レンズ215を通って拡大レンズ
264の前に結像される。この中間像は拡大レンズ26
4によってラインイメージセンサ214上に結像され
る。この実施の形態ではラインイメージセンサ214の
前に、円筒レンズ213を置いて、スリットの長手方向
を圧縮してラインイメージセンサ214上に絞り込んで
いる。検出光学系の倍率をmとすると、試料の高さがz
だけ変化するとマルチスリット像は2mz・sinθだけ
全体的にシフトする。これを利用して、高さ計算手段2
00bは、各高さ検出光学装置200aの検出光学系か
ら検出されるマルチスリット像の信号から各スリット像
のシフト量を算出し、この算出されたマルチスリット像
のシフト量に対して、そのシフト量に応じた重みを与
え、加重平均を行うことによって試料面の高さを算出
し、電子線の光軸110における高さを求める。
The electron beam is irradiated by the illumination optical system of the height detecting optical device 200a as described above,
A multi-slit pattern is projected onto a measurement position 110 on the sample 106 where an image is to be detected, and the specular reflection image is formed by the detection optical system of each height detection optical device 200a and detected as a multi-slit image. First, the light source 201
Is emitted by the condenser lens 202.
The light source image is focused on the pupil of the detection lens. The light further illuminates the mask 203 on which the multi-slit pattern is drawn, and the sample 10
6 is projected. The multi-slit pattern projected on the sample is specularly reflected and forms an image before the magnifying lens 264 through the detection lens 215 arranged on the opposite side to the optical axis 110 of the electron beam. This intermediate image is displayed on a magnifying lens 26.
4 forms an image on the line image sensor 214. In this embodiment, a cylindrical lens 213 is placed in front of the line image sensor 214, and the longitudinal direction of the slit is compressed to narrow the slit on the line image sensor 214. Assuming that the magnification of the detection optical system is m, the height of the sample is z
, The entire multi-slit image shifts by 2 mz · sin θ. Utilizing this, height calculation means 2
00b calculates the shift amount of each slit image from the signal of the multi-slit image detected from the detection optical system of each height detection optical device 200a, and shifts the calculated shift amount of the multi-slit image by the shift amount. The height of the sample surface is calculated by giving a weight according to the amount and performing weighted averaging, and the height of the electron beam at the optical axis 110 is obtained.

【0028】なお、上記高さ検出光学装置200aとし
ては、図11に示す実施例とほぼ同様に構成した場合に
ついて説明したが、図28に示す実施例、または図29
に示す実施例、または図30、図41の各々に示す実施
例の光学系を用いても良いことは明らかである。焦点制
御装置109は、高さ計算手段200bより求められた
高さデータ190に基づいて電磁レンズまたは静電レン
ズ103を駆動制御し、電子線の焦点を試料106の表
面上に合わせる。ここで、高さデータとしては、図4
3、図44および図45を用いて説明する実施例の手段
によって、予め検出しておいた高さ情報を用いてもよ
い。偏向信号発生装置108は偏向素子102に対して
偏向信号141を発生するが、このとき、試料106の
表面の高さ変動にともなう像倍率変動、電磁レンズ10
3の制御にともなう像回転を補償するように、高さ計算
手段200bより求められた高さデータ190に基づい
て偏向信号141に補正を加える。なお、103とし
て、電磁レンズの代りに静電レンズを用いれば、焦点制
御に伴う像回転が生じなくなるので、高さデータ190
によって像回転を補正する必要はなくなる。また、10
3を、電磁レンズと静電レンズとの組合わせで構成し、
主な収束作用は電磁レンズに持たせ、静電レンズによっ
て焦点位置の調整を行う構成にすれば、やはり、高さデ
ータ190によって像回転を補正する必要はない。ま
た、ステージ105をXYZステージとして、焦点制御
装置109によって電磁レンズまたは静電レンズ103
の焦点位置を直接制御する代わりに、ステージ105の
高さを制御してもよい。
Although the height detecting optical device 200a has been described in the case where it is substantially the same as the embodiment shown in FIG. 11, the embodiment shown in FIG. 28 or FIG.
It is obvious that the optical system of the embodiment shown in FIG. 30 or the embodiment shown in FIGS. 30 and 41 may be used. The focus control device 109 drives and controls the electromagnetic lens or the electrostatic lens 103 based on the height data 190 obtained by the height calculation means 200b, and focuses the electron beam on the surface of the sample 106. Here, as the height data, FIG.
3, height information detected in advance by means of the embodiment described with reference to FIGS. 44 and 45 may be used. The deflection signal generator 108 generates a deflection signal 141 to the deflection element 102. At this time, the image magnification variation and the electromagnetic lens 10
The deflection signal 141 is corrected based on the height data 190 obtained by the height calculating means 200b so as to compensate for the image rotation accompanying the control of No. 3. Note that if an electrostatic lens is used instead of the electromagnetic lens as 103, the image rotation associated with focus control does not occur.
This eliminates the need to correct the image rotation. Also, 10
3 is composed of a combination of an electromagnetic lens and an electrostatic lens,
If the main focusing function is provided to the electromagnetic lens and the focal position is adjusted by the electrostatic lens, it is not necessary to correct the image rotation by the height data 190. The stage 105 is an XYZ stage, and the focus controller 109 controls the electromagnetic lens or the electrostatic lens 103.
Instead of directly controlling the focal position of the stage 105, the height of the stage 105 may be controlled.

【0029】全体制御装置120は、電子線装置(SE
M装置)全体の制御を行い、画像処理手段124で処理
された処理結果を、表示手段143に表示したり、記憶
手段142に試料上の座標データと共に記憶したりす
る。また、全体制御装置120は、高さ計算手段200
b、焦点制御装置109、および偏向信号発生装置10
8を制御し、電子線装置における高速オートフォーカス
制御とこのフォーカス制御にともなう像倍率補正、像回
転補正とを実現する。また、全体制御装置120は、後
述する高さ検出値の校正も実行する。図3には、SEM
画像を用いた外観検査装置の一実施の形態の構成を示
す。即ち、SEM画像を用いた外観検査装置は、電子線
を発生させる電子線源101と、ビームを走査させて画
像化するためのビーム偏向器102と、電子線をウエハ
等から構成された被検査対象物106上に結像させる対
物レンズ103と、対物レンズ103と被検査対象物1
06との間に設けたグリッド118と、被検査対象物1
06を保持し、これを走査したり位置決めしたりするス
テージ105と、被検査対象物106から発生した二次
電子を検出する二次電子検出器104と、高さ検出光学
装置200aと、対物レンズ103の焦点位置を調整す
る焦点位置制御装置109と、電子線源の電圧を制御す
る線源電位調整手段121と、ビーム偏向器102を制
御してビーム走査を実現する偏向制御装置(偏向信号発
生装置)108と、グリッド118の電位を制御するグ
リッド電位調整手段127と、試料台の電位を調整する
試料台電位調整手段125と、二次電子検出器104よ
りの信号をA/D変換するA/D変換器122と、A/
D変換されたデジタル画像を処理する画像処理回路12
4と、このための画像メモリ123と、ステージ105
を制御するステージ制御手段126と、これら全体を制
御する全体制御部120と、真空試料室(真空容器)1
00とから構成される。高さ検出センサ200の高さ検
出値190は、焦点位置制御装置109と偏向制御装置
(偏向信号発生装置)108に常にフィードバックされ
る。被検査対象物106に対して検査する際、全体制御
部120は、ステージ制御装置126に指示を出すこと
によって、ステージ105を連続移動する。これと同時
に全体制御部120は、偏向制御装置(偏向信号発生装
置)108に指令を出し、偏向制御装置108は、ビー
ム偏向器102を駆動して電子線をこれと直交する方向
に走査する。同時に、偏向制御装置108は、高さ計算
手段200bから得られる高さ検出値190を受け取っ
て偏向方向と偏向幅に補正を加える。また焦点位置制御
手段109は、計算手段250から得られる高さ検出値
190に合わせて電磁レンズあるいは静電レンズ103
を駆動し、電子線の合焦高さに補正を加える。このとき
試料106から発生する二次電子を二次電子検出器10
4で検出しA/D変換器122に入力し焦点の合ったS
EM画像を連続的に得る。このように、SEM画像に基
づく外観検査の場合には、ある程3x広い領域に亘って2
次元のSEM画像を取り込む必要があるため、ステージ
105を連続移動しながら、ビーム偏向器102を駆動
して電子線をステージ105の移動方向とほぼ直交する
方向に走査して二次電子検出器104で2次元の二次電
子画像信号を検出する必要がある。即ち、ステージ10
5を例えばX方向に連続移動しながら、ビーム偏向器1
02を駆動して電子線をステージ105の移動方向とほ
ぼ直交するY方向に走査し、次にステージ105をY方
向にステップ移動させ、その後ステージ105をX方向
に連続移動しながら、ビーム偏向器102を駆動して電
子線をステージ105の移動方向とほぼ直交するY方向
に走査して二次電子検出器104で2次元の二次電子画
像信号を検出する必要がある。そして、画像処理回路1
24は、画像メモリ123よって遅延された電子線画像
とA/D変換器122から直接入力された画像を比較す
ることによって繰り返しパターンの対応する画像を比較
することにより、比較検査を実現することができる。全
体制御部120は、画像処理回路124を制御すると同
時に検査結果を受け取って、表示手段143に表示した
り、記憶手段142に格納したりする。なお、この図に
示す実施の形態では、応答性が優れた対物レンズ193
に流す制御電流を制御して焦点あわせを行っているが、
かわりにステージ105を上下させてもよい。しかし、
ステージ105を上下動させて制御すると応答性の点で
劣ることになる。
The overall control device 120 includes an electron beam device (SE
(M apparatus) The entire control is performed, and the processing result processed by the image processing unit 124 is displayed on the display unit 143 and stored in the storage unit 142 together with the coordinate data on the sample. In addition, the overall control device 120 includes a height calculating unit 200.
b, focus control device 109, and deflection signal generator 10
8 to realize high-speed autofocus control in the electron beam apparatus and image magnification correction and image rotation correction accompanying the focus control. In addition, the overall control device 120 also executes calibration of a height detection value described later. FIG. 3 shows the SEM
1 shows a configuration of an embodiment of a visual inspection device using images. That is, a visual inspection apparatus using an SEM image includes an electron beam source 101 that generates an electron beam, a beam deflector 102 that scans a beam to form an image, and an inspection target that includes an electron beam from a wafer or the like. Objective lens 103 to form an image on object 106, objective lens 103 and inspected object 1
06 and the inspection object 1
, A stage 105 for scanning and positioning the same, a secondary electron detector 104 for detecting secondary electrons generated from the inspection object 106, a height detection optical device 200a, and an objective lens. A focus position control device 109 for adjusting the focus position of the electron beam source 103; a source potential adjusting means 121 for controlling the voltage of the electron beam source; and a deflection control device (deflection signal generation) for controlling the beam deflector 102 to realize beam scanning. Device) 108, grid potential adjusting means 127 for controlling the potential of the grid 118, sample stage potential adjusting means 125 for adjusting the potential of the sample stage, and A for A / D converting a signal from the secondary electron detector 104. / D converter 122 and A /
Image processing circuit 12 for processing a digital image after D conversion
4, the image memory 123 for this, and the stage 105
Stage control means 126 for controlling the operation, the overall control unit 120 for controlling the whole of these, and the vacuum sample chamber (vacuum vessel) 1
00. The height detection value 190 of the height detection sensor 200 is always fed back to the focus position control device 109 and the deflection control device (deflection signal generation device). When inspecting the inspection object 106, the overall control unit 120 continuously moves the stage 105 by issuing an instruction to the stage control device 126. At the same time, the overall control unit 120 issues a command to a deflection control device (deflection signal generation device) 108, and the deflection control device 108 drives the beam deflector 102 to scan the electron beam in a direction orthogonal to the direction. At the same time, the deflection controller 108 receives the height detection value 190 obtained from the height calculator 200b and corrects the deflection direction and the deflection width. Further, the focus position control means 109 adjusts the electromagnetic lens or the electrostatic lens 103 according to the height detection value 190 obtained from the calculation means 250.
To correct the focus height of the electron beam. At this time, the secondary electrons generated from the sample 106 are detected by the secondary electron detector 10.
4 and is input to the A / D converter 122 and focused on S
EM images are obtained continuously. As described above, in the case of the appearance inspection based on the SEM image, a 2 ×
Since it is necessary to capture a two-dimensional SEM image, while continuously moving the stage 105, the beam deflector 102 is driven to scan the electron beam in a direction substantially perpendicular to the moving direction of the stage 105, and the secondary electron detector 104 is scanned. It is necessary to detect a two-dimensional secondary electron image signal. That is, stage 10
5 while continuously moving the beam deflector 5 in the X direction, for example.
02, the electron beam is scanned in the Y direction substantially perpendicular to the moving direction of the stage 105, and then the stage 105 is moved stepwise in the Y direction. The secondary electron detector 104 must detect the two-dimensional secondary electron image signal by driving the 102 and scanning the electron beam in the Y direction substantially orthogonal to the moving direction of the stage 105. Then, the image processing circuit 1
Reference numeral 24 realizes a comparison inspection by comparing the electron beam image delayed by the image memory 123 with the image directly input from the A / D converter 122 to compare the corresponding image of the repetition pattern. it can. The overall control unit 120 controls the image processing circuit 124 and receives the inspection result at the same time, displays the inspection result on the display unit 143, and stores the inspection result in the storage unit 142. In the embodiment shown in this figure, the objective lens 193 having excellent responsiveness is used.
Focusing is performed by controlling the control current flowing through
Alternatively, the stage 105 may be moved up and down. But,
If the stage 105 is moved up and down for control, the response will be poor.

【0030】更に、SEM画像を用いた外観検査装置に
ついて、図4〜図9を用いて説明する。本発明に係るS
EM画像を用いた外観検査装置の一実施の形態を図4に
示す。ここでは、電子線112によりウエハ等の被検査
対象物106を走査して、電子線の照射によって被検査
対象物106から発生する電子を検知し、その強度変化
に基づいて走査部位の電子線像を得、電子線像を用いて
パターン検査を行う。被検査対象物106としては、例
えば図5に示す如く半導体ウエハ3がある。この半導体
ウエハ3には最終的に同一の製品となるチップ3aが多
数配列されている。チップ3aの内部のパターンレイア
ウトは、同図の拡大図に示すように、メモリセルが2次
元的に同一ピッチで規則的に配列しているメモリマット
部3cと、周辺回路部3bとからなる。この半導体ウエ
ハ3のパターンの検査に適用する場合には、あるチップ
(例えばチップ3d)での検出画像を記憶しておき、別
のチップ(例えばチップ3e)での検出画像とを比較す
る(以下「チップ比較」と呼ぶ)、あるいは、あるメモ
リセル(例えばメモリセル3f)での検出画像を記憶し
ておき、別のセル(例えばセル3g)での検出画像とを
比較する(以下「セル比較」と呼ぶ)ことにより、欠陥
を認識する。仮に、被検査対象物106の繰り返しパタ
ーン同士(半導体ウエハを例に取れば、チップ同士ある
いはセル同士)が厳密に等しく、また、等しい検出画像
が得られるのであれば、画像同士を比較した時に不一致
となるのは欠陥のみなので、欠陥の認識は可能である。
Further, an appearance inspection apparatus using SEM images will be described with reference to FIGS. S according to the present invention
FIG. 4 shows an embodiment of a visual inspection device using an EM image. Here, the object to be inspected 106 such as a wafer is scanned by the electron beam 112, electrons generated from the object to be inspected 106 by irradiation of the electron beam are detected, and an electron beam image of the scanned portion is detected based on the intensity change. And pattern inspection is performed using the electron beam image. As the inspection object 106, for example, there is the semiconductor wafer 3 as shown in FIG. On the semiconductor wafer 3, a large number of chips 3a which are finally the same product are arranged. The pattern layout inside the chip 3a is composed of a memory mat section 3c in which memory cells are regularly arranged two-dimensionally at the same pitch, and a peripheral circuit section 3b, as shown in the enlarged view of FIG. When applied to the inspection of the pattern of the semiconductor wafer 3, a detection image of a certain chip (for example, the chip 3d) is stored and compared with a detection image of another chip (for example, the chip 3e) (hereinafter, referred to as a chip). Alternatively, a detected image in a certain memory cell (for example, the memory cell 3f) is stored and compared with a detected image in another cell (for example, the cell 3g) (hereinafter, referred to as "cell comparison"). ")" To recognize the defect. If the repetitive patterns of the inspection object 106 (chips or cells in the case of a semiconductor wafer, for example) are strictly equal and if the same detected images can be obtained, they will not match when the images are compared. Since only the defect is detected, the defect can be recognized.

【0031】しかし、実際には、正常部においても両画
像間の不一致は存在する。正常部での不一致には、被検
査対象物に起因する不一致と、画像検出系に起因する不
一致とがある。被検査対象物に起因する不一致とは、露
光、現像、エッチング等のウエハ製作過程を通して生ず
る、繰り返しパターン同士の微妙な差異による。これ
は、検出画像上では、パターン形状の微小な差異、階調
値の差異となって現れる。画像検出系に起因する不一致
とは、照明光量の変動、ステージの振動、種々の電気的
なノイズ、二つの画像の検出位置の狂いなどによる。こ
れらは、検出画像上では、部分画像の階調値の差異、パ
ターンの歪み、画像の位置ずれとなって現れる。本発明
に係る第一の実施の形態では、画素単位に位置合わせさ
れた座標(x,y)の階調値がf1(x,y)である検出
画像(第1の2次元画像)と座標(x,y)の階調値が
g1(x,y)である比較画像(第2の2次元画像)とを
比較して欠陥判定する際のしきい値(許容値)を、パタ
ーンの位置ずれ、階調値の差異などを考慮して画素ごと
に設定し、この画素ごとに設定されたしきい値(許容
値)に基づいて欠陥を判定する。
However, actually, there is a mismatch between the two images even in the normal part. The mismatch in the normal part includes a mismatch caused by the object to be inspected and a mismatch caused by the image detection system. The inconsistency caused by the inspection object is caused by a subtle difference between repeated patterns generated during a wafer manufacturing process such as exposure, development, and etching. This appears as a slight difference in pattern shape and a difference in gradation value on the detected image. The inconsistency caused by the image detection system is caused by variations in the amount of illumination light, vibration of the stage, various electrical noises, deviations in the detection positions of the two images, and the like. These appear on the detected image as differences in the gradation values of the partial images, pattern distortions, and image displacements. In the first embodiment according to the present invention, a detected image (first two-dimensional image) in which the gradation value of coordinates (x, y) aligned in pixel units is f1 (x, y) and coordinates The threshold value (permissible value) at the time of determining a defect by comparing with a comparison image (second two-dimensional image) whose gradation value of (x, y) is g1 (x, y) is determined by the pattern position. It is set for each pixel in consideration of a shift, a difference in gradation value, and the like, and a defect is determined based on a threshold value (allowable value) set for each pixel.

【0032】本パターン検査システムは、図4および図
7に示す如く、検出部115、画像取り出し部121、
画像処理部124、システム全体を制御する全体制御部
120からなる。なお、本パターン検査システムは、室
内が真空排気される検査室100と、該検査室100内
に被検査対象物106を搬入、搬出するための予備室
(図示せず)を備えており、この予備室は検査室100
とは独立して真空排気できるように構成されている。ま
ず、検出部115について図4および図7を用いて説明
する。即ち、検出部115における検査室100内は、
大別して、電子光学系116、電子検出部117、試料
室119、および光学顕微鏡部118から構成される。
電子光学系116は、電子銃31(101)、電子線引
き出し電極11、コンデンサレンズ32、ブランキング
用偏向器13、走査偏向器34(102)、絞り14、
対物レンズ33(103)、反射板17、ExB偏向器
15、およびビーム電流を検出するファラデーカップ
(図示せず)から構成される。反射板17は、円錐形状
にして二次電子増倍効果を持たせた。電子検出部117
のうち、例えば二次電子、反射電子等の電子を検出する
電子検出器35(104)が検査室100内の例えば対
物レンズ33(103)の上方に設置されている。電子
検出器35の出力信号は、検査室100の外に設置され
たアンプ36で増幅される。
As shown in FIGS. 4 and 7, the pattern inspection system includes a detecting unit 115, an image extracting unit 121,
The image processing unit 124 includes an overall control unit 120 that controls the entire system. The pattern inspection system includes an inspection room 100 in which the room is evacuated, and a spare room (not shown) for loading and unloading the inspection object 106 into and from the inspection room 100. Preliminary room is inspection room 100
It is configured to be able to evacuate independently of the vacuum pump. First, the detection unit 115 will be described with reference to FIGS. That is, the inside of the inspection room 100 in the detection unit 115
It is roughly composed of an electron optical system 116, an electron detection unit 117, a sample chamber 119, and an optical microscope unit 118.
The electron optical system 116 includes an electron gun 31 (101), an electron beam extraction electrode 11, a condenser lens 32, a blanking deflector 13, a scanning deflector 34 (102), an aperture 14,
It comprises an objective lens 33 (103), a reflector 17, an ExB deflector 15, and a Faraday cup (not shown) for detecting a beam current. The reflection plate 17 was formed in a conical shape to have a secondary electron multiplication effect. Electronic detector 117
Among them, an electron detector 35 (104) for detecting electrons such as secondary electrons and reflected electrons is installed in the inspection room 100, for example, above the objective lens 33 (103). The output signal of the electronic detector 35 is amplified by an amplifier 36 installed outside the inspection room 100.

【0033】試料室119は、試料台30、Xステージ
31、Yステージ32、位置モニタ用測長器107、被
検査基板高さ測定器200から構成されている。なお、
ステージには、回転ステージを設けても良い。位置モニ
タ用測長器134は、ステージ31、32(ステージ1
05)等の位置をモニタし、その結果を全体制御部12
0に転送するものである。またステージ31、32の駆
動系も全体制御部120によって制御される。この結
果、全体制御部120は、これらのデータに基づいて電
子線112が照射されている領域や位置が正確に把握で
きるようになっている。被検査基板高さ測定器200
は、ステージ31、32上に載置された被検査対象物1
06の高さを測定するものである。そして、被検査基板
高さ測定器200で測定された測定データに基づいて、
電子線112を細く絞るための対物レンズ33(10
3)の焦点距離がダイナミックに補正され、常に被検査
領域に焦点があった状態で電子線を照射できるように構
成されている。なお、図7では、高さ測定器200は、
検査室100の内部に設置されているが、検査室100
の外部に設置し、ガラス窓等を通して検査室100の内
部に光を投影するなどする方式でもよい。
The sample chamber 119 includes a sample stage 30, an X stage 31, a Y stage 32, a position monitor length measuring device 107, and a substrate height measuring device 200 for inspection. In addition,
The stage may be provided with a rotary stage. The length monitor 134 for position monitoring includes the stages 31 and 32 (stage 1).
05) and the like, and the result is transmitted to the overall control unit 12.
0. The drive system of the stages 31 and 32 is also controlled by the overall control unit 120. As a result, the overall control unit 120 can accurately grasp the region and position where the electron beam 112 is irradiated based on these data. Inspection board height measuring instrument 200
Is the inspection object 1 placed on the stages 31 and 32
06 is measured. Then, based on the measurement data measured by the inspected substrate height measuring device 200,
The objective lens 33 (10) for narrowing down the electron beam 112 finely.
The focal length of 3) is dynamically corrected, so that the electron beam can be irradiated while the inspection area is always in focus. In FIG. 7, the height measuring device 200 is
Although installed inside the inspection room 100, the inspection room 100
And a method of projecting light into the inspection room 100 through a glass window or the like.

【0034】光学顕微鏡部118は、検査室100の室
内における電子光学系116の近傍であって、互いに影
響を及ぼさない程度離れた位置に設置されており、電子
光学系116と光電顕微鏡部118との間の距離は当然
既知の値となって構成されている。そして、Xステージ
31またはYステージ32が電子光学系116と光学顕
微鏡部118との間の既知の距離を往復移動するように
構成されている。光学顕微鏡部118は、光源61、光
学レンズ62、CCDカメラ63により構成されてい
る。光学顕微鏡部118は、被検査対象物106である
例えば半導体ウエハ3に形成された回路パターンの光学
画像を検出し、この検出された光学画像に基づいて回路
パターンの回転ずれ量を算出し、この算出された回転ず
れ量を全体制御部120に送信する。すると全体制御部
120は、この回転ずれ量分を例えば回転ステージを回
転させることによって補正をすることが可能となる。ま
た全体制御部120は、この回転ずれ量を補正制御回路
120’に送り、補正制御回路120’によりこの回転
ずれ量に基づいて例えば走査偏向器34による電子線の
走査偏向位置を補正することによって回転ずれの補正が
可能となる。また光学顕微鏡部118は、被検査対象物
106である例えば半導体ウエハ3に形成された回路パ
ターンの光学画像を検出し、例えばこの光学画像をモニ
タ50に表示して観察し、この観察された光学画像に基
づいて検査領域の座標を入力手段を用いて全体制御部1
20に入力することによって、検査領域を全体制御部1
20に対して設定することもできる。また例えば半導体
ウエハ3に形成された回路パターンにおけるチップ間の
ピッチ、或いはメモリセルのような繰り返しパターンの
繰り返しピッチを予め測定して、全体制御部120に入
力させることも可能となる。なお、光学顕微鏡部118
は、図7では検査室100の内部にあるが、検査室10
0の外部に配置して、ガラス窓等を通して半導体ウエハ
1の光学画像を検出するのでも良い。
The optical microscope section 118 is installed near the electron optical system 116 in the room of the inspection room 100 and at a position away from the electron optical system 116 so as not to affect each other. Is naturally a known value. The X stage 31 or the Y stage 32 is configured to reciprocate a known distance between the electron optical system 116 and the optical microscope unit 118. The optical microscope section 118 includes a light source 61, an optical lens 62, and a CCD camera 63. The optical microscope unit 118 detects an optical image of a circuit pattern formed on, for example, the semiconductor wafer 3, which is the inspection object 106, and calculates a rotational shift amount of the circuit pattern based on the detected optical image. The calculated rotation deviation amount is transmitted to the overall control unit 120. Then, the overall control unit 120 can correct the rotation deviation amount by, for example, rotating the rotation stage. Further, the overall control unit 120 sends the rotational deviation amount to a correction control circuit 120 ′, and the correction control circuit 120 ′ corrects, for example, the scanning deflection position of the electron beam by the scanning deflector 34 based on the rotational deviation amount. It is possible to correct the rotational deviation. The optical microscope unit 118 detects an optical image of a circuit pattern formed on, for example, the semiconductor wafer 3 that is the inspection target object 106, and displays and observes the optical image on the monitor 50, for example. The overall control unit 1 uses the input means to input the coordinates of the inspection area based on the image.
20 to input the inspection area to the overall control unit 1.
20 can also be set. For example, the pitch between chips in a circuit pattern formed on the semiconductor wafer 3 or the repetition pitch of a repetition pattern such as a memory cell can be measured in advance and input to the overall control unit 120. The optical microscope section 118
Is inside the inspection room 100 in FIG.
0, and an optical image of the semiconductor wafer 1 may be detected through a glass window or the like.

【0035】図4および図7に示す如く、電子銃31
(101)を出た電子ビームは、コンデンサレンズ3
2、対物レンズ33(103)を経て、試料面では画素
サイズ程度のビーム径に絞られる。この際、グランド電
極38(118)、リターディング電極37によって、
試料に負電位を引加し、対物レンズ33(103)と被
検査対象物(試料)106間で電子ビームを減速するこ
とで低加速電圧領域での高分解能化を図る。電子線が照
射されると、被検査対象物(ウエハ3)106からは電
子が発生する。走査偏向器34(102)による電子線
のX方向の繰り返し走査と、ステージ2(105)によ
る被検査対象物(試料)106のY方向の連続的な移動
に同期して被検査対象物106から発生する電子を検出
することで、被検査対象物の2次元の電子線像が得られ
る。被検査対象物から発生した電子は検出器35(10
4)で捕らえられ、アンプ36で増幅される。ここで、
高速検査を可能にするために、電子ビームをX方向に繰
り返し走査させる偏向器34(102)としては、偏向
速度の速い静電偏向器を用いることが、また、電子銃3
1(101)としては、電子ビーム電流を大きくできる
ので照射時間が短くできる熱電界放射型電子銃を用いる
ことが、また、検出器35(104)には高速駆動が可
能な半導体検出器を用いることが望ましい。
As shown in FIG. 4 and FIG.
The electron beam that has exited (101) is
2. Through the objective lens 33 (103), the beam diameter on the sample surface is reduced to about the pixel size. At this time, the ground electrode 38 (118) and the retarding electrode 37
By applying a negative potential to the sample and decelerating the electron beam between the objective lens 33 (103) and the inspection object (sample) 106, high resolution in a low acceleration voltage region is achieved. When the electron beam is irradiated, electrons are generated from the inspection object (wafer 3) 106. Synchronous with the repetitive scanning of the electron beam in the X direction by the scanning deflector 34 (102) and the continuous movement of the inspection object (sample) 106 in the Y direction by the stage 2 (105), from the inspection object 106 By detecting the generated electrons, a two-dimensional electron beam image of the inspection object can be obtained. Electrons generated from the inspected object are detected by the detector 35 (10
4) and are amplified by the amplifier 36. here,
In order to enable high-speed inspection, an electrostatic deflector having a high deflection speed is used as the deflector 34 (102) for repeatedly scanning the electron beam in the X direction.
As 1 (101), use is made of a thermal field emission type electron gun capable of shortening the irradiation time because the electron beam current can be increased, and a semiconductor detector capable of high-speed driving is used as the detector 35 (104). It is desirable.

【0036】次に、画像取り出し部140について図
4、図7および図8を用いて説明する。即ち、電子検出
部117における電子検出器35(104)で検出され
た電子検出信号は、アンプ36で増幅され、A/D変換
器39(122)によりデジタル画像データ(階調画像
データ)に変換される。そして、A/D変換器39(1
22)の出力を、光変換手段(発光素子)23、伝送手
段(光ファイバケーブル)24、および電気変換手段
(受光素子)25により伝送するように構成した。この
構成によれば、伝送手段24はA/D変換器39(12
2)のクロック周波数と同じ伝送速度であれば良い。A
/D変換器39の出力は、光変換手段(発光素子)23
において光デジタル信号に変換され、伝送手段(光ファ
イバケーブル)24によって光伝送されて電気変換手段
(受光素子)25によりデジタル画像データ(階調画像
データ)に変換される。このように光信号に変換して伝
送するのは、反射板17からの電子52を半導体検出器
35(104)に導くために、半導体検出器35から光
変換手段23までの構成要素(半導体検出器35、アン
プ36、A/D変換器39、および光変換手段(発光素
子)23)を高電圧電源(図示せず)により正の高電位
にフローティングする必要があるからである。正確に
は、半導体検出器35のみを正の高電圧にすればよい。
しかしアンプ36とA/D変換器39は、ノイズの混入
と信号の劣化を防ぐため、半導体検出器の直近にある方
が望ましく、半導体検出器35のみを正の高電圧に保つ
ことは困難で、上記構成要素全体を高電圧にする。すな
わち、伝送手段(光ファイバケーブル)24は高絶縁材
料で形成されているため、光変換手段(発光素子)23
においては正の高電位レベルにあった画像信号が、伝送
手段(光ファイバケーブル)24を通過後、電気変換手
段(受光素子)25からはアースレベルの画像信号の出
力が得られる。
Next, the image extracting section 140 will be described with reference to FIGS. 4, 7 and 8. That is, the electron detection signal detected by the electron detector 35 (104) in the electron detector 117 is amplified by the amplifier 36, and is converted into digital image data (gradation image data) by the A / D converter 39 (122). Is done. Then, the A / D converter 39 (1
The output of 22) is transmitted by an optical conversion means (light emitting element) 23, a transmission means (optical fiber cable) 24, and an electric conversion means (light receiving element) 25. According to this configuration, the transmission unit 24 transmits the A / D converter 39 (12
The transmission speed may be the same as the clock frequency of 2). A
The output of the / D converter 39 is the light conversion means (light emitting element) 23
Is converted into an optical digital signal, transmitted optically by a transmission means (optical fiber cable) 24, and converted into digital image data (gradation image data) by an electric conversion means (light receiving element) 25. The conversion into the optical signal and the transmission of the light signal in this way are performed in order to guide the electrons 52 from the reflection plate 17 to the semiconductor detector 35 (104). This is because it is necessary to float the device 35, the amplifier 36, the A / D converter 39, and the light converting means (light emitting element) 23 to a positive high potential by a high voltage power supply (not shown). More precisely, only the semiconductor detector 35 needs to be set to a positive high voltage.
However, it is desirable that the amplifier 36 and the A / D converter 39 are located in the immediate vicinity of the semiconductor detector in order to prevent noise contamination and signal deterioration, and it is difficult to keep only the semiconductor detector 35 at a positive high voltage. , And all the components are set to a high voltage. That is, since the transmission means (optical fiber cable) 24 is formed of a highly insulating material, the light conversion means (light emitting element) 23
In, after the image signal at the positive high potential level has passed through the transmission means (optical fiber cable) 24, an output of the ground level image signal is obtained from the electric conversion means (light receiving element) 25.

【0037】前処理回路(画像補正回路)40は、暗レ
ベル補正回路72、電子源の揺らぎ補正回路73、シェ
ーディング補正回路74等によって構成される。電気変
換手段(受光素子)25から得られるデジタル画像デー
タ(階調画像データ)71は、前処理回路(画像補正回
路)40において、暗レベル補正、電子源の揺らぎ補
正、シェーディング補正等の画像補正が行われる。暗レ
ベル補正回路72における暗レベル補正は、図9に示す
ように、全体制御部120から得られる走査ライン同期
信号75に基づいて抽出されるビーム・ブランキング期
間中における検出信号71を基準に暗レベルを補正す
る。即ち暗レベルを補正する基準信号は、ビーム・ブラ
ンキング期間中の例えば特定位置における特定数画素の
階調値の平均を暗レベルとし、走査ライン毎に更新す
る。このように暗レベル補正回路72において、ビーム
・ブランキング期間中に検出される検出信号が、ライン
毎に更新される基準信号に暗レベル補正が行われる。電
子源の揺らぎ補正回路73における電子源の揺らぎ補正
は、図9に示すように、暗レベル補正がなされた検出信
号76を、補正周期(例えば100kHzのライン単
位)で上記ビーム電流を検出するファラデーカップ(図
示せず)でモニタされたビーム電流77で正規化して行
う。電子源の揺らぎには、急激な変動がないので、1〜
数ライン前に検出されたビーム電流を用いてもよい。シ
ェーディング補正回路74におけるシェーディング補正
は、図9に示すように、電子源の揺らぎ補正された検出
信号78に対して、全体制御部120から得られるビー
ム走査位置79による光量変動を補正するものである。
即ち、シェーディング補正は、予め検出した基準明るさ
データ83をもとに画素毎に補正(正規化)を行うもの
である。シェーディング補正用基準データ83は、予め
検出して、検出された画像データを一旦画像メモリ(例
えば147)に格納し、この格納された画像データを、
全体制御部120内に設けられた計算機または全体制御
部120にネットワークで接続された上位の計算機に送
信し、全体制御部120内に設けられた計算機または全
体制御部120にネットワークで接続された上位の計算
機においてソフトウエアで処理して作成する。またシェ
ーディング補正用基準データ83は、全体制御部120
にネットワークで接続された上位の計算機において予め
算出して保持しておき、検査開始時にダウンロードし、
このダウンロードしたデータをシェーディング補正回路
74におけるCPUが取り込めるようにしても良い。全
視野幅対応については、シェーディング補正回路74内
に、通常の電子ビームの振り幅の画素数(例えば102
4画素)の補正メモリを2面持ち、検査領域外の時間
(1視野検査終了から次の1視野検査開始までの時間)
にメモリを切り換えることにより対応する。補正データ
としては、電子ビームの最大の振り幅の画素数(例えば
5000画素)分持ち、各補正メモリに次の1視野検査
終了までにCPUが書き替えればよい。
The pre-processing circuit (image correction circuit) 40 includes a dark level correction circuit 72, a fluctuation correction circuit 73 for an electron source, a shading correction circuit 74, and the like. Digital image data (gradation image data) 71 obtained from the electric conversion means (light receiving element) 25 is subjected to image correction such as dark level correction, electron source fluctuation correction and shading correction in a preprocessing circuit (image correction circuit) 40. Is performed. As shown in FIG. 9, the dark level correction in the dark level correction circuit 72 is performed based on the detection signal 71 during the beam blanking period extracted based on the scan line synchronization signal 75 obtained from the overall control unit 120. Correct the level. That is, the reference signal for correcting the dark level is updated for each scanning line by setting the average of the gradation values of a specific number of pixels at a specific position, for example, during the beam blanking period as the dark level. As described above, in the dark level correction circuit 72, the detection signal detected during the beam blanking period is subjected to the dark level correction to the reference signal updated for each line. As shown in FIG. 9, the fluctuation correction of the electron source in the fluctuation correction circuit 73 of the electron source is performed by converting the detection signal 76 subjected to the dark level correction into a Faraday detection for detecting the beam current at a correction cycle (for example, 100 kHz line unit). This is performed by normalizing the beam current 77 monitored by a cup (not shown). Since the fluctuation of the electron source does not fluctuate rapidly,
The beam current detected several lines before may be used. As shown in FIG. 9, the shading correction in the shading correction circuit 74 corrects a light amount variation due to the beam scanning position 79 obtained from the overall control unit 120 with respect to the detection signal 78 corrected for the fluctuation of the electron source. .
That is, the shading correction performs correction (normalization) for each pixel based on the reference brightness data 83 detected in advance. The shading correction reference data 83 is detected in advance, and the detected image data is temporarily stored in an image memory (for example, 147).
It is transmitted to a computer provided in the general control unit 120 or a higher-level computer connected to the general control unit 120 via a network, and transmitted to a computer provided in the general control unit 120 or a higher-level computer connected to the general control unit 120 via a network. Is created by processing with software on a computer. The shading correction reference data 83 is stored in the overall control unit 120.
Calculated and held in advance by a higher-level computer connected to the network, downloaded at the start of the inspection,
The CPU of the shading correction circuit 74 may take in the downloaded data. Regarding the correspondence to the entire visual field width, the number of pixels (for example, 102
Time that is outside the inspection area (time from the end of one visual field inspection to the start of the next one visual field inspection) with two correction memories (4 pixels)
By switching the memory. The correction data has the maximum number of pixels (for example, 5000 pixels) of the maximum width of the electron beam, and may be rewritten by the CPU in each correction memory by the end of the next one visual field inspection.

【0038】以上、電気変換手段(受光素子)25から
得られるデジタル画像データ(階調画像データ)71に
対して、暗レベル補正(ビーム・ブランキング期間中に
おける検出信号71を基準に暗レベルを補正する。)、
電子ビーム電流の揺らぎ補正(ビーム電流強度をモニタ
ーし、信号をビーム電流で正規化する)、シェーディン
グ補正(ビーム走査位置による光量変動を補正)を行っ
た後、補正されたデジタル画像データ(階調画像デー
タ)80に対して、フィルタリング処理回路81におい
て、ガウシアンフィルタ、平均値フィルタ、あるいはエ
ッジ強調フィルタなどによるフィルタリング処理を行っ
て、画質を改善する。また、必要に応じて、画像の歪み
の補正も行なう。これらの前処理は、後の欠陥判定処理
において有利なように検出画像を変換するためのもので
ある。
As described above, the digital image data (gradation image data) 71 obtained from the electric conversion means (light receiving element) 25 is corrected for the dark level (the dark level is corrected based on the detection signal 71 during the beam blanking period). to correct.),
After correcting the fluctuation of the electron beam current (monitoring the beam current intensity and normalizing the signal with the beam current) and performing shading correction (correcting the light intensity variation due to the beam scanning position), the corrected digital image data (gradation) The filtering processing circuit 81 performs filtering processing on the (image data) 80 using a Gaussian filter, an average value filter, an edge emphasis filter, or the like to improve image quality. Further, if necessary, the image distortion is corrected. These pre-processes are for converting the detected image so as to be advantageous in the subsequent defect determination process.

【0039】シフトレジスタ等で構成される遅延回路4
1は、前処理回路40から画質が改善されたデジタル画
像信号(階調画像信号)82を一定時間だけ遅延させる
が、遅延時間を、全体制御部120から得て、例えばス
テージ2がチップピッチ分(図5でのd1)移動する時
間にすれば、遅延された信号g0と遅延されていない信
号f0とは隣り合うチップの同じ箇所での画像信号とな
り、前述したチップ比較検査となる。あるいは遅延時間
を、全体制御部120から得て、ステージ2がメモリセ
ルのピッチ分(図5でのd2)移動する時間にすれば、
遅延された信号g0と遅延されていない信号f0とは隣り
合うメモリセルの同じ箇所での画像信号となり、前述し
たセル比較検査となるわけである。このように遅延回路
41は、全体制御部120から得られる情報に基づい
て、読み出す画素位置を制御することによって任意の遅
延時間を選択できるように構成されている。以上のよう
にして、画像取り出し部120から、比較すべきデジタ
ル画像信号(階調画像信号)f0とg0とが取り出され
る。以下、f0を検出画像、g0を比較画像と呼ぶことに
する。なお、図7に示すように、比較画像信号g0をシ
フトレジスタや画像メモリ等で構成された第1画像記憶
部46に記憶し、検出画像信号f0をシフトレジスタや
画像メモリ等で構成された第2画像記憶部47に記憶し
ても良い。上述したごとく、第1画像記憶部46は遅延
回路41を構成してもよく、また第2画像記憶部47は
必ずしも必要としない。また、前処理回路40内、およ
び第2画像記憶部47等に取り込まれた電子線画像ある
いは光学顕微鏡部118で検出した光学画像はモニタ5
0に表示され、観察することが可能である。
A delay circuit 4 composed of a shift register or the like
1 delays a digital image signal (gradation image signal) 82 whose image quality has been improved from the preprocessing circuit 40 by a fixed time. If it is time to move (d1 in FIG. 5), the delayed signal g0 and the undelayed signal f0 become image signals at the same location on adjacent chips, and the above-described chip comparison inspection is performed. Alternatively, if the delay time is obtained from the overall control unit 120 and the stage 2 is moved by the pitch of the memory cell (d2 in FIG. 5),
The delayed signal g0 and the non-delayed signal f0 become image signals at the same location of the adjacent memory cell, and the cell comparison test described above is performed. As described above, the delay circuit 41 is configured such that an arbitrary delay time can be selected by controlling the pixel position to be read out based on the information obtained from the overall control unit 120. As described above, the digital image signals (gradation image signals) f0 and g0 to be compared are extracted from the image extracting unit 120. Hereinafter, f0 is called a detected image and g0 is called a comparative image. As shown in FIG. 7, the comparison image signal g0 is stored in a first image storage unit 46 composed of a shift register, an image memory and the like, and the detected image signal f0 is stored in a first image storage unit composed of a shift register and an image memory. It may be stored in the two-image storage unit 47. As described above, the first image storage unit 46 may constitute the delay circuit 41, and the second image storage unit 47 is not always necessary. The electron beam image captured in the preprocessing circuit 40 and the second image storage unit 47 or the optical image detected by the optical microscope unit 118 is displayed on the monitor 5.
0 is displayed and can be observed.

【0040】次に、画像処理部124について図4を用
いて説明する。前処理部40からは被検査対象物106
上のある検査領域についての階調値(濃淡値)で表わさ
れる検出画像f0(x,y)が得られ、遅延回路41から
は比較される基準となる被検査対象物106上のある検
査領域についての階調値(濃淡値)で現わされる比較画
像(基準画像:参照画像)g0(x,y)が得られる。画
素単位の位置合わせ部42では、上記検出画像f0(x,
y)に対する比較画像g0(x,y)の位置ずれ量が0〜1
画素の間になるように、いいかえれば、f0(x,y)と
g0(x,y)との「整合度」が最大となる位置が0〜1
画素の間になるように、例えば比較画像の位置をずら
す。その結果、例えば図3に示すように検出画像f0
(x,y)と比較画像g0(x,y)とが1画素単位以下で
位置合わせされることになる。図6に鎖線で示す四角な
目が画素を示す。この画素は、電子検出器35で検出さ
れてA/D変換器39(122)でサンプリングされて
デジタル値(階調値:濃淡値)に変換される単位であ
る。即ち、画素単位は、電子検出器35で検出される最
小単位を示す。なお、上記「整合度」としては、次に示
す(数1)式などが考えられる。
Next, the image processing section 124 will be described with reference to FIG. From the preprocessing unit 40, the inspection object 106
A detection image f0 (x, y) represented by a tone value (shade value) for a certain inspection area above is obtained, and a certain inspection area on the inspection object 106 serving as a reference to be compared is obtained from the delay circuit 41. , A comparison image (reference image: reference image) g0 (x, y) expressed by the gradation value (shade value) of is obtained. In the pixel-based positioning unit 42, the detected image f0 (x,
y), the displacement amount of the comparison image g0 (x, y) is 0 to 1
In other words, the position where the "matching degree" between f0 (x, y) and g0 (x, y) is maximum is 0-1.
For example, the position of the comparison image is shifted so as to be between the pixels. As a result, for example, as shown in FIG.
(x, y) and the comparison image g0 (x, y) are aligned in units of one pixel or less. In FIG. 6, square eyes indicated by chain lines indicate pixels. This pixel is a unit that is detected by the electronic detector 35, sampled by the A / D converter 39 (122), and converted into a digital value (gradation value: gray value). That is, the pixel unit indicates the minimum unit detected by the electronic detector 35. In addition, the following (Equation 1) or the like can be considered as the “degree of matching”.

【0041】 max|f0−g0|, ΣΣ|f0−g0|, ΣΣ(f0−g0)2 (数1) max|f0−g0|は、検出画像f0(x,y)と比較画像g0
(x,y)との差の絶対値の最大値を示す。ΣΣ|f0−g
0|は、検出画像f0(x,y)と比較画像g0(x,y)との
差の絶対値の画像内の合計である。ΣΣ(f0−g0)
2は、検出画像f0(x,y)と比較画像g0(x,y)との
差を2乗してx方向およびy方向に積分した値を示す。
上記(数1)式のいずれを採用するかによって処理内容
が変わってくるが、ここではΣΣ|f0−g0|を採用した
場合について示す。比較画像g0(x,y)のx方向のず
らし量をmx,y方向のずらし量をmy(ただしmx,my
は整数)とし、e1(mx,my)、s1(mx,my)の各々を
次に示す(数2)式および(数3)式のように定義す
る。
Max | f0−g0 |, ΣΣ | f0−g0 |, ΣΣ (f0−g0) 2 (Equation 1) max | f0−g0 | is the detected image f0 (x, y) and the comparison image g0
Indicates the maximum value of the absolute value of the difference from (x, y). ΣΣ | f0-g
0 | is the sum in the image of the absolute value of the difference between the detected image f0 (x, y) and the comparison image g0 (x, y). ΣΣ (f0−g0)
2 indicates a value obtained by squaring the difference between the detected image f0 (x, y) and the comparison image g0 (x, y) and integrating the difference in the x and y directions.
The processing content changes depending on which of the above (Equation 1) is adopted. Here, a case where ΣΣ | f0−g0 | is adopted will be described. The shift amount in the x direction of the comparative image g0 (x, y) is mx, and the shift amount in the y direction is my (where mx, my
Is an integer), and each of e1 (mx, my) and s1 (mx, my) is defined as shown in the following (Formula 2) and (Formula 3).

【0042】 e1(mx,my)=ΣΣ|f0(x,y)−g0(x+mx,y+my)| (数2) s1(mx,my)=e1(mx,my)+e1(mx+1,my)+e1(mx,my+1)+e 1(mx+1,my+1) (数3) (数2)式においてΣΣは画像内の合計を表す。ここで
求めたいのはs1(mx,my)が最小となるx方向のずら
し量をmx,y方向のずらし量をmyの値なので、mx,
およびmyの各々を±0,1,2,3,4・・・・・nと変化
させて、いいかえれば、比較画像g0(x,y)を画素ピ
ッチでずらして、その時々のs1(mx,my)を算出す
る。そして、それが最小となるmxの値mx0と、myの値
my0とを求める。なお、比較画像の最大ずらし量である
nは、検出部115の位置精度に応じて、位置精度が悪
いほど大きな値にする必要がある。画素単位の位置合わ
せ部42からは、検出画像f0(x,y)はもとのまま、
比較画像g0(x,y)は(mx0,my0)だけずらして出
力する。すなわち、f1(x,y)=f0(x,y)、g1
(x,y)=g0(x+mx0,y+my0)である。
E1 (mx, my) = ΣΣ | f0 (x, y) −g0 (x + mx, y + my) | (Equation 2) s1 (mx, my) = e1 (mx, my) + e1 (mx + 1, my ) + E1 (mx, my + 1) + e1 (mx + 1, my + 1) (Formula 3) In the formula (2), ΣΣ represents the sum in the image. What we want to find here is the shift amount in the x direction that minimizes s1 (mx, my) is the value of mx, and the shift amount in the y direction is the value of my.
And my are changed to ± 0, 1, 2, 3, 4... N, in other words, the comparative image g0 (x, y) is shifted at the pixel pitch, and the s1 (mx , My). Then, a value mx0 of mx and a value my0 of my that minimize the value are obtained. Note that the maximum shift amount n of the comparison image needs to be set to a larger value as the position accuracy is lower, according to the position accuracy of the detector 115. From the pixel-by-pixel alignment unit 42, the detected image f0 (x, y) remains unchanged.
The comparison image g0 (x, y) is output shifted by (mx0, my0). That is, f1 (x, y) = f0 (x, y), g1
(x, y) = g0 (x + mx0, y + my0).

【0043】画素以下の位置ずれ検出部(図示せず)で
は、画素単位に位置合わせされた画像f1(x,y)、g1
(x,y)を小領域(例えば128*256画素からなる
部分画像)に分割して、分割した領域(部分画像)ごと
に画素以下の位置ずれ量(位置ずれ量は0〜1の実数と
なる。)を算出する。小領域に分割するのは、画像の歪
みに対応するためであり、歪みが無視できる程度の領域
に設定する必要がある。整合度の測度としては、やはり
(数1)式で示すような選択肢があるが、ここでは、三
番目の「差の2乗和」(ΣΣ(f0−g0)2)を採用した
例を示す。f1(x,y)とg1(x,y)との中間位置を位
置ずれ量0とし、図6に示すように、f1はx方向に−
δx、y方向に−δy、g1はx方向に+δx、y方向に+
δyだけずれていると仮定する。つまり、f1とg1との
ずれ量は、x方向が2*δx、y方向が2*δyと考え
る。δx、δyは整数ではないため、δx、δyだけずらす
には、画素と画素の間の値を定義する必要がある。f1
をx方向に+δx、y方向に+δyだけずらした画像f
2、g1をx方向に−δx、y方向に−δyだけずらした画
像g2を、次に示す(数4)式および(数5)式のよう
に定義する。
In a displacement detection unit (not shown) for pixels or less, images f 1 (x, y) and g 1 aligned on a pixel-by-pixel basis.
(x, y) is divided into small areas (for example, a partial image composed of 128 * 256 pixels), and a positional shift amount equal to or less than a pixel (the positional shift amount is a real number of 0 to 1) for each of the divided areas (partial images). Is calculated). The division into small regions is for dealing with image distortion, and it is necessary to set the region to a region where distortion is negligible. As a measure of the degree of consistency, there is also an option as shown by the following equation (1). Here, an example in which the third “sum of squares of difference” (ΣΣ (f0−g0) 2 ) is used is shown. . An intermediate position between f1 (x, y) and g1 (x, y) is defined as a position shift amount 0, and as shown in FIG.
δx, −δy in y direction, g1 is + δx in x direction, +1 in y direction
Assume that it is shifted by δy. That is, the shift amount between f1 and g1 is considered to be 2 * δx in the x direction and 2 * δy in the y direction. Since δx and δy are not integers, it is necessary to define a value between pixels to shift by δx and δy. f1
F shifted by + δx in the x direction and + δy in the y direction
2. An image g2 in which g1 is shifted by -δx in the x direction and -δy in the y direction is defined as in the following equations (4) and (5).

【0044】 f2(x,y)=f1(x+δx,y+δy)=f1(x,y)+δx(f1(x+1,y)− f1(x,y))+δy(f1(x,y+1)−f1(x,y)) (数4) g2(x,y)=g1(x−δx,y−δy)=g1(x,y)+δx(g1(x−1,y)− g1(x,y))+δy(g1(x,y−1)−g1(x,y)) (数5) (数4)(数5)式はいわゆる線形補間である。f2と
g2との整合度e2(δx,δy)は「差の2乗和」を採用す
ると次に示す(数6)式のようになる。 e2(δx,δy)=ΣΣ(f2(x,y)−g2(x,y))2 (数6) ΣΣは小領域(部分画像)内の合計である。画素以下の
位置ずれ検出部(図示せず)の目的は、e2(δx,δy)
が最小値をとるδxの値δx0、δyの値δy0を求めること
である。それには、上記(数6)式をδx,δyで偏微分
した式を0とおいて、それをδx,δyについて解けばよ
い。結果は次に示す(数7)式および(数8)式のよう
になる。
F2 (x, y) = f1 (x + δx, y + δy) = f1 (x, y) + δx (f1 (x + 1, y) −f1 (x, y)) + δy (f1 (x, y + 1) − f1 (x, y)) (Equation 4) g2 (x, y) = g1 (x-.delta.x, y-.delta.y) = g1 (x, y) +. delta.x (g1 (x-1, y) -g1 (x, y)) + δy (g1 (x, y-1) -g1 (x, y)) (Equation 5) (Equation 4) (Equation 5) is a so-called linear interpolation. The degree of matching e2 (δx, δy) between f2 and g2 is given by the following (Equation 6) when “sum of squares of the difference” is adopted. e2 (δx, δy) = {(f2 (x, y) −g2 (x, y)) 2 (Equation 6)} is the sum in the small area (partial image). The purpose of the displacement detection unit (not shown) for pixels or less is e2 (δx, δy)
Is to determine the value Δx0 of Δx and the value Δy0 of Δy that takes the minimum value. This can be done by setting the equation obtained by partially differentiating the above equation (6) with δx and δy as 0 and solving it for δx and δy. The result is as shown in the following equations (7) and (8).

【0045】 δx={(ΣΣC0*Cy)*(ΣΣCx*Cy)−(ΣΣC0*Cx)*(ΣΣCy*Cy)}/{( ΣΣCx*Cx)*(ΣΣCy*Cy)−(ΣΣCx*Cy)*(ΣΣCx*Cy)} (数7) δx={(ΣΣC0*Cx)*(ΣΣCx*Cy)−(ΣΣC0*Cy)*(ΣΣCx*Cx)}/{( ΣΣCx*Cx)*(ΣΣCy*Cy)−(ΣΣCx*Cy)*(ΣΣCx*Cy)} (数8) ただし、C0、Cx、Cyの各々は、次に示す(数9)式、
(数10)式、(数11)式の関係になる。
Δx = {(ΣΣC0 * Cy) * (ΣΣCx * Cy) − (ΣΣC0 * Cx) * (ΣΣCy * Cy)} / {(ΣΣCx * Cx) * (ΣΣCy * Cy) − (ΣΣCx * Cy) * (ΣΣCx * Cy)} (Equation 7) δx = {(ΣΣC0 * Cx) * (ΣΣCx * Cy) − (ΣΣC0 * Cy) * (ΣΣCx * Cx)} / {(ΣΣCx * Cx) * (ΣΣCy * Cy) − (ΣΣCx * Cy) * (ΣΣCx * Cy)} (Equation 8) Here, each of C0, Cx and Cy is represented by the following (Equation 9):
Equation (10) and equation (11) are obtained.

【0046】 C0=f1(x,y)−g1(x,y) (数9) Cx={f1(x+1,y)−f1(x,y)}−{g1(x−1,y)−g1(x,y)} (数10) Cy={f1(x,y+1)−f1(x,y)}−{g1(x,y−1)−g1(x,y)} (数11) δx0,δy0の各々を求めるには、(数7)式、および(数
8)式に示すように、上記種々の統計量ΣΣCk*Ck
(但しCk=C0、Cx、Cy)を求める必要がある。統
計量算出部44は、画素単位の位置合わせ部42から得
られる画素単位で位置合わせされた階調値(濃淡値)か
らなる検出画像f1(x,y)と比較画像g1(x,y)に基
づいて、上記種々の統計量ΣΣCk*Ckの算出を行
う。サブCPU45は、統計量算出部44において計算
されたΣΣCk*Ckを用いて、上記(数7)式、(数8)
式の演算を行ってδx0、δy0を求める。シフトレジスタ
等で構成された遅延回路46、47は、画素以下の位置
ずれ検出部(図示せず)でδx0、δy0を求めるのに要す
る時間分だけ画像信号f1とg1を遅延させるためのもの
である。
C0 = f1 (x, y) −g1 (x, y) (Equation 9) Cx = {f1 (x + 1, y) −f1 (x, y)} − {g1 (x−1, y) − g1 (x, y)} (Equation 10) Cy = {f1 (x, y + 1) -f1 (x, y)}-{g1 (x, y-1) -g1 (x, y)} (Equation 11) In order to obtain each of δx0 and δy0, as shown in Expressions (7) and (8), the various statistics 種 々 Ck * Ck
(However, Ck = C0, Cx, Cy) must be obtained. The statistic calculation unit 44 includes a detection image f1 (x, y) composed of tone values (shading values) aligned in pixel units obtained from the pixel-by-pixel alignment unit 42 and a comparison image g1 (x, y). Based on the above, the various statistics ΔCk * Ck are calculated. The sub CPU 45 calculates the above equation (7) and the equation (8) using kCk * Ck calculated by the statistic calculation unit 44.
The calculation of the expression is performed to obtain Δx0 and Δy0. The delay circuits 46 and 47 constituted by shift registers and the like are provided for delaying the image signals f1 and g1 by the time required to obtain δx0 and δy0 by a displacement detector (not shown) for pixels or less. is there.

【0047】差画像抽出回路(差分抽出回路:距離抽出
部)49では、計算上2*δx0、2*δy0の位置ずれを
有するf1とg1との差画像(距離画像)sub(x,y)を
求める。この差画像(距離画像)sub(x,y)は、(数
12)式で表すと、次のようになる。 sub(x,y)=g1(x,y)−f1(x,y) (数12) しきい値演算回路(許容範囲演算部)48は、遅延回路
46、47を経た画像信号f1、g1および、画素以下の
位置ずれ検出部(図示せず)から得られる画素以下の位
置ずれ量δx0、δy0を用いて、欠陥判定回路(欠陥判定
部)50において差画像抽出回路(差分抽出回路:距離
抽出部)49から得られる差画像(距離画像)sub(x,
y)の値に応じて欠陥候補か否かを判定するための二つ
のしきい値(許容範囲を示す許容値)thH(x,y)とthL
(x,y)とを算出するものである。thH(x,y)は、差
画像(距離画像)sub(x,y)の上限を規定するしきい
値(許容範囲を示す許容値)であり、thL(x,y)は、
差画像(距離画像)sub(x,y)の下限を規定するしき
い値(許容範囲を示す許容値)である。しきい値演算回
路48の構成を図5に示す。しきい値演算回路48にお
ける演算の内容を(数13)式および(数14)式で表
すと次のようになる。
The difference image extracting circuit (difference extracting circuit: distance extracting unit) 49 calculates the difference image (distance image) sub (x, y) between f1 and g1 having a positional shift of 2 * δx0 and 2 * δy0. Ask for. The difference image (distance image) sub (x, y) is represented by the following equation (12). sub (x, y) = g1 (x, y) -f1 (x, y) (Equation 12) The threshold value operation circuit (permissible range operation unit) 48 outputs the image signals f1 and g1 which Further, the defect determination circuit (defect determination unit) 50 uses the difference image extraction circuit (difference extraction circuit: distance Extraction unit) difference image (distance image) sub (x,
Two thresholds (allowable values indicating an allowable range) thH (x, y) and thL for determining whether or not a defect is a candidate according to the value of y)
(x, y). thH (x, y) is a threshold value (allowable value indicating an allowable range) defining the upper limit of the difference image (distance image) sub (x, y), and thL (x, y) is
This is a threshold value (allowable value indicating an allowable range) that defines the lower limit of the difference image (distance image) sub (x, y). FIG. 5 shows the configuration of the threshold value operation circuit 48. The contents of the operation in the threshold value operation circuit 48 are expressed by the following equations (Equation 13) and (Equation 14).

【0048】 thH(x,y)=A(x,y)+B(x,y)+C(x,y) (数13) thL(x,y)=A(x,y)−B(x,y)−C(x,y) (数14) ただし、A(x,y)は、(数15)式の関係で示され、画
素以下の位置ずれ量δx0、δy0を用いて、実質的に差画
像(距離画像)sub(x,y)の値に応じてしきい値を補
正するための項である。またB(x,y)は、(数16)式
の関係で示され、検出画像f1と比較画像g1との間にお
いて、パターンエッジの微小な位置ずれ(パターン形状
の微小な差異、パターン歪みも局所的に見ればパターン
エッジの微小な位置ずれに帰着する)を許容するための
項である。
ThH (x, y) = A (x, y) + B (x, y) + C (x, y) (Equation 13) thL (x, y) = A (x, y) −B (x, y) −C (x, y) (Equation 14) where A (x, y) is expressed by the relationship of Equation (15), and is substantially obtained by using the positional deviation amounts δx0 and δy0 below the pixel. This is a term for correcting the threshold value according to the value of the difference image (distance image) sub (x, y). Further, B (x, y) is expressed by the relationship of Expression (16), and a slight displacement of a pattern edge (a slight difference in pattern shape and a pattern distortion) between the detected image f1 and the comparative image g1. This is a term for allowing a small positional deviation of the pattern edge when viewed locally.

【0049】またC(x,y)は、(数17)式の関係で示
され、検出画像f1と比較画像g1との間において、階調
値(濃淡値)の微小な差異を許容するための項である。 A(x,y)={dx1(x,y)*δx0−dx2(x,y)*(−δx0)}+{dy1(x,y )*δy0−dy2(x,y)*(−δy0)}={dx1(x,y)+dx2(x,y)}*δx0+{ dy1(x,y)+dy2(x,y)}*δy0 (数15) B(x,y)=|{dx1(x,y)*α−dx2(x,y)*(−α)}|+|{dy1(x, y)*β−dy2(x,y)*(−β)}|=|{dx1(x,y)+dx2(x,y)}*α|+ |{dy1(x,y)+dy2(x,y)}*β| (数16) C(x,y)=((max1+max2)/2)*γ+ε (数17) ここで、α、βは0〜0.5の実数、γは0以上の実
数、εは0以上の整数である。
Further, C (x, y) is expressed by the following equation (17), and allows a slight difference in gradation value (shade value) between the detected image f1 and the comparison image g1. Is the term. A (x, y) = {dx1 (x, y) * δx0−dx2 (x, y) * (− δx0)} + {dy1 (x, y) * δy0−dy2 (x, y) * (− δy0 )} = {Dx1 (x, y) + dx2 (x, y)} * δx0 + {dy1 (x, y) + dy2 (x, y)} * δy0 (Equation 15) B (x, y) = | {dx1 ( x, y) * α-dx2 (x, y) * (− α)} | + | {dy1 (x, y) * β−dy2 (x, y) * (− β)} | = | {dx1 ( x, y) + dx2 (x, y)} * α | + | {dy1 (x, y) + dy2 (x, y)} * β | (Formula 16) C (x, y) = ((max1 + max2) / 2 Here, α and β are real numbers of 0 to 0.5, γ is a real number of 0 or more, and ε is an integer of 0 or more.

【0050】dx1(x,y)は、(数18)式の関係で示さ
れ、検出画像f1(x,y)におけるx方向+1隣りの画
像との階調値(濃淡値)の変化分を示す。またdx2
(x,y)は、(数19)式の関係で示され、比較画像g1
(x,y)におけるx方向−1隣りの画像との階調値(濃
淡値)の変化分を示す。またdy1(x,y)は、(数20)
式の関係で示され、検出画像f1(x,y)におけるy方
向+1隣りの画像との階調値(濃淡値)の変化分を示
す。またdy2(x,y)は、(数21)式の関係で示され、
比較画像g1(x,y)におけるy方向−1隣りの画像と
の階調値(濃淡値)の変化分を示す。 dx1(x,y)=f1(x+1,y)−f1(x,y) (数18) dx2(x,y)=g1(x,y)−g1(x−1,y) (数19) dy1(x,y)=f1(x,y+1)−f1(x,y) (数20) dy2(x,y)=g1(x,y)−g1(x,y−1) (数21) max1は、(数22)式の関係で示され、検出画像f1(x,
y)における自身も含め、x方向+1隣りの画像、y方
向+1隣りの画像の最大階調値(濃淡値)を示す。
Dx1 (x, y) is expressed by the relationship of equation (18), and represents the change in the gradation value (shade value) between the detected image f1 (x, y) and the image adjacent to the x direction + 1. Show. Also dx2
(x, y) is expressed by the relationship of equation (19), and the comparison image g1
It shows the change in the gradation value (shade value) between (x, y) and the image adjacent in the x direction minus one. Dy1 (x, y) is given by (Equation 20)
It is shown by the relationship of the expression, and shows the change of the gradation value (shade value) between the detected image f1 (x, y) and the next image in the y direction + 1. Dy2 (x, y) is expressed by the relationship of equation (21).
It shows the change in the tone value (shade value) of the comparative image g1 (x, y) with respect to the image adjacent in the y direction minus one in the y direction. dx1 (x, y) = f1 (x + 1, y) -f1 (x, y) (Equation 18) dx2 (x, y) = g1 (x, y) -g1 (x-1, y) (Equation 19) dy1 (x, y) = f1 (x, y + 1) -f1 (x, y) (Equation 20) dy2 (x, y) = g1 (x, y) -g1 (x, y-1) (Equation 21) max1 is represented by the relationship of Expression 22, and the detected image f1 (x,
The maximum gradation value (shade value) of the image adjacent to the x direction + 1 and the image adjacent to the y direction + 1, including itself in y).

【0051】またmax2は、(数23)式の関係で示され、
比較画像g1(x,y)における自身も含め、x方向−1
隣りの画像、y方向−1隣りの画像の最大階調値(濃淡
値)を示す。 max1=max{f1(x,y),f1(x+1,y),f1(x,y+1),f(x+1,y +1)} (数22) max2=max{g1(x,y),g1(x−1,y),g1(x,y−1),g(x−1,y −1)} (数23) まず、しきい値thH(x,y)、thL(x,y)を算出する
(数13)式および(数14)式における第1項A(x,y)
について説明する。即ち、しきい値thH(x,y)、thL
(x,y)を算出する(数13)式および(数14)式におけ
る第1項A(x,y)は、位置ずれ検出部43で求めた画
素以下の位置ずれ量δx0、δy0に対応してしきい値を補
正するための項である。例えば(数18)式で表されるd
x1は、f1の階調値のx方向の局所的な変化率だから、
(数15)式に示されるdx1(x,y)*δx0は、位置がδ
x0ずれた時のf1の階調値(濃淡値)の変化の予測値と
いうことができる。よって、(数15)式に示される第1
項{dx1(x,y)*δx0−dx2(x,y)*(−δx0)}は、
x方向にf1の位置をδx0、g1の位置を−δx0ずらした
時に、f1とg1の差画像(距離画像)の階調値(濃淡
値)がどのぐらい変化するかを画素ごとに予測した値と
いうことができる。同様に第2項はy方向について予測
した値ということができる。即ち、{dx1(x,y)+dx
2(x,y)}*δx0は、検出画像f1と比較画像g1との差
画像(距離画像)におけるx方向の局所的変化率{dx1
(x,y)+dx2(x,y)}に対して位置ずれδx0を掛け
算してf1とg1の差画像(距離画像)の階調値(濃淡
値)がx方向にどのぐらい変化するかを画素ごとに予測
した値であり、{dy1(x,y)+dy2(x,y)}*δy0
は、検出画像f1と比較画像g1との差画像(距離画像)
におけるy方向の局所的変化率{dy1(x,y)+dy2
(x,y)}に対して位置ずれδy0を掛け算してf1とg1
の差画像(距離画像)の階調値(濃淡値)がy方向にど
のぐらい変化するかを画素ごとに予測した値である。
Max2 is expressed by the relationship of the following equation (23).
-1 in the x direction, including itself in the comparison image g1 (x, y)
The maximum gradation value (shade value) of the next image and the next image in the y direction minus 1 are shown. max1 = max {f1 (x, y), f1 (x + 1, y), f1 (x, y + 1), f (x + 1, y + 1)} (Equation 22) max2 = max {g1 (x, y), g1 ( x-1, y), g1 (x, y-1), g (x-1, y-1)} (Equation 23) First, threshold values thH (x, y) and thL (x, y) are calculated. calculate
The first term A (x, y) in Equations (13) and (14)
Will be described. That is, thresholds thH (x, y), thL
The first term A (x, y) in the equations (13) and (14) for calculating (x, y) corresponds to the displacements δx0 and δy0 below the pixel obtained by the displacement detection unit 43. To correct the threshold value. For example, d expressed by equation (18)
Since x1 is the local change rate of the tone value of f1 in the x direction,
Dx1 (x, y) * δx0 shown in the equation (15) has a position of δ
It can be said that this is a predicted value of a change in the gradation value (shade value) of f1 when there is a shift of x0. Therefore, the first equation (15)
The term {dx1 (x, y) * δx0−dx2 (x, y) * (− δx0)} is
A value that predicts, for each pixel, how much the gradation value (shading value) of the difference image (distance image) between f1 and g1 changes when the position of f1 is shifted by δx0 and the position of g1 is shifted by −δx0 in the x direction. It can be said. Similarly, the second term can be said to be a value predicted in the y direction. That is, {dx1 (x, y) + dx
2 (x, y)} * δx0 is the local change rate {dx1 in the x direction in the difference image (distance image) between the detected image f1 and the comparison image g1.
(x, y) + dx2 (x, y)} is multiplied by the displacement δx0 to determine how much the gradation value (shade value) of the difference image (distance image) between f1 and g1 changes in the x direction. It is a value predicted for each pixel, and {dy1 (x, y) + dy2 (x, y)} * δy0
Is the difference image (distance image) between the detected image f1 and the comparison image g1
Local change rate in the y direction at {dy1 (x, y) + dy2
(x, y)} multiplied by the displacement δy0 to obtain f1 and g1
Is a value that predicts, for each pixel, how much the gradation value (shade value) of the difference image (distance image) changes in the y direction.

【0052】以上説明したように、しきい値thH(x,
y)、thL(x,y)における第1項A(x,y)は、既知の
位置ずれδx0、δy0をキャンセルするための項である。
As described above, the threshold value thH (x,
The first term A (x, y) in y) and thL (x, y) is a term for canceling the known positional shifts δx0 and δy0.

【0053】次に、しきい値thH(x,y)、thL(x,y)
を算出する(数13)式および(数14)式における第2項
B(x,y)について説明する。即ち、しきい値thH(x,
y)、thL(x,y)を算出する(数13)式および(数14)
式における第2項B(x,y)は、パターンエッジの微小
な位置ずれ(パターン形状の微小な差異、パターン歪み
も局所的に見ればパターンエッジの微小な位置ずれに帰
着する)を許容するための項である。A(x,y)を求め
る(数15)式とB(x,y)を求める(数16)式を対比さ
せれば明らかなように、B(x,y)は位置ずれα、βに
よる差画像(距離画像)の階調値(濃淡値)の変化予測
の絶対値である。A(x,y)によって位置ずれがキャン
セルされるとするならば、A(x,y)にB(x,y)を加
算するのは、位置の合った状態から、さらにパターン形
状やパターンの歪みに基づく微小な差異によるパターン
エッジの微小な位置ずれを考慮してx方向にα、y方向
にβだけ位置をずらすことを意味している。つまり、パ
ターン形状やパターンの歪みに基づく微小な差異による
パターンエッジの微小な位置ずれとして、x方向に+
α、y方向に+βを許容するのが、上記(数13)式で
示す+B(x,y)である。また、上記(数14)式で示
す如くA(x,y)からB(x,y)を減ずるのは、位置の
合った状態からさらにx方向に−α、y方向に−βだけ
位置をずらすことを意味している。x方向に−α、y方
向に−βの位置ずれを許容するのが、上記(数14)式
で示す−B(x,y)である。上記(数13)式および
(数14)式で示すごとく、しきい値に上限thH(x,
y)、下限thL(x,y)を設けることによって、±α、±
βの位置ずれを許容することになるわけである。そし
て、しきい値演算回路48において、入力されるパラメ
ータα、βの値を適切な値に設定することによって、パ
ターン形状やパターンの歪みに基づく微小な差異による
許容する位置ずれ量(パターンエッジの微小な位置ずれ
量)を自由にコントロールすることが可能となる。
Next, threshold values thH (x, y) and thL (x, y)
The following describes the second term B (x, y) in the equations (13) and (14) for calculating the following equation. That is, the threshold value thH (x,
y), Equation (13) for calculating thL (x, y) and (Equation 14)
The second term B (x, y) in the expression allows a slight displacement of the pattern edge (small difference in pattern shape and pattern distortion results in a small displacement of the pattern edge when viewed locally). It is a term for. As is apparent from a comparison between the equation (15) for obtaining A (x, y) and the equation (16) for obtaining B (x, y), B (x, y) is determined by the displacement α and β. This is the absolute value of the change prediction of the gradation value (shade value) of the difference image (distance image). If it is assumed that the displacement is canceled by A (x, y), adding B (x, y) to A (x, y) is more effective than adding the pattern shape or pattern from the state of alignment. This means that the position is shifted by α in the x direction and by β in the y direction in consideration of a slight displacement of the pattern edge due to a slight difference based on the distortion. That is, as a slight displacement of the pattern edge due to a slight difference based on the pattern shape or the pattern distortion, +
+ B (x, y) shown in the above equation (13) allows + β in the α and y directions. Further, subtracting B (x, y) from A (x, y) as shown in the above equation (Equation 14) means that the position is further shifted by −α in the x direction and −β in the y direction from the aligned state. It means shifting. It is -B (x, y) shown in the above equation (Equation 14) that allows a displacement of -α in the x direction and -β in the y direction. As shown in the above equations (Equation 13) and (Equation 14), the threshold value has an upper limit thH (x,
y), the lower limit thL (x, y) provides ± α, ±
This means that a position shift of β is allowed. Then, in the threshold value calculating circuit 48, the input parameters α and β are set to appropriate values, so that the permissible positional deviation due to a minute difference based on the pattern shape and the pattern distortion (the pattern edge It is possible to freely control the minute displacement.

【0054】次に、しきい値thH(x,y)、thL(x,y)
を算出する(数13)式および(数14)式における第3項
C(x,y)について説明する。しきい値thH(x,y)、t
hL(x,y)を算出する(数13)式および(数14)式にお
ける第3項C(x,y)は、検出画像f1と比較画像g1と
の間において、階調値(濃淡値)の微小な差異を許容す
るための項である。(数13)式で示すようにC(x,
y)の加算は、比較画像g1の階調値(濃淡値)が検出画
像f1の階調値(濃淡値)よりもC(x,y)だけ大きい
のを許容することを意味し、(数14)式で示すように
C(x,y)の減算は、比較画像g1の階調値(濃淡値)
が検出画像f1の階調値(濃淡値)よりもC(x,y)だ
け小さいのを許容することを意味する。ここでは、C
(x,y)を、(数17)式で示すように、局所領域での
階調値の代表値(ここではmax値)に比例定数γを掛け
た値と、定数εとの和としたが、この関数にこだわる必
要はなく、階調値の変動の仕方が既知であれば、それに
合った関数するのがよい。例えば、階調値の平方根に変
動幅が比例すると分かっていれば、(数17)式の代わり
に、C(x,y)=((max1+max2)の平方根)*γ+εと
すべきである。しきい値演算回路48において、B
(x,y)と同様、入力されるパラメータγ、εによっ
て、許容する階調値(濃淡値)の差異を自由にコントロ
ールすることが可能となる。
Next, threshold values thH (x, y) and thL (x, y)
The following describes the third term C (x, y) in Expressions (13) and (14) for calculating. Threshold thH (x, y), t
The third term C (x, y) in the equations (13) and (14) for calculating hL (x, y) is a gradation value (grayscale value) between the detected image f1 and the comparison image g1. ) Is a term for allowing a slight difference. As shown in Expression (13), C (x,
The addition of y) means that the gradation value (shade value) of the comparative image g1 is allowed to be larger than the gradation value (shade value) of the detected image f1 by C (x, y). As shown by the expression (14), the subtraction of C (x, y) is performed by the gradation value (shade value) of the comparative image g1.
Means that C (x, y) is smaller than the gradation value (shade value) of the detected image f1. Here, C
(x, y) is a sum of a value obtained by multiplying a representative value (here, a max value) of a gradation value in a local region by a proportional constant γ and a constant ε, as shown in Expression (17). However, it is not necessary to stick to this function, and if the way of changing the gradation value is known, it is better to use a function suitable for it. For example, if it is known that the variation width is proportional to the square root of the gradation value, C (x, y) = (square root of (max1 + max2)) * γ + ε should be used instead of Expression (17). In the threshold value operation circuit 48, B
Similarly to (x, y), it is possible to freely control the allowable difference in gradation value (shade value) by the input parameters γ and ε.

【0055】即ち、しきい値演算回路(許容範囲演算
部)48は、遅延回路46から入力される階調値(濃淡
値)からなる検出画像f1(x,y)と遅延回路47から
入力される階調値(濃淡値)からなる比較画像g1(x,
y)とに基づいて、(数18)式および(数19)式により
{dx1(x,y)+dx2(x,y)}なる演算を施す第1の演
算回路と、(数20)式および(数21)式により{dy1
(x,y)+dy2(x,y)}なる演算を施す第2の演算回
路と、(数22)式および(数23)式により(max1+max
2)なる演算を施す第3の演算回路とを有する。更に、
しきい値演算回路48は、第1の演算回路から得られる
{dx1(x,y)+dx2(x,y)}と画素以下のずれ検出部
43から得られるδx0と入力されるαパラメータとに基
づいて、(数15)式の一部と(数16)式の一部である
({dx1(x,y)+dx2(x,y)}*δx0±|{dx1(x,
y)+dx2(x,y)}|*α)なる演算を施す第4の演算
回路と、上記第2の演算回路から得られる{dy1(x,
y)+dy2(x,y)}と画素以下のずれ検出部43から得
られるδy0と入力されるβパラメータとに基づいて、
(数15)式の一部と(数16)式の一部である({dy1
(x,y)+dy2(x,y)}*δy0±|{dy1(x,y)+d
y2(x,y)}|*β)なる演算を施す第5の演算回路
と、上記第3の演算回路から得られる(max1+max2)と
入力されるγ、εパラメータとに基づいて、例えば(数
17)式に従って(((max1+max2)/2)*γ+ε)な
る演算を施す第6の演算回路とを有する。更に、しきい
値演算回路48は、第4の演算回路から得られる({dx
1(x,y)+dx2(x,y)}*δx0+|{dx1(x,y)+
dx2(x,y)}|*α)と第5の演算回路から得られる
({dy1(x,y)+dy2(x,y)}*δy0+|{dy1(x,
y)+dy2(x,y)}|*β)と第6の演算回路から得ら
れる(((max1+max2)/2)*γ+ε)とを+演算して
上限のしきい値thH(x,y)を出力する加算回路と、第
6の演算回路から得られる(((max1+max2)/2)*γ
+ε)を−演算する減算回路と、第6の演算回路から得
られる({dx1(x,y)+dx2(x,y)}*δx0−|{dx
1(x,y)+dx2(x,y)}|*α)と演算回路から得ら
れる({dy1(x,y)+dy2(x,y)}*δy0−|{dy1
(x,y)+dy2(x,y)}|*β)と減算回路から得ら
れる−(((max1+max2)/2)*γ+ε)とを+演算し
て下限のしきい値thL(x,y)を出力する加算回路とを
有している。
That is, the threshold value calculating circuit (permissible range calculating unit) 48 receives the detected image f 1 (x, y) composed of the gradation value (shade value) inputted from the delay circuit 46 and the inputted image from the delay circuit 47. Image g1 (x,
y) and (Equation 18) and (Equation 19)
A first arithmetic circuit for performing the operation of {dx1 (x, y) + dx2 (x, y)}, and {dy1 by the expression (20) and the expression (21)
(x, y) + dy2 (x, y)}, a second arithmetic circuit for performing the arithmetic operation, and (max1 + max) by the equations (22) and (23).
And 2) a third arithmetic circuit for performing the arithmetic operation 2). Furthermore,
The threshold operation circuit 48 is obtained from the first operation circuit.
Based on {dx1 (x, y) + dx2 (x, y)}, δx0 obtained from the pixel or less displacement detection unit 43, and the input α parameter, a part of Expression 15 and Expression 16 are obtained. ({Dx1 (x, y) + dx2 (x, y)} * δx0 ± | {dx1 (x,
y) + dx2 (x, y)} | * α) and {dy1 (x, y) obtained from the second arithmetic circuit.
y) + dy2 (x, y)}, δy0 obtained from the displacement detection unit 43 for pixels or less, and the input β parameter.
A part of the equation (15) and a part of the equation (16) ((dy1
(x, y) + dy2 (x, y)} * δy0 ± | {dy1 (x, y) + d
y2 (x, y)} | * β) based on (max1 + max2) obtained from the third operation circuit and input γ and ε parameters, for example, 17) a sixth arithmetic circuit for performing an operation of (((max1 + max2) / 2) * γ + ε) according to the equation (17). Further, the threshold value operation circuit 48 is obtained from the fourth operation circuit ({dx
1 (x, y) + dx2 (x, y)} * δx0 + | {dx1 (x, y) +
dx2 (x, y)} | * α) and ({dy1 (x, y) + dy2 (x, y)} * δy0 + | {dy1 (x,
y) + dy2 (x, y)} | * β) and (((max1 + max2) / 2) * γ + ε) obtained from the sixth arithmetic circuit, and the upper threshold value thH (x, y) And (((max1 + max2) / 2) * γ obtained from the sixth arithmetic circuit.
+ Ε) obtained from a subtraction circuit and a sixth operation circuit ({dx1 (x, y) + dx2 (x, y)} * δx0− | {dx
1 (x, y) + dx2 (x, y)} | * α) and ({dy1 (x, y) + dy2 (x, y)} * δy0− | {dy1
(x, y) + dy2 (x, y)} | * β) and − (((max1 + max2) / 2) * γ + ε) obtained from the subtraction circuit are subjected to + operation to obtain a lower limit threshold thL (x, y) ) Is output.

【0056】なお、しきい値演算回路48は、CPUが
ソフト処理によっても実現することができる。またしき
い値演算回路48に入力されるパラメータα、β、γ、
εは、全体制御部120に備えられた入力手段(例え
ば、キーボード、記録媒体、ネットワーク等からな
る。)を用いて入力させても良い。欠陥判定回路(欠陥
判定部)50では、差画像抽出回路(差分抽出回路)4
9から得られる差画像(距離画像)sub(x,y)、並び
にしきい値演算回路48から得られる下限のしきい値
(下限の許容範囲を示す許容値)thL(x,y)、および
上限のしきい値(上限の許容範囲を示す許容値)thH
(x,y)を用いて、次に示す(数24)式の関係を満たせ
ば、位置(x,y)の画素は非欠陥候補、満たさなければ
位置(x,y)の画素は欠陥候補と判定する。欠陥判定回
路50は、非欠陥候補画素は例えば0、欠陥候補画素は
不一致量を示す例えば1以上の値を持つdef(x,y)を
出力する。 thL(x,y)≦sub(x,y)≦thH(x,y) (数24) 特徴抽出回路50aでは、ノイズ除去処理(例えば、de
f(x,y)に対して縮小・膨張の処理を行う。例えば3
×3画素の全てに亘って同時に欠陥候補画素ではないと
きには、その中心の画素として例えば0(非欠陥候補画
素)にして縮小処理を行って消去し、それを膨張処理し
て元に戻すことを行う。)によってノイズ的(例えば3
×3画素の全てに亘って同時に欠陥候補画素ではな
い。)な出力を削除したあと、近隣の欠陥候補部を一つ
にまとめる欠陥候補部のマージ処理を行う。その後、一
まとまりごとに、重心座標、XY投影長(x方向および
y方向における最大長さを示す。なお、(X投影長の2
乗+Y投影長の2乗)の平方根は最大長さとなる。)、
面積などの特徴量88を算出して出力する。
It should be noted that the threshold value calculation circuit 48 can also be realized by software processing by the CPU. The parameters α, β, γ,
ε may be input using input means (for example, composed of a keyboard, a recording medium, a network, etc.) provided in the overall control unit 120. In the defect determination circuit (defect determination unit) 50, a difference image extraction circuit (difference extraction circuit) 4
9, a difference image (distance image) sub (x, y) obtained from the threshold value calculation circuit 48, a lower limit threshold value (allowable value indicating a lower limit allowable range) thL (x, y), and Upper threshold value (allowable value indicating the upper allowable range) thH
If (x, y) is used and the relationship of the following equation (24) is satisfied, the pixel at position (x, y) is a non-defective candidate; if not, the pixel at position (x, y) is a defective candidate. Is determined. The defect determination circuit 50 outputs, for example, 0 for non-defective candidate pixels and def (x, y) having a value of 1 or more indicating a mismatch amount for defective candidate pixels. thL (x, y) ≦ sub (x, y) ≦ thH (x, y) (Equation 24) In the feature extraction circuit 50a, noise removal processing (for example, de
Reduction / expansion processing is performed on f (x, y). For example, 3
If all the x3 pixels are not defective candidate pixels at the same time, the central pixel is set to, for example, 0 (non-defective candidate pixel), reduced, erased, and expanded to return to the original pixel. Do. ) For noise (for example, 3
Not all of the × 3 pixels are simultaneously defective candidate pixels. Then, after the output is deleted, the merging process is performed on the defect candidate portions that combine neighboring defect candidate portions into one. Thereafter, for each group, the barycentric coordinates and the XY projection length (the maximum lengths in the x direction and the y direction are indicated.
The square root of (the power + the square of the Y projection length) is the maximum length. ),
A feature amount 88 such as an area is calculated and output.

【0057】以上説明したように、全体制御部120に
よって制御される画像処理部124からは、電子ビーム
が照射されて電子検出器35(105)で検出させる被
検査対象物(試料)106上の座標に応じて欠陥候補部
の特徴量(例えば、重心座標、XY投影長、面積など)
88が得られることになる。全体制御部120では、検
出画像上での欠陥候補部の位置座標を被検査対象物(試
料)106上の座標系に変換し、疑似欠陥の削除を行
い、最終的に、被検査対象物(試料)106上での位置
と画像処理部124の特徴抽出回路50aから算出され
た特徴量とからなる欠陥データをまとめる。
As described above, the image processing unit 124 controlled by the general control unit 120 irradiates an electron beam and detects the object (sample) 106 to be detected by the electron detector 35 (105). The feature amount of the defect candidate portion according to the coordinates (for example, barycentric coordinates, XY projection length, area, etc.)
88 will be obtained. The overall control unit 120 converts the position coordinates of the defect candidate portion on the detected image into a coordinate system on the inspection object (sample) 106, deletes a pseudo defect, and finally, deletes the inspection object ( The defect data including the position on the (sample) 106 and the feature amount calculated from the feature extraction circuit 50a of the image processing unit 124 is collected.

【0058】本実施の形態によれば、小領域(部分画
像)全体としての位置ずれや、個々のパターンエッジの
微小な位置ずれや、階調値(濃淡値)の微小な差異が許
容されるため、正常部を欠陥と誤認識することがなくな
る。また、パラメータα、β、γ、εを適切な値に設定
することによって、位置ずれ、階調値の変動の許容量の
コントロールを容易に行うことが可能となる。また、本
実施の形態では、補間によって擬似的に位置の合った画
像を生成することを行っていないため、補間では避けが
たい画像の平滑化効果を受けないので、微細な欠陥部の
検出に有利という利点もある。実際、発明者等の実験に
よれば、画素以下の位置ずれ検出の結果を用いて、補間
によって擬似的に位置の合った画像を生成した後、本実
施の形態と同様に位置ずれ、階調値の変動を許容するし
きい値を算出して欠陥判定を行った結果と、本実施の形
態によって欠陥判定を行った結果とを比較すると、本実
施の形態では5%以上の欠陥検出性能の向上が見られ
た。以上説明した電子線装置における電子線像の劣化を
防止する手段について更に説明する。即ち、電子線像の
質は、電子光学系の偏向や収差などが原因となる画像歪
みや、デフォーカスによる解像度の低下などにより劣化
することになる。これらの像質の劣化を防止する手段と
して、高さ検出光学装置200aと高さ計算手段200
bとからなる高さ検出装置200、焦点制御装置10
9、偏向信号発生装置108、および全体制御装置12
0によって構成される。
According to the present embodiment, a positional deviation of the entire small area (partial image), a small positional deviation of each pattern edge, and a small difference of a gradation value (shading value) are allowed. Therefore, the normal part is not erroneously recognized as a defect. Further, by setting the parameters α, β, γ, and ε to appropriate values, it is possible to easily control the allowable amount of displacement and change in the gradation value. Further, in the present embodiment, since a pseudo-aligned image is not generated by interpolation, the interpolation does not receive an unavoidable smoothing effect of the image. There is also the advantage of being advantageous. In fact, according to experiments performed by the inventors, a pseudo-aligned image is generated by interpolation using a result of detection of a position shift of a pixel or less, and then a position shift and a gradation are performed in the same manner as in the present embodiment. Comparing the result of calculating a threshold value that allows a change in the value and performing a defect determination with the result of performing the defect determination according to the present embodiment, the present embodiment has a defect detection performance of 5% or more in the present embodiment. Improvements were seen. The means for preventing the electron beam image from deteriorating in the electron beam apparatus described above will be further described. That is, the quality of the electron beam image is degraded due to image distortion caused by deflection or aberration of the electron optical system, or a decrease in resolution due to defocus. As means for preventing such image quality deterioration, a height detecting optical device 200a and a height calculating means 200
b, the focus control device 10
9. Deflection signal generator 108 and overall controller 12
0.

【0059】次に、上記高さ検出光学装置200aの実
施例について説明する。図10および図11は、本発明
に係る高さ検出光学装置200aの第1の実施例を示す
図である。即ち、本発明に係る高さ検出光学装置200
aは、光源201と該光源201からの光で照明される
同一のパターン、例えば長方形状のパターンを反復させ
た(繰り返された)パターンが描かれたマスク203と
投影絞り211とS偏光を出射する偏光フィルタ240
と投影レンズ210とで構成され、例えばマルチスリッ
ト状パターンをS偏光で試料面106に対して垂直から
θ傾けた角度(θ=60度以上)で投影する投影光学系
270と、試料面106からの正反射光をラインイメー
ジセンサ214の受光面に結像させる検出レンズ215
と検出絞り216とマルチスリット状パターンの長手方
向をラインイメージセンサ214の受光画素に集光する
シリンドリカルレンズ213とラインイメージセンサ2
14とで構成される検出光学系271とから構成され
る。これらのうち、投影光学系270と検出光学系27
1を併せたものが高さ検出光学系272である。なお、
高さ計算手段200bは、ラインイメージセンサ214
から検出されるマルチスリット像のシフト量から試料面
106aの高さを検出するものである。
Next, an embodiment of the height detecting optical device 200a will be described. FIGS. 10 and 11 are views showing a first embodiment of the height detecting optical device 200a according to the present invention. That is, the height detecting optical device 200 according to the present invention.
a denotes a light source 201 and a mask 203 on which the same pattern illuminated with light from the light source 201, for example, a pattern in which a rectangular pattern is repeated (repeated), a projection stop 211, and S-polarized light are emitted. Polarizing filter 240
And a projection lens 210, for example, a projection optical system 270 that projects a multi-slit pattern with S-polarized light at an angle θ (θ = 60 degrees or more) from perpendicular to the sample surface 106, Lens 215 for forming an image of the specular reflection light on the light receiving surface of line image sensor 214
Lens 213 and line image sensor 2 for converging the detection diaphragm 216 and the longitudinal direction of the multi-slit pattern to the light receiving pixels of line image sensor 214
14 and a detection optical system 271 composed of Among these, the projection optical system 270 and the detection optical system 27
The height detection optical system 272 is a combination of the two. In addition,
The height calculating means 200b is provided with a line image sensor 214
Is to detect the height of the sample surface 106a from the shift amount of the multi-slit image detected from.

【0060】光源201を射出した光は、同一のパター
ン、例えば長方形状のパターンを反復させたマルチスリ
ット状のパターンが描かれたマスク203上を照明す
る。マスク203面が投影光学系の光軸に垂直な面であ
れば、マルチスリット状のパターンは投影光学系光軸と
試料面106aの交点近傍に、マスク面と平行な結像面
を持つ。このとき、図10に示すように、投影光学系光
軸と検出光学系光軸を含む平面(図10では紙面と平行
な平面)とマスク面の交線をs軸とすると、反復される
スリットパターンはs軸の方向に並べる。
The light emitted from the light source 201 illuminates the mask 203 on which the same pattern, for example, a multi-slit pattern obtained by repeating a rectangular pattern is drawn. If the surface of the mask 203 is perpendicular to the optical axis of the projection optical system, the multi-slit pattern has an imaging plane parallel to the mask surface near the intersection of the optical axis of the projection optical system and the sample surface 106a. At this time, as shown in FIG. 10, if the intersection line between the plane including the optical axis of the projection optical system and the optical axis of the detection optical system (the plane parallel to the paper surface in FIG. 10) and the mask surface is the s-axis, the slit that is repeated The patterns are arranged in the direction of the s-axis.

【0061】ここで、マスク203に描かれたマルチス
リット状のパターンは、必ずしも、スリット状のパター
ンである必要はなく、同一のパターンの繰り返しであれ
ば、楕円形、正方形等どんな形のものでもよい。これら
マルチスリット光の光束は試料面106上で反射され、
検出レンズ215により再びCCD等のラインイメージ
センサ214上に結像される。この検出光学系の倍率を
mとすると、試料面106aの高さがzだけ変化すると
マルチスリット像は、2z・sinθ・mだけ全体的にシ
フトすることになる。これを利用して、ラインイメージ
センサ214で受光した信号に基づいて得られるマルチ
スリット像のシフト量から試料面106aの高さを検出
することができる。ここで、110は高さを検出したい
位置であり、上記高さ検出装置200aをオートフォー
カス用の高さセンサとして用いる場合においては、11
0は上方観察系の光軸となる。なお、試料面106a上
に投影されるマルチスリット状パターンのピッチをpと
し、投影像のマルチスリット状パターンのピッチはp/
cosθ、マスク203上に形成されたマルチスリット状
パターンのピッチは投影光学系の倍率をm’とするとp
/(cosθ・m’)となる。また、イメージセンサ21
4上でのパターンのピッチはp・mとなる。
Here, the multi-slit pattern drawn on the mask 203 does not necessarily have to be a slit pattern, and any pattern such as an ellipse or a square may be used as long as the same pattern is repeated. Good. These multi-slit light beams are reflected on the sample surface 106,
An image is formed again on the line image sensor 214 such as a CCD by the detection lens 215. Assuming that the magnification of the detection optical system is m, when the height of the sample surface 106a changes by z, the multi-slit image is shifted as a whole by 2z · sin θ · m. By utilizing this, the height of the sample surface 106a can be detected from the shift amount of the multi-slit image obtained based on the signal received by the line image sensor 214. Here, 110 is a position where the height is to be detected. When the height detecting device 200a is used as a height sensor for autofocus, 11 is used.
0 is the optical axis of the upper observation system. The pitch of the multi-slit pattern projected on the sample surface 106a is p, and the pitch of the multi-slit pattern of the projected image is p / p.
cosθ, the pitch of the multi-slit pattern formed on the mask 203 is p when the magnification of the projection optical system is m ′.
/ (Cos θ · m ′). In addition, the image sensor 21
The pitch of the pattern on 4 is p · m.

【0062】図11(a)(b)に示すように試料10
6上において反射率の異なる境界上で高さを検出する場
合、ラインイメージセンサ214上で検出される信号の
強度分布は試料の反射率分布に影響される。しかし、マ
ルチスリット状のパターンは、高さ検出範囲において鮮
明な像を保てる限りなるべく細いものを用いることによ
って、対象物の表面の反射率の分布に因る検出誤差を小
さく抑えることができる。なぜなら、検出誤差は試料の
反射率分布によるスリット像の重心の偏りによって生
じ、この偏りの絶対値はスリットの幅に比例して大きく
なるためである。図11に示す実施例では、左から3番
めのスリットに、試料の境界による反射率のむらの影響
が出ているが、スリット幅が狭いために検出誤差は小さ
い。さらに、複数のスリットによる高さ検出値を用いる
ことによって、対象物起因の検出誤差、および、検出ば
らつきを低減することができる。
As shown in FIGS. 11A and 11B, the sample 10
In the case where the height is detected on the boundary having different reflectances on the line 6, the intensity distribution of the signal detected on the line image sensor 214 is affected by the reflectance distribution of the sample. However, by using a multi-slit pattern that is as thin as possible so as to maintain a clear image in the height detection range, a detection error due to the reflectance distribution on the surface of the object can be suppressed to a small value. This is because the detection error is caused by the deviation of the center of gravity of the slit image due to the reflectance distribution of the sample, and the absolute value of the deviation increases in proportion to the width of the slit. In the example shown in FIG. 11, the third slit from the left is affected by the unevenness of the reflectance due to the boundary of the sample, but the detection error is small due to the narrow slit width. Further, by using the height detection values obtained by the plurality of slits, it is possible to reduce a detection error and a detection variation caused by the object.

【0063】また、図10に示す実施例では、偏光フィ
ルタ240が投影レンズ210の前におかれて、S偏光
を選択的に投影するようにしている。これは、透明膜中
での多重反射による位置シフトを抑える効果と、領域間
での反射率の差異を小さくする効果をもつ。図12に示
す様に、試料の表面が絶縁膜などのように光に対して透
明な膜で覆われているときに、透明膜のなかで投影光が
多重反射を起こして投影光の位置がシフトする現象が生
じる。S偏光の方がP偏光よりも透明膜の表面で反射し
やすいため、偏光フィルタ240の挿入によって多重反
射を起こしにくくなる。一方、図13には、透明膜の一
例であるレジストとシリコンの反射率のグラフが示され
ている。RsがS偏光の反射率、RpがP偏光の反射
率、Rがランダム偏光の反射率である。このようにS偏
光の方が反射率の材質間の差異が小さくなる。また、こ
のグラフから読み取れるように、反射率は入射角が大き
いほど大きく、材質間の差が小さくなる。すなわち、パ
ターン境界での誤差を生じにくくなる。このため、入射
角θはなるべく大きいほうがよい。80°以上が理想的
だが、少なくとも60°以上の入射角を使用することが
望ましい。なお、偏光フィルタ240の位置は、必ずし
も投影レンズ210の前である必要はなく、光源201
と検出器214の間のどこに在ってもほぼ同じ効果を奏
する。また、光源201はレーザ光源や発光ダイオード
でもよいが、例えばハロゲンランプ、メタルハライドラ
ンプ、水銀ランプのような広帯域のランプの方がより望
ましい。または、複数の波長のレーザや発光ダイオード
をダイクロイックミラーを用いて混合してもよい。これ
は、単色光は、透明膜内で多重干渉を起こして投影光が
シフトしたり、材質や試料上のパターンによる反射率の
違いが大きくなって、大きい誤差を生じやすいためであ
る。また、図10に示す実施例では、ラインイメージセ
ンサ214の前にシリンドリカルレンズ213がおかれ
ている。これは、ラインイメージセンサ214上に集光
し、検出光量を増すと共に、試料上の広い面積からの反
射光を平均化することによって誤差を減少するものであ
る。ただし、シリンドリカルレンズ213を用いること
は必須条件ではなく、必要性に応じて使用を決定すべき
ものである。
In the embodiment shown in FIG. 10, the polarizing filter 240 is disposed in front of the projection lens 210 to selectively project S-polarized light. This has an effect of suppressing a position shift due to multiple reflection in the transparent film and an effect of reducing a difference in reflectance between regions. As shown in FIG. 12, when the surface of the sample is covered with a film that is transparent to light, such as an insulating film, the projection light causes multiple reflections in the transparent film and the position of the projection light is reduced. A shift phenomenon occurs. Since the S-polarized light is more likely to reflect on the surface of the transparent film than the P-polarized light, insertion of the polarizing filter 240 makes it less likely to cause multiple reflections. On the other hand, FIG. 13 shows a graph of the reflectance of a resist and silicon as an example of the transparent film. Rs is the reflectance of S polarized light, Rp is the reflectance of P polarized light, and R is the reflectance of random polarized light. As described above, the difference between the materials in the reflectance of the S-polarized light is smaller. Also, as can be read from this graph, the reflectance increases as the incident angle increases, and the difference between the materials decreases. That is, an error is less likely to occur at the pattern boundary. Therefore, it is better that the incident angle θ is as large as possible. While an angle of 80 ° or more is ideal, it is desirable to use an incident angle of at least 60 ° or more. Note that the position of the polarizing filter 240 does not necessarily need to be in front of the projection lens 210,
Approximately the same effect can be obtained regardless of the position between the detector and the detector 214. The light source 201 may be a laser light source or a light emitting diode, but a broadband lamp such as a halogen lamp, a metal halide lamp, or a mercury lamp is more preferable. Alternatively, lasers and light-emitting diodes of a plurality of wavelengths may be mixed using a dichroic mirror. This is because the monochromatic light causes multiple interference in the transparent film and shifts the projected light, and the difference in reflectance due to the material and the pattern on the sample becomes large, so that a large error easily occurs. In the embodiment shown in FIG. 10, a cylindrical lens 213 is provided in front of the line image sensor 214. This is to condense light on the line image sensor 214, increase the amount of detected light, and reduce errors by averaging the reflected light from a large area on the sample. However, the use of the cylindrical lens 213 is not an indispensable condition, and its use should be determined according to necessity.

【0064】次に、図10に示した構成の高さ検出光学
系272を備えた高さ検出装置200aに接続された高
さ計算手段200bにより試料面106aの高さを検出
するアルゴリズムの一実施の形態について、図14を用
いて説明する。ここで、簡単のため、検出光学系の倍率
m=1の場合について説明する。m=1でない場合はp
をm・pとすれば良い。
Next, one embodiment of an algorithm for detecting the height of the sample surface 106a by the height calculating means 200b connected to the height detecting device 200a having the height detecting optical system 272 having the structure shown in FIG. Will be described with reference to FIG. Here, for the sake of simplicity, a case where the magnification of the detection optical system is m = 1 will be described. p if m = 1
May be set to m · p.

【0065】スリットの総数をn、ピッチをp、検出波
形をy(x)とする。高さz=0の時の各スリットに対応
するピークの位置をygo(i)(i=0,・・・,n−
1)とする。(ygo(i)=ygo(0)+p*iの関係
がある。) ここで、スリットの総数nと、ピッチpとは、既知の値
につき、高さ計算手段200bに対して全体制御部12
0から与えられる。また、高さz=0の時の各スリット
に対応するピークの位置[ygo(i)(i=0,・・
・,n−1)]については、高さ計算手段200bは、
例えば標準試料130を用いて全体制御部120から設
定される高さz=0のとき、高さ検出光学系272から
得られる検出波形y(x)に基づいて設定してもよい。ま
た、高さz=0の時の各スリットに対応するピークの位
置[ygo(i)(i=0,・・・,n−1)]について
は、例えば標準試料130を用いて全体制御部120か
ら設定される高さz=0のとき、高さ検出光学系272
から得られる検出波形y(x)を、例えば全体制御部12
0に備えられた表示手段143に表示するなどして、全
体制御部120においてマニュアルで設定し、それを高
さ計算手段200bに提供することも可能である。
It is assumed that the total number of slits is n, the pitch is p, and the detected waveform is y (x). The position of the peak corresponding to each slit when the height z = 0 is represented by ygo (i) (i = 0,..., N−
1). (There is a relationship of ygo (i) = ygo (0) + p * i.) Here, the total number n of the slits and the pitch p are, for a known value, the total control unit 12 for the height calculating means 200b.
Given from 0. Also, the peak position [ygo (i) (i = 0,...) Corresponding to each slit when the height z = 0.
·, N-1)], the height calculating means 200b
For example, when the height z = 0 set from the overall control unit 120 using the standard sample 130, the height may be set based on the detection waveform y (x) obtained from the height detection optical system 272. The position [ygo (i) (i = 0,..., N-1)] of the peak corresponding to each slit when the height z = 0 is determined by, for example, using the standard sample 130 as a whole control unit. When the height z = 0 set from 120, the height detection optical system 272
The detected waveform y (x) obtained from
It is also possible to manually set in the overall control unit 120, for example, by displaying it on the display means 143 provided at 0, and to provide it to the height calculating means 200b.

【0066】次に、図15に示すように、高さ計算手段
200bによる被検査対象物(試料)106に対する高
さを検出するアルゴリズムについて説明する。 1.ステップS151において、リニアセンサ214か
ら得られる信号波形y(x)をスキャンし、最大値をとる
位置xmaxを求める。 2.ステップS152において、xmaxから左右にピッ
チpずつたどっていって、各ピークの概略の位置を求め
る。 3.ところで、左端のピーク位置をx0とすると、ピー
クiの概略の位置はx0+p*iとなる。左右の谷の位
置は(x0+p*i−p/2,x0+p*i+p/2)と
なる。
Next, an algorithm for detecting the height of the inspection object (sample) 106 by the height calculating means 200b as shown in FIG. 15 will be described. 1. In step S151, the signal waveform y (x) obtained from the linear sensor 214 is scanned, and the position xmax at which the maximum value is obtained is obtained. 2. In step S152, the approximate position of each peak is obtained by following the pitch p from left to right from xmax. 3. By the way, if the leftmost peak position is x0, the approximate position of the peak i is x0 + p * i. The positions of the left and right valleys are (x0 + p * ip / 2, x0 + p * i + p / 2).

【0067】ここで、簡単のため、検出光学系の倍率m
=1の場合について説明する。m=1でない場合はpを
m・pとすれば良い。
Here, for simplicity, the magnification m of the detection optical system is
= 1 will be described. When m is not 1, p may be set to m · p.

【0068】そして、yminは、次に示す(数30)式
で示すように、左右の谷のうち大きいほうによって求ま
る。 ymin=max(y(x0+p*i−p/2),y(x0+p*i+p/2)) (数30) 以上の関係から、ステップS153において、しきい値
(閾値)ythは、次に示す(数31)式によって設定さ
れる。 yth=ymin+k*(y(x0+p*i)−ymin) (数31) kは、0.3前後の定数である。
Then, ymin is determined by the larger one of the left and right valleys as shown by the following equation (30). ymin = max (y (x0 + p * ip-2), y (x0 + p * i + p / 2)) (Equation 30) From the above relationship, in step S153, the threshold value (threshold value) yth is expressed as follows ( It is set by the equation (31). yth = ymin + k * (y (x0 + p * i) -ymin) (Formula 31) k is a constant around 0.3.

【0069】4.ステップS154において、(x0+
p*i−p/2)と(x0+p*i+p/2)との間で
y(x)>ythとなる点に対してy(x)−ythの重心を求
めてこれをyg(i)とする。 5.ステップS155において、Δg(i)=(yg(i)
−ygo(i))の加重平均[ΣΔg(i)/n]をもとめ
てこれを像シフト(スリットの移動量[ΣΔg(i)/
n])とする。
4. In step S154, (x0 +
The center of gravity of y (x) -yth is determined for a point where y (x)> yth between (p * ip / 2) and (x0 + p * i + p / 2), and this is defined as yg (i). I do. 5. In step S155, Δg (i) = (yg (i)
−ygo (i)) and the image shift (the amount of movement of the slit [ΣΔg (i) /
n]).

【0070】そして、次に示す(数32)式に基づくよ
うに、像シフトに検出ゲイン(1/(2m・sinθ))を
かけてオフセットを加えることによって高さzを計算す
る。
Then, the height z is calculated by multiplying the image shift by the detection gain (1 / (2 m · sin θ)) and adding an offset, based on the following equation (32).

【0071】 z=[Δg(i)の加重平均]×(1/(2m・sinθ))+オフセット値 (数32) ここで、上記ステップS155において加重平均を行う
理由とその方法の詳細な実施例については後述する。な
お、本実施例では、スリット像のピークを用いたが、代
りにスリット像間の谷を用いてもよい。すなわち、y
(x)<ythとなる点に対してyth−y(x)の重心を求め
て各谷の像の重心とし、これらの谷の像の移動量の平均
によって全体の像シフトを求める。これによって、次の
ような効果を奏する。検出波形は投影波形と試料表面の
反射率の積によってきまるため、スリット像の明るい部
分の方が、反射率のばらつきの影響が大きく、検出波形
の形状が変化しやすい。これに対して、波形の谷の部分
は試料表面の反射率に影響されにくい。このため、スリ
ット像間の谷の移動量の測定に基づく高さ検出アルゴリ
ズムによって、さらに、対象物の表面状態に起因する検
出誤差を低減することが可能である。
Z = [weighted average of Δg (i)] × (1 / (2m · sin θ)) + offset value (Equation 32) Here, the reason for performing the weighted average in step S155 and the detailed implementation of the method Examples will be described later. In this embodiment, the peak of the slit image is used, but a valley between the slit images may be used instead. That is, y
For the point where (x) <yth, the barycenter of yth-y (x) is obtained and set as the barycenter of each valley image, and the entire image shift is obtained by averaging the movement amounts of these valley images. This produces the following effects. Since the detected waveform is determined by the product of the projected waveform and the reflectance of the sample surface, the bright portion of the slit image is more affected by the variation in reflectance, and the shape of the detected waveform is likely to change. On the other hand, the valley portion of the waveform is hardly affected by the reflectance of the sample surface. For this reason, it is possible to further reduce the detection error caused by the surface state of the target object by the height detection algorithm based on the measurement of the movement amount of the valley between the slit images.

【0072】さて、図11に示した例では、スリットの
幅を小さくすると検出誤差は比例して減少するが、これ
には限界があり、ある限度以上スリットを細くしてもも
はやスリットは、イメージセンサ214上に鮮明には結
像されず、コントラストが落ちてくる。そこで、次に説
明するように、予め高さ検出光学系272を設計してお
く必要がある。即ち、図15に示すステップS156
は、予め高さ検出光学系272を設計するための設計仕
様の条件を示したものである。目標とする高さ検出範囲
を±zmaxとすると、このときイメージセンサ214上
のマルチスリット像は、±2zmax・cosθだけデフォー
カスする。一方、試料面106a上に投影されたマルチ
スリット状のパターンの周期をp、検出レンズ215の
NA(Numerical Aperture)をNAとすると、この焦点
深度は、±a・0.61p/NAとなる。そこで、スリ
ット周期pが次に示す(数31)式の関係を満たすこと
が、常に、マルチスリット像が鮮明に検出できるための
設計条件である。ここで、aは焦点深度を振幅がどこま
で低下した状態で定義するかによって定まる定数で、振
幅が1/2に落ちた状態で焦点深度を定義する場合、a
は約0.6である。このように、図15に示すステップ
S151〜S155において、試料面106aの高さz
を算出する際、常に、マルチスリット像が鮮明に検出で
きるための設計条件((数33)式の関係)に設定され
ている。 (2zmax・cosθ)<(a・0.61p/NA) (数33) 図10に示す実施例では、投影絞り211が投影レンズ
210の前側焦点位置に、検出絞り216が検出レンズ
215の後側焦点位置におかれている。これは、投影レ
ンズ210と検出レンズ215とを試料側テレセントリ
ックにして、試料106の上下による倍率変動をなくす
るためである。
In the example shown in FIG. 11, if the width of the slit is reduced, the detection error is reduced in proportion. However, there is a limit to this. The image is not sharply formed on the sensor 214, and the contrast is reduced. Therefore, as described below, it is necessary to design the height detecting optical system 272 in advance. That is, step S156 shown in FIG.
Shows conditions of design specifications for designing the height detection optical system 272 in advance. Assuming that the target height detection range is ± zmax, the multi-slit image on the image sensor 214 is defocused by ± 2zmax · cos θ at this time. On the other hand, when the period of the multi-slit pattern projected on the sample surface 106a is p and the NA (Numerical Aperture) of the detection lens 215 is NA, the depth of focus is ± a · 0.61p / NA. Therefore, it is always a design condition that the slit period p satisfies the relationship of the following (Equation 31) so that a multi-slit image can always be clearly detected. Here, a is a constant determined by how far the depth of focus is defined in a state where the amplitude is reduced. When defining the depth of focus in a state where the amplitude is reduced to 1 /,
Is about 0.6. As described above, in steps S151 to S155 shown in FIG.
Is always set to a design condition (relationship of the formula (33)) for clearly detecting the multi-slit image. (2zmax · cos θ) <(a · 0.61p / NA) (Equation 33) In the embodiment shown in FIG. It is in focus. This is because the projection lens 210 and the detection lens 215 are made telecentric on the sample side to eliminate magnification fluctuation due to up and down movement of the sample 106.

【0073】ここで、試料面の高さ変位が大きい場合
に、この試料表面の反射率むらが高さ検出に与える影響
について説明する。簡単のため、図16に示すスリット
光束が一本の場合の例で説明する。図16(a)は高さ
検出光学系の焦点273と試料面106が一致している
場合、図16(b)は試料面の高さ変動によってデフォ
ーカスが生じている場合である。図16(b)に示すよ
うに、試料面106の高さがZ変化すると高さ検出光学
系272全体の光路長が変化する。このとき、投影レン
ズ210と検出レンズ215は試料側テレセントリック
となっているために倍率変動は生じないが、投影光学系
270により形成されるマルチスリット像の結像位置2
73と、検出光学系271においてセンサ面と共役な合
焦点位置274および、試料面275が一致しなくな
る。図16(a)に示すように、投影光学系270の結
像位置および検出光学系271の合焦点位置が試料面で
合っている場合には、その表面にあるパターンの像によ
って、検出されるスリット光束の信号波形276は崩れ
るが、デフォーカスによる検出されるスリット光束の信
号波形における幅の増大などは生じない。これに対し、
図16(b)に示すようにデフォーカスした状態で試料
面275に投影されると、低反射率部における反射した
光線は暗くなり、図16(b)に示すように光束内に強
度分布を持つこととなる。また、検出光学系の焦点も合
っていないため、検出されるスリット光束による信号波
形277としては、デフォーカスによる振幅の低下やス
リット幅の増大を生じる。このような場合には、試料面
のパターンは殆ど解像しないが、光束内での強度分布の
影響を受けてスリット像全体がシフトするといった現象
が起きるため、図16(a)に示した焦点の合った状態
よりも、図16(b)のデフォーカスした状態の方が更
に大きな検出誤差を生じる。このようなデフォーカスに
より生じる像のシフトが生じている場合に、スリット光
束の真の中心位置を正確に求めることは非常に困難であ
る。このように、試料表面の反射率むらにより生じる検
出誤差の大きさは、投影光学系および検出光学系の焦点
位置と試料表面との位置関係により変化する。このた
め、試料面高さによって検出精度が変化するという問題
が生じ、広い高さ検出範囲が必要な場合には問題とな
る。図10に示したマルチスリット光束を検出する際に
も同様の現象が起きる。
Here, the influence of the unevenness of the reflectance of the sample surface on the height detection when the height displacement of the sample surface is large will be described. For simplicity, an example in which there is one slit light beam shown in FIG. 16 will be described. FIG. 16A shows a case where the focal point 273 of the height detection optical system coincides with the sample surface 106, and FIG. 16B shows a case where defocus occurs due to a change in the height of the sample surface. As shown in FIG. 16B, when the height of the sample surface 106 changes by Z, the optical path length of the entire height detection optical system 272 changes. At this time, since the projection lens 210 and the detection lens 215 are telecentric on the sample side, magnification does not change, but the imaging position 2 of the multi-slit image formed by the projection optical system 270 is not changed.
73, the focal point position 274 conjugate with the sensor surface in the detection optical system 271, and the sample surface 275 do not match. As shown in FIG. 16A, when the image formation position of the projection optical system 270 and the focus position of the detection optical system 271 are aligned on the sample surface, detection is performed by the pattern image on the surface. Although the signal waveform 276 of the slit light beam collapses, the width of the signal waveform of the slit light beam detected by defocusing does not increase. In contrast,
When the light is projected onto the sample surface 275 in a defocused state as shown in FIG. 16B, the light beam reflected at the low reflectivity portion becomes dark, and the intensity distribution in the light flux is reduced as shown in FIG. Will have. Further, since the detection optical system is not in focus, the signal waveform 277 of the detected slit light beam has a reduced amplitude and an increased slit width due to defocus. In such a case, the pattern on the sample surface hardly resolves, but a phenomenon occurs in which the entire slit image shifts due to the influence of the intensity distribution in the light beam, so the focus shown in FIG. 16B, a larger detection error occurs in the defocused state of FIG. When an image shift caused by such defocus occurs, it is very difficult to accurately determine the true center position of the slit light beam. As described above, the magnitude of the detection error caused by the uneven reflectance of the sample surface changes depending on the positional relationship between the focal positions of the projection optical system and the detection optical system and the sample surface. For this reason, there arises a problem that the detection accuracy varies depending on the sample surface height, and this becomes a problem when a wide height detection range is required. A similar phenomenon occurs when detecting the multi-slit light beam shown in FIG.

【0074】次に図10に示す光学系における、試料面
高さとマルチスリット光束の関係について、図17を用
いて説明する。図17(a)は試料面106の高さが基
準位置にある状態を示し、図17(b)は試料面高さが
Z変化した場合を示す。図17(a)の状態では投影光
学系270のスリット光束の結像位置と検出光学系27
1の合焦点位置は一致しており、且つ中央のスリット光
束Bの焦点位置(中間像の位置)B’は試料面上にあ
る。各スリット光束A、B、Cの焦点位置A’、B’、
C’とセンサ上の結像位置A”、B”、C”とは光学的
に共役な関係となっている。また、図17(b)は簡単
のためスリット光束B、Cの光路のみ示しており、この
場合、光路長の変化によって投影光学系270と検出光
学系271の焦点位置は一致しないため、投影光学系2
70と検出光学系271の2つの焦点位置の中間を、高
さ検出光学系全体の焦点位置としてB’、C’で図示し
てある。図17(a)の3本のスリット光束A、B、C
は、全て投影光学系270と検出光学系271の焦点位
置が一致しているが、特に焦点(中間像)位置が試料面
上の投影位置と一致するスリット光束Bでは、試料面パ
ターンのデフォーカスによる検出像の劣化が生じないた
め、他のスリット光束に比べて、反射率むらに起因する
高さ検出誤差は小さくなる。これに対し、図17(b)
に示すように高さ変位Zが生じると、スリット光束Bに
おける高さ検出光学系272としての焦点位置B’と試
料面上の投影位置275とは離れてしまい、そのかわり
にスリット光束Cにおける高さ検出光学系272として
の焦点位置C’が試料面での投影位置と一致するように
なる。この場合には、スリット光束Cの像が最も検出誤
差が小さくなる(しかし、高さ検出光学系272の全体
としてのデフォーカスの影響があるため、図17(a)
の場合のスリット光束Bに比べると検出誤差は若干大き
くなる)。このように、試料面の高さによって、反射率
むらにより生じる検出誤差が最小となるスリット光束は
変化することから、試料面の高さに応じて検出誤差の小
さいスリット光束について選択的な処理をして高さ検出
を行えば、広い検出範囲においても比較的安定に高さ検
出を行うことができる。ここで、各試料面高さにおいて
検出誤差が最小となるスリット光束における焦点位置2
79は、図18に示すようになる。すなわち、高さ検出
光学系272としての検出誤差が最小となるスリット光
束における焦点位置279は、試料面の高さに関わらず
常に一定となるのである。
Next, the relationship between the sample surface height and the multi-slit light beam in the optical system shown in FIG. 10 will be described with reference to FIG. FIG. 17A shows a state where the height of the sample surface 106 is at the reference position, and FIG. 17B shows a case where the height of the sample surface changes Z. In the state of FIG. 17A, the image forming position of the slit light beam of the projection optical system 270 and the detection optical system 27
The in-focus positions of 1 coincide with each other, and the focal position (position of the intermediate image) B ′ of the central slit light beam B is on the sample surface. Focus positions A ′, B ′ of the slit light beams A, B, C,
C ′ and the imaging positions A ″, B ″, C ″ on the sensor are in an optically conjugate relationship. FIG. 17B shows only the optical paths of the slit light beams B, C for simplicity. In this case, the focal positions of the projection optical system 270 and the detection optical system 271 do not match due to a change in the optical path length.
The intermediate position between the two focal positions of 70 and the detection optical system 271 is shown by B 'and C' as the focal positions of the entire height detection optical system. The three slit light beams A, B, and C in FIG.
, The focal positions of the projection optical system 270 and the detection optical system 271 coincide with each other. As a result, the height detection error caused by uneven reflectance is reduced as compared with other slit light beams. On the other hand, FIG.
When the height displacement Z occurs as shown in FIG. 7, the focal position B ′ of the slit light beam B as the height detection optical system 272 is separated from the projection position 275 on the sample surface, and instead, the height of the slit light beam C becomes high. The focal position C ′ as the detection optical system 272 comes to coincide with the projection position on the sample surface. In this case, the image of the slit light beam C has the smallest detection error (however, since the height detection optical system 272 has an effect of defocus as a whole, FIG.
In this case, the detection error is slightly larger than the slit light beam B). As described above, the slit light beam that minimizes the detection error caused by the uneven reflectance changes depending on the height of the sample surface, so that the slit light beam with a small detection error is selectively processed according to the height of the sample surface. If the height is detected in this manner, the height can be detected relatively stably even in a wide detection range. Here, the focal position 2 in the slit light beam at which the detection error is minimized at each sample surface height
79 is as shown in FIG. That is, the focal position 279 in the slit light beam at which the detection error of the height detection optical system 272 is minimized is always constant regardless of the height of the sample surface.

【0075】次に、このような課題を解決する方法につ
いて説明する。図10に示す高さ検出光学系272を備
えた高さ検出装置200aからマルチスリット像を得、
それを高さ計算手段200bにおいて次に説明するよう
に処理することにより上記課題を解決することができ
る。即ち、図18に示すように、中央のスリット光束を
0番として順にスリット番号0、±1、±2、..、±
s、..、±Sとすると、焦点位置と試料面が一致する
スリット番号sfは次に示す(数34)式で求められ
る。ここで、zeは試料面の概略高さ、pは試料面上に
投影されたスリットピッチ、m’は投影光学系270の
倍率であり、以後このスリットsf(z)を合焦点スリッ
トと呼ぶ(図18に示す場合、合焦点スリットsfは番
号+1のスリット)。
Next, a method for solving such a problem will be described. A multi-slit image is obtained from the height detection device 200a including the height detection optical system 272 shown in FIG.
The above problem can be solved by processing it as described below in the height calculating means 200b. That is, as shown in FIG. 18, the slit numbers 0, ± 1, ± 2,. . , ±
s,. . , ± S, the slit number sf at which the focal position coincides with the sample surface is obtained by the following equation (34). Here, ze is the approximate height of the sample surface, p is the slit pitch projected on the sample surface, m 'is the magnification of the projection optical system 270, and this slit sf (z) is hereinafter referred to as a focusing slit ( In the case shown in FIG. 18, the focusing slit sf is the slit of the number +1).

【0076】 sf(ze)=ze・sinθ/p (sf(ze)は整数) (数34) 即ち、図19に示すように、高さ計算手段200bは、
例えば、ラインイメ−ジセンサ214から得られる図1
4に示す信号波形y(x)から前述したステップS151
〜S155と同様なステップS191〜S195からな
る高さ検出アルゴリズムに基づいて、試料面106aの
概略高さzeを算出する。例えば、図14で示した方法
により得られた各スリット像y(x)の移動量[Δg(i)
=(yg(i)−ygo(i))]を平均することで、誤差
の影響はあるが、試料面106aの概略の高さzeを知
ることができる。特にステップS155において、上記
(数32)式に基づいて、試料面106aの概略高さz
eを算出する。そして、図19に示すステップS197
において、上記算出されたzeに基づいて上記(数3
4)式より合焦点スリットsf(ze)を求める。
Sf (ze) = ze · sin θ / p (sf (ze) is an integer) (Equation 34) That is, as shown in FIG. 19, the height calculating means 200 b
For example, FIG. 1 obtained from the line image sensor 214
4 from the signal waveform y (x) shown in FIG.
The approximate height ze of the sample surface 106a is calculated based on a height detection algorithm including steps S191 to S195 similar to steps S191 to S155. For example, the moving amount [Δg (i) of each slit image y (x) obtained by the method shown in FIG.
= (Yg (i) -ygo (i))], it is possible to know the approximate height ze of the sample surface 106a although there is an influence of an error. In particular, in step S155, the approximate height z of the sample surface 106a is calculated based on the above equation (32).
Calculate e. Then, step S197 shown in FIG.
In the above, based on the calculated ze, the above (Equation 3)
The in-focus slit sf (ze) is obtained from equation (4).

【0077】各スリット光束において反射率むら起因で
生じる検出誤差の大きさは、この合焦点スリットsf
(ze)から離れるに従って連続的に大きくなっていく。
そこで、図19に示すステップS198において、図1
4に示すようなマルチスリット光束による検出値y(x)
に対して、検出誤差の小さいスリット光束に対して大き
な重みを与えるような重み関数w(s)を決め、次に示す
(数35)式に基づいて、検出誤差の小さいスリット光
束に対する選択的な処理である上記重み関数w(s)によ
る重み付けを行って加重平均することにより高精度な高
さ検出zを行う。
The magnitude of the detection error caused by uneven reflectance in each slit light beam is determined by the focusing slit sf
As the distance from (ze) increases, it continuously increases.
Therefore, in step S198 shown in FIG.
Detection value y (x) by multi-slit light beam as shown in FIG.
, A weighting function w (s) that gives a large weight to the slit light beam with a small detection error is determined, and a selective function for the slit light beam with a small detection error is determined based on the following equation (35). By performing weighting using the weight function w (s), which is a process, and performing weighted averaging, highly accurate height detection z is performed.

【0078】上記重み関数w(s)として、例えば図20
に示すように、s=0で最大値をとり、離れるに従って
重みが減少するようなs=0の軸に対象な関数280を
用意する。z=[Δg(i)=(yg(s)−ygo(s))
について重み関数w(s−sf)に基づく重み付けによる
加重平均]×(1/(2m・sinθ))+OFFSET値 z=Σ(Δg(s)・w(s−sf))/Σ(w(s−sf))×(1/(2m・sinθ ))+OFFSET値 (Σは−S≦s≦S) (数35 ) 但し、Δg(s)=(yg(s)−ygo(s)) ygo(s)(s=−((n-1)/2),−((n-1)/2)+
1,・・・,0,・・・,((n-1)/2)−1,((n-1)
/2))は、高さz=0の時の各スリットに対応するピ
ークの位置を示す。nはスリット光束の総数、pは試料
面上におけるスリット光束のピッチである。y(x)はイ
メージセンサ214から検出される検出波形である。y
g(s)は、ステップ194において求まるy(x)>yth
となる点に対する(y(x)−yth)の重心である。閾値
ythは、ステップS151〜S153と同様にステップ
S191〜S193において、上記(数30)式および
(数31)式によって求めることができる。
As the weight function w (s), for example, FIG.
As shown in FIG. 7, a target function 280 is prepared on the axis of s = 0 such that the maximum value is obtained at s = 0 and the weight decreases as the distance increases. z = [Δg (i) = (yg (s) −ygo (s))
Weighted average by weighting based on the weight function w (s-sf)] × (1 / (2 m · sin θ)) + OFFSET value z = Σ (Δg (s) · w (s-sf)) / Σ (w (s −sf)) × (1 / (2m · sinθ)) + OFFSET value (Σ is −S ≦ s ≦ S) (Expression 35) where Δg (s) = (yg (s) −ygo (s)) ygo ( s) (s =-((n-1) / 2),-((n-1) / 2) +
1, ..., 0, ..., ((n-1) / 2) -1, ((n-1)
/ 2)) indicates the position of the peak corresponding to each slit when the height z = 0. n is the total number of slit light beams, and p is the pitch of the slit light beams on the sample surface. y (x) is a detection waveform detected from the image sensor 214. y
g (s) is determined by y (x)> yth obtained in step 194.
Is the center of gravity of (y (x) -yth) for the point The threshold value yth can be obtained by the above-described equations (Equation 30) and (Equation 31) in steps S191 to S193 as in steps S151 to S153.

【0079】以上説明したように(数35)式を用い
て、合焦点スリットsfの移動量に重きを置いた加重平
均を行うことにより、試料面高さの変位が大きい場合に
おいても比較的安定な高さ検出精度を得ることができ
る。このとき、ステップS196に示すように、高さ検
出範囲全体において合焦点スリットが存在するために
は、スリット本数n、スリットピッチp、高さ検出範囲
zrange(zmax)は次に示す(数36)式を満たさなけ
ればならない。なお、ステップS196は、図15にス
テップS156で示すのと同様に、予め高さ検出光学系
272を設計するための設計仕様の条件を示すものであ
る。
As described above, by performing weighted averaging with emphasis on the amount of movement of the focusing slit sf using equation (35), it is relatively stable even when the displacement of the sample surface height is large. Height detection accuracy can be obtained. At this time, as shown in step S196, in order for the focusing slit to exist in the entire height detection range, the number of slits n, the slit pitch p, and the height detection range zrange (zmax) are expressed by the following (Equation 36). Expression must be satisfied. Step S196 indicates conditions of design specifications for designing the height detection optical system 272 in advance, similarly to the case of step S156 in FIG.

【0080】 (n−1)・p/sinθ ≧ zrange (数36) 更に、この加重平均の方法に関する詳細な実施例につい
て説明を行う。はじめに重み関数w(s)の選び方につ
いて説明する。先に説明したように、図10に示すマル
チスリット光束を用いた高さ検出光学系272では、試
料面106aの高さによって各スリット光束における誤
差の生じ方が変化する。そこで、マルチスリット光束を
用いて、各々の高さにおいて最も検出誤差の小さいスリ
ット光束のみを選択する事によって、従来の一本のみの
スリット光束を用いる場合に比べ、広範囲において比較
的安定な高さ検出精度を実現することができる。この場
合は誤差最小のスリット光束のみを選択するため、先の
重み関数w(s)として、図20に示すw2(s)281
となる。この重み関数w2(s)281は、s=0にお
いて1、s=0以外は全て0である。
(N−1) · p / sin θ ≧ zrange (Equation 36) Further, a detailed example of the method of the weighted average will be described. First, how to select the weight function w (s) will be described. As described above, in the height detection optical system 272 using the multi-slit light beam shown in FIG. 10, the manner in which errors occur in each slit light beam changes depending on the height of the sample surface 106a. Therefore, by using a multi-slit light beam and selecting only the slit light beam with the smallest detection error at each height, a relatively stable height over a wide range compared to the conventional case using only one slit light beam. Detection accuracy can be realized. In this case, since only the slit light beam with the minimum error is selected, w2 (s) 281 shown in FIG. 20 is used as the weight function w (s).
Becomes The weighting function w2 (s) 281 is 1 at s = 0, and is 0 except s = 0.

【0081】しかし、図20に示したような重み関数w
(s)280を用いて複数のスリットの検出値の加重平
均をとることでさらに安定で高精度な高さ検出を実現す
ることができる。次に図20の重み関数w(s)280
を用いた場合の実施例について説明する。試料表面の反
射率むら起因誤差は、高さ検出光学系のデフォーカスに
よりその大きさが変化するが、高さ検出光学系のデフォ
ーカスが生じていても、試料面の反射率が均一であれば
誤差は生じない。つまり、図11に示したように、反射
率むら起因の誤差を生じるのはパターンの境界部などに
スリット光が投影されている場合のみである。このた
め、デフォーカスしているスリットであっても、試料面
の反射率むらの影響のないものであれば、多くのスリッ
トを用いて平均処理を行うことで、境界部の誤差の影響
の低減や、その他のノイズなどによる誤差の影響を低減
することができる。検出波形の対称性などを用いて投影
されたスリット光がパターン境界にかかっているか否か
を判断することができれば、そのスリットの検出値を除
くことにより高精度な高さ検出が行えるが、図16
(b)で示したように、高さ検出光学系272のデフォ
ーカスが生じた状態では、試料面の像は解像しないた
め、パターン境界の影響を判断することは困難である。
これに対し、反射率むらに起因して大きな誤差を生じる
デフォーカス状態のスリット光束に対して重みを小さ
く、誤差を生じにくいフォーカス状態のスリット光束に
対して重みを大きくして加重平均を行えば、デフォーカ
スによる誤差の増大の影響を防ぎ、且つ多くのスリット
を使用することによる誤差低減の効果を得ることができ
るのである。即ち、スリット状光束(格子状光束)の光
像の結像状態に適合するように重み関数w(s)に基づ
く重み付け処理(例えば加重平均)を施すことによって
検出誤差の低減を図ることができる。
However, the weight function w as shown in FIG.
(S) By taking a weighted average of the detection values of a plurality of slits using 280, more stable and highly accurate height detection can be realized. Next, the weight function w (s) 280 in FIG.
An example in which is used will be described. The error caused by the unevenness in the reflectance of the sample surface changes due to the defocus of the height detection optical system.However, even if the defocus of the height detection optical system occurs, if the reflectance of the sample surface is uniform. No error occurs. That is, as shown in FIG. 11, an error due to uneven reflectance occurs only when slit light is projected on a boundary portion of a pattern or the like. For this reason, even if the slit is defocused, the average processing is performed using many slits as long as there is no influence from the reflectance unevenness of the sample surface, thereby reducing the influence of the error at the boundary. And the effects of errors due to other noises and the like can be reduced. If it is possible to determine whether or not the projected slit light is on the pattern boundary using the symmetry of the detected waveform, etc., highly accurate height detection can be performed by removing the detected value of that slit. 16
As shown in (b), in the state where the height detection optical system 272 is defocused, the image of the sample surface is not resolved, so it is difficult to determine the influence of the pattern boundary.
On the other hand, if weighting is performed on the slit light flux in the defocused state that causes a large error due to uneven reflectance, and the weight is increased on the slit light flux in the focused state that does not easily cause an error, and weighted averaging is performed. In addition, it is possible to prevent the influence of an increase in error due to defocusing, and to obtain an effect of reducing error by using a large number of slits. That is, by performing a weighting process (for example, a weighted average) based on the weighting function w (s) so as to conform to the imaging state of the light image of the slit-like light beam (lattice-like light beam), the detection error can be reduced. .

【0082】図21は本方式を用いた場合の高さ検出結
果の一例を示す図である。図21(a)は、スリット状
光束(格子状光束)の光像の結像状態を示す合焦点スリ
ット番号sf=−3とした場合の重み関数w(s−s
f)を示した図であり、横軸はスリット番号sを示す。
図21(b)は、合焦点スリットsf(−3)の投影位
置に試料表面のパターン境界がある場合における試料面
の高さに対応するスリット移動量[yg(s)−ygo
(s)]を示す。試料表面は平らで、検出誤差が無い場合
における平均スリット移動量を0として示しているた
め、縦軸は検出誤差となる。四角は、各スリット番号に
よる検出誤差を示す。パターン境界に投影されているス
リット番号sfでは、合焦点状態であるにもかかわら
ず、パターンの影響を受けて、比較的大きな検出誤差を
生じる。また、図21(c)は、パターン境界がスリッ
ト番号+4の投影位置にある場合における試料面の高さ
に対応するスリット移動量[yg(s)−ygo(s)]を
示す。試料表面は平らで、検出誤差が無い場合における
平均スリット移動量を0として示しているため、縦軸は
検出誤差となる。四角は、各スリット番号による検出誤
差を示す。スリット番号が+4で示されるパターン境界
部は、合焦点スリットsfから離れ、デフォーカスの状
態であるため、図21(b)に比べ、大きな検出誤差を
生じる。
FIG. 21 is a diagram showing an example of a height detection result when this method is used. FIG. 21A shows a weighting function w (s−s) when the focusing slit number sf = −3, which indicates an image formation state of a light image of a slit light beam (lattice light beam).
It is the figure which showed f), and a horizontal axis | shaft shows slit number s.
FIG. 21B shows a slit movement amount [yg (s) -ygo corresponding to the height of the sample surface when there is a pattern boundary on the sample surface at the projection position of the focusing slit sf (-3).
(s)]. Since the sample surface is flat and the average slit movement amount when there is no detection error is shown as 0, the vertical axis is the detection error. Squares indicate detection errors due to each slit number. In the slit number sf projected on the pattern boundary, a relatively large detection error occurs due to the effect of the pattern despite the fact that the slit is in focus. FIG. 21C shows the slit movement amount [yg (s) -ygo (s)] corresponding to the height of the sample surface when the pattern boundary is at the projection position of the slit number +4. Since the sample surface is flat and the average slit movement amount when there is no detection error is shown as 0, the vertical axis is the detection error. Squares indicate detection errors due to each slit number. Since the pattern boundary indicated by the slit number +4 is far from the focusing slit sf and is in a defocused state, a large detection error occurs compared to FIG. 21B.

【0083】図21(b)および図21(c)の各々に
示す場合において、スリット移動量[Δg(s)=(yg
(s)−ygo(s))]を単純平均した結果を鎖線で示
し、図21(a)に示した重み関数w(s−sf)を用
いて上記(数35)式で示すような加重平均を行った結
果を一点鎖線で示す。図21(b)に示す場合では、誤
差の生じている合焦点スリット光束sf=−3に大きな
重みを与えるため、加重平均の場合の検出誤差は単純平
均よりわずかに大きくなるが、合焦点スリット光束sf
=−3のみを用いる場合の検出誤差(四角で示される検
出誤差)より誤差が低減される。これに対し、図21
(c)に示す場合は、パターン境界におけるスリット光
束がデフォーカスしているため、非常に大きな検出誤差
を生じ、単純平均では、検出誤差を十分に低減すること
ができない。これに対して図21(a)に示す重み関数
w(s−sf)を用いて上記(数35)式で示すような
加重平均を行った結果では、検出誤差は殆どゼロとな
る。このように、上記(数34)式で示されるように高
さ(ze)に応じて得られる結像状態である合焦点スリ
ットsfに適合するように重み付けを行うことにより、
広い検出範囲において、安定で高精度な高さ検出を実現
することができる。単純平均を行った結果と、本実施の
形態によって加重平均を行った場合の高さ検出結果を比
較すると、本実施の形態ではパターン境界部における誤
差を50%以下に低減することができた。
In each of the cases shown in FIGS. 21B and 21C, the slit movement amount [Δg (s) = (yg
(s) −ygo (s))] is indicated by a dashed line, and the weighting as shown in the above equation (35) is performed using the weight function w (s−sf) shown in FIG. The result of the averaging is indicated by a dashed line. In the case shown in FIG. 21B, a large weight is given to the focused slit light beam sf = −3 where an error occurs, so that the detection error in the case of the weighted average is slightly larger than the simple average. Luminous flux sf
The error is reduced from the detection error (detection error indicated by a square) when only = -3 is used. In contrast, FIG.
In the case shown in (c), a very large detection error occurs because the slit light beam at the pattern boundary is defocused, and the detection error cannot be sufficiently reduced by simple averaging. On the other hand, as a result of performing the weighted average as shown in the above equation (35) using the weight function w (s-sf) shown in FIG. 21A, the detection error becomes almost zero. As described above, by performing weighting so as to conform to the focusing slit sf which is an imaging state obtained according to the height (ze) as shown in the above equation (34),
Stable and highly accurate height detection can be realized in a wide detection range. Comparing the result of the simple averaging with the result of the height detection in the case of performing the weighted averaging according to the present embodiment, the error in the pattern boundary portion can be reduced to 50% or less in the present embodiment.

【0084】次に、この重み関数w(s)は図20に示
した2種類の他にも合焦点スリット周辺の数本を選択す
るものやガウス関数の標準偏差を変更したものなど、様
々なものが考えられる。これらの重みはデフォーカスに
より生じる誤差が許容できない大きさになるスリット光
束に対する重み付けが十分低くなるように設定すれば良
い。通常、デフォーカスの影響は連続的に変化するた
め、w(s)280のような連続的な関数を用いて多く
のスリットによる検出値を用いる方が安定な結果を得る
ことができる。各スリットにおいて、デフォーカスによ
り生じる誤差を測定すれば、各スリットによる検出値の
信頼性の指標とすることができる。例えば、検出誤差の
標準偏差を求め、その逆数を信頼性の評価値として、そ
れに比例した重みを与えるような関数を用いて加重平均
をすれば、精度の良い高さ検出値が得られる。このよう
に、光学系の仕様や目標精度に応じて適切な重み関数を
選択すれば良い。このとき、スリット光束の幅が同じ
(デフォーカスの条件が同じ)であれば、スリットピッ
チpが小さいほど、使用できるスリット本数nが増え、
マルチスリットの効果を大きく得ることができる。ま
た、先に述べたように、スリット幅は可能な限り細いも
のを使用することで、反射率むら起因の誤差を低減する
ことができる。
Next, the weighting function w (s) may be of various types such as a type in which several lines around the focusing slit are selected and a type in which the standard deviation of the Gaussian function is changed, in addition to the two types shown in FIG. Things are conceivable. These weights may be set so that the weights for the slit light beams that cause unacceptable errors caused by defocusing are sufficiently low. Usually, since the influence of defocus changes continuously, a more stable result can be obtained by using detection values from many slits using a continuous function such as w (s) 280. If an error caused by defocus is measured in each slit, it can be used as an index of reliability of a detection value of each slit. For example, if a standard deviation of a detection error is obtained, and its reciprocal is used as an evaluation value of reliability and weighted averaging is performed using a function that gives a weight in proportion to the reliability, a highly accurate height detection value can be obtained. Thus, an appropriate weighting function may be selected according to the specifications of the optical system and the target accuracy. At this time, if the width of the slit light beam is the same (the defocus condition is the same), as the slit pitch p is smaller, the number n of slits that can be used increases, and
A large effect of the multi-slit can be obtained. Further, as described above, by using a slit having a width as narrow as possible, it is possible to reduce errors caused by uneven reflectance.

【0085】次に、図21を用いて、試料面106aが
傾いている場合に、高さ検出に与える影響について説明
する。図22は、図10の一部拡大図で、210は投影
レンズ、215は検出レンズである。検出レンズ215
によるイメージセンサ214の共役面あるいは合焦面を
218とすると、この共役面218上の投影光のシフト
がイメージセンサ214上では検出される。試料面10
6aの高さがzだけ高くなると、検出光はデフォーカス
した状態で試料上で反射することとなる。さらに試料面
106aが角度εradだけ傾くと、いわゆる光てこ効果
により217で反射した検出光は2εradだけ余分に傾
く。するとイメージセンサの共役面218上での検出光
の位置は2εz・cos(π−2θ)/cosθだけ移動す
る。この移動量を高さに変換するために1/2sinθを
かけると、試料106の傾きεradによって高さ検出値
は−2εz/tan2θ変化することとなる。これに対
し、傾きεradによって生じるスリット光投影位置21
7と、試料面106aと検出光学系の合焦面218との
交点282との高さ変位も−2εz/tan2θとなる。
すなわち、光てこ効果による検出像の移動と傾きにより
生じる実際の高さ変化が互いに打ち消し合うのである。
スリット光束が投影される領域近傍の微少な範囲であれ
ば、試料面はほぼ平面であると考えられることから、常
にこのような条件が成り立ち、試料面106aの傾きε
に関わらず、検出光学系の合焦面218と試料面106
aの交点282に相当する高さが検出される。これは、
マルチスリットにより高さ検出を行う場合も同様であ
り、複数のスリットの移動量は、全て同じ点の高さを示
すこととなる。ここで、以下の点に留意する必要があ
る。図23に示すように、先の交点282とスリット光
束の投影位置217の間に、試料表面の段差などがある
場合には、検出される高さにこの段差が加わることにな
る。このように、図10に示す光学系により検出される
マルチスリットの移動量のばらつきは、各スリット投影
位置の段差と検出誤差に因るものであり、傾きの影響は
受けない。もしも、マルチスリットによる高さ検出値が
各スリット光投影位置の高さを反映するのであれば、先
の加重平均を行うと、その傾きによって検出値にオフセ
ットを生じることとなるが、このような理由により傾き
の影響は無く問題はない。
Next, the effect on the height detection when the sample surface 106a is inclined will be described with reference to FIG. FIG. 22 is a partially enlarged view of FIG. 10, where 210 is a projection lens and 215 is a detection lens. Detection lens 215
Assuming that the conjugate plane or the in-focus plane of the image sensor 214 is 218, the shift of the projection light on the conjugate plane 218 is detected on the image sensor 214. Sample surface 10
When the height of 6a is increased by z, the detection light is reflected on the sample in a defocused state. Further, when the sample surface 106a is tilted by the angle εrad, the detection light reflected at 217 by the so-called optical lever effect is further tilted by 2εrad. Then, the position of the detection light on the conjugate plane 218 of the image sensor moves by 2εz · cos (π−2θ) / cosθ. If s sin θ is multiplied to convert this movement amount into height, the height detection value changes by −2εz / tan 2θ depending on the inclination εrad of the sample 106. On the other hand, the slit light projection position 21 caused by the inclination εrad
7, and the height displacement between the intersection 282 of the sample surface 106a and the focal plane 218 of the detection optical system is also -2z / tan2 ?.
That is, the actual height change caused by the movement and inclination of the detected image due to the optical leverage cancel each other out.
In a minute range near the area where the slit light beam is projected, the sample surface is considered to be substantially flat. Therefore, such a condition always holds, and the inclination ε of the sample surface 106a
Irrespective of the focal plane 218 of the detection optical system and the sample plane 106
The height corresponding to the intersection 282 of a is detected. this is,
The same applies to the case where height detection is performed using a multi-slit, and the movement amounts of the plurality of slits all indicate the height of the same point. Here, it is necessary to pay attention to the following points. As shown in FIG. 23, when there is a step on the sample surface between the intersection point 282 and the projection position 217 of the slit light beam, this step is added to the detected height. As described above, the variation in the moving amount of the multi-slit detected by the optical system shown in FIG. 10 is caused by the step and the detection error of each slit projection position, and is not affected by the inclination. If the height detection value by the multi-slit reflects the height of each slit light projection position, if the weighted averaging is performed, an offset occurs in the detection value due to the inclination. There is no problem because of the influence of the inclination for the reason.

【0086】また、図10に示すように、試料面の高さ
変化zにより、スリット光束の投影位置217が高さを
検出したい位置110よりz・tanθだけずれる。各ス
リットの検出値は試料面の段差を検出するため、投影位
置ずれにより高さ検出誤差を生じることとなる。しか
し、図18からわかるように、重みを置くスリット(合
焦点スリット)の投影位置は試料面の高さに関わらず常
に一定であるため、上記(数35)式に基づく先の重み
付け加重平均の処理を行うことによって、この投影位置
ずれの補正をも実現できるのである。
As shown in FIG. 10, the projection position 217 of the slit light beam is shifted by z · tan θ from the position 110 where the height is to be detected due to the height change z of the sample surface. Since the detection value of each slit detects a step on the sample surface, a height detection error occurs due to a projection position shift. However, as can be seen from FIG. 18, since the projection position of the weighted slit (focusing slit) is always constant irrespective of the height of the sample surface, the weighted average of the previous weighted average based on the above equation (35) is obtained. By performing the processing, the correction of the projection position shift can be realized.

【0087】また、要求される検出精度に対して、試料
表面に存在する段差が小さい場合には、図22に示す試
料面の傾きによって生じるスリット光束の投影位置ずれ
は特に問題とならない。このような場合には、マルチス
リットの各移動量Δg(i)から誤差の大きいもののみを
取り除くことで、検出精度の向上がはかれる。先述のよ
うに、マルチスリットの移動量のばらつきは、各スリッ
ト投影位置の段差と検出誤差に因るものである。そこ
で、段差が問題とならない程小さければ、得られたマル
チスリットの移動量のうち、大きく値の異なるものはパ
ターン境界における検出誤差を大きく含むものと推定さ
れる。そこで、はじめに得られた各スリットの移動量を
単純に平均し、その平均値と最も大きく値が異なるもの
を反射率むら起因の誤差を含んでいるもの判断して、こ
れを取り除いて再度平均を行う。これを、残ったスリッ
トの移動量の最大最小の差がある一定の値(しきい値)
以下になるまで繰り返せば、誤差の大きなスリットを除
いた処理が行える。このしきい値は、試料面に存在する
段差の大きさを考慮して決めればよい。この処理では、
選択されるスリットが不定となってしまうため、加重平
均を行う場合のような投影位置ずれの補正の効果は得ら
れない。また、試料面に大きな段差がある場合や、検出
器の電気ノイズなど他の要因による誤差が大きい場合に
は不安定な結果を示すおそれがあるため、このような場
合には図20あるいは図21で示したような加重平均処
理を用いた方法の方がより良い結果を得られる。
When the step existing on the sample surface is small with respect to the required detection accuracy, the projection position shift of the slit light beam caused by the inclination of the sample surface shown in FIG. 22 does not cause any particular problem. In such a case, the detection accuracy can be improved by removing only those with large errors from each of the movement amounts Δg (i) of the multi-slit. As described above, the variation in the amount of movement of the multi-slit is due to a step at each slit projection position and a detection error. Therefore, if the step is small enough to cause no problem, it is estimated that, among the obtained movement amounts of the multi-slit, a movement amount having a large value greatly includes a detection error at a pattern boundary. Therefore, the moving amount of each slit obtained first is simply averaged, the one with the largest difference from the average value is judged to include the error caused by uneven reflectance, and this is removed and the average is calculated again. Do. This is a constant value (threshold) where the difference between the maximum and minimum movements of the remaining slits is
By repeating the process until the following, the process excluding the slit having a large error can be performed. This threshold value may be determined in consideration of the size of the step existing on the sample surface. In this process,
Since the slit to be selected becomes indefinite, the effect of correcting the projection position deviation as in the case of performing weighted averaging cannot be obtained. In addition, when there is a large step on the sample surface or when an error due to other factors such as electric noise of the detector is large, the result may be unstable. In such a case, FIG. The method using the weighted averaging process as shown in (1) gives better results.

【0088】次に、先の実施例における加重平均処理の
実施例について説明する。合焦点スリットを求め、加重
平均の際の重み付けを行うためには、試料面の高さze
が必要((数34)式参照)であるが、ここで必要なz
eはスリット選択のための概略の値でよいため、単純平
均によって求めた高さ検出値、または、前回求めた高さ
をzeとして用いればよい。これらの処理を実現する高
さ検出手段の構成例を以下に説明する。なお、処理時間
が問題とならないのであれば、これらと等価な処理はソ
フトウェアでも実現することができる。
Next, an embodiment of the weighted averaging process in the above embodiment will be described. In order to find a focusing slit and to perform weighting at the time of weighted averaging, the height ze of the sample surface is used.
Is necessary (see the equation (34)).
Since e may be a rough value for selecting a slit, the height detection value obtained by simple averaging or the height obtained last time may be used as ze. An example of the configuration of the height detecting means for realizing these processes will be described below. If the processing time does not matter, the processing equivalent to these can be realized by software.

【0089】図24は、高さ計算手段200bによっ
て、スリット移動量の単純平均によって合焦点スリット
の選択を行って試料面の高さを算出する場合の実施例を
示す図である。ラインイメージセンサ214により検出
されたマルチスリット画像検出信号y(x)248は、ス
リット位置検出部283によって処理され、各スリット
の位置284が計算される。ここで、スリット位置検出
部283は、画像処理により各スリット位置を検出する
手段であり、例えば図19に示したステップS191〜
S194に示す処理を行うことによりスリット移動量y
g(i)を算出する。これら算出されたスリット位置yg
(i)284と、予め記憶しておいた基準高さにおけるス
リット位置ygo(i)285の差を減算器286により
求めて、各スリットの移動量[Δg(i)=(yg(i)−
ygo(i))]287を得る。このスリット移動量28
7を記憶手段289にて一旦記憶しておき、これらの値
を加重平均演算部290へ入力する。加重平均演算部2
90では、はじめに単純平均(全ての重みが等しい加重
平均)[ΣΔg(i)/n=Σ(yg(i)−ygo(i))
/n]を行う。単純平均の結果は検出誤差を含むが、試
料面106aの高さの概略値zeに相当するスリット移
動量(例えば(数34)式に基づいて合焦点スリットs
f(ze)を算出する。)296が得られる。この単純平
均の結果(例えば合焦点スリットsf(ze))はセレク
タ292に入力され、その結果に基づいて重み係数選択
部293によって重み係数w(s−sf)294を決定す
る。重み係数w(s)は予めテーブル295に記憶してお
き、スリット移動量(例えば合焦点スリットsf(z
e))296に応じて、適切なものを選択する。この選択
された重み係数w(s−sf)294を加重平均演算部2
90へ入力すると、加重平均演算部290はこの重み係
数w(s−sf)294と記憶しておいたスリット移動量
[Δg(s)=(yg(s)−ygo(s))]287とを用
いて、加重平均[Σ(Δg(s)・w(s−sf))/Σ
(w(s−sf))]によるスリット移動量(Δg)29
7を算出する。この結果(Δg)に乗算器298を用い
て[1/(2m・sinθ)]を乗じ、オフセット値を加
えて、高さ情報z299に変換し、全体制御装置12
0、および焦点制御装置109へと出力される。
FIG. 24 is a diagram showing an embodiment in which the height calculating means 200b calculates the height of the sample surface by selecting a focusing slit by simple averaging of the slit movement amounts. The multi-slit image detection signal y (x) 248 detected by the line image sensor 214 is processed by the slit position detection unit 283, and the position 284 of each slit is calculated. Here, the slit position detection unit 283 is a unit that detects each slit position by image processing, and for example, performs steps S191 to S191 illustrated in FIG.
By performing the processing shown in S194, the slit movement amount y
g (i) is calculated. These calculated slit positions yg
The difference between (i) 284 and the slit position ygo (i) 285 at the previously stored reference height is obtained by the subtractor 286, and the amount of movement of each slit [Δg (i) = (yg (i) −
ygo (i))] 287. This slit movement amount 28
7 is temporarily stored in the storage unit 289, and these values are input to the weighted average calculation unit 290. Weighted average calculator 2
In 90, first, a simple average (weighted average in which all weights are equal) [ΣΔg (i) / n = Σ (yg (i) −ygo (i))
/ N]. Although the result of the simple averaging includes a detection error, the slit moving amount corresponding to the approximate value ze of the height of the sample surface 106a (for example, based on the expression (34), the focusing slit s
Calculate f (ze). ) 296 are obtained. The result of the simple averaging (for example, the focusing slit sf (ze)) is input to the selector 292, and the weighting factor selector 293 determines the weighting factor w (s-sf) 294 based on the result. The weight coefficient w (s) is stored in the table 295 in advance, and the slit movement amount (for example, the focusing slit sf (z
e)) Select an appropriate one according to 296. The selected weighting coefficient w (s-sf) 294 is calculated by
When input to 90, the weighted average calculator 290 calculates the weight coefficient w (s−sf) 294 and the stored slit movement amount [Δg (s) = (yg (s) −ygo (s))] 287. And the weighted average [Σ (Δg (s) · w (s-sf)) / Σ
(W (s-sf))], the slit movement amount (Δg) 29
7 is calculated. The result (Δg) is multiplied by [1 / (2 m · sin θ)] using a multiplier 298, and added to an offset value to convert the result into height information z 299.
0 and output to the focus control device 109.

【0090】図25は、高さ計算手段200bによっ
て、前時刻の検出値を用いて重みづけを行って試料面の
高さを算出する場合の実施例を示す図である。図24と
同様にスリットの移動量[Δg(i)=(yg(i)−yg
o(i))]287を検出するが、検出値の記憶は行わ
ず、その結果を加重平均部290へ入力する。一方、重
み係数選択部293には、遅延回路300により遅延さ
れた前時刻におけるスリット移動量[Δg(s)]301
が入力され、重み係数w(s−sf)294を決定し、加
重平均部290に入力される。こうして、1時刻前のス
リット移動量301に基づいて決定された重み係数w
(s−sf)294を用いて、現時刻におけるスリット移
動量[Δg(s)]287に対して加重平均[Σ(Δg
(s)・w(s−sf))/Σ(w(s−sf))]を行い、
スリットの移動量(Δg)291を検出し、この結果
(Δg)に乗算器298を用いて[1/(2m・sin
θ)]を乗じ、オフセット値を加えて、高さ情報z29
9に変換し、全体制御装置120、および焦点制御装置
109へと出力される。即ち、1時刻前のスリット移動
量と現時刻のスリット移動量との間に試料面の高さに換
算して数10μm程度以下の変動に抑制することができ
るので、1時刻前のスリット移動量301に基づいて重
み係数w(s−sf)294を決定したとしても、問題が
なく試料面の高さにおける検出誤差として数μm程度以
下を実現することができる。
FIG. 25 is a diagram showing an embodiment in which the height of the sample surface is calculated by performing weighting using the detected value at the previous time by the height calculating means 200b. As in FIG. 24, the shift amount of the slit [Δg (i) = (yg (i) −yg)
o (i))], but does not store the detected value, and inputs the result to the weighted average unit 290. On the other hand, the weight coefficient selection unit 293 stores the slit movement amount [Δg (s)] 301 at the previous time delayed by the delay circuit 300.
Is input, the weight coefficient w (s-sf) 294 is determined, and the weight coefficient is input to the weighted average unit 290. Thus, the weight coefficient w determined based on the slit movement amount 301 one time ago.
Using (s-sf) 294, a weighted average [Σ (Δg
(s) · w (s−sf)) / Σ (w (s−sf))],
A shift amount (Δg) 291 of the slit is detected, and the result (Δg) is calculated by using a multiplier 298 as [1 / (2 m · sin).
θ)], add an offset value, and add height information z29.
9 is output to the overall control device 120 and the focus control device 109. In other words, since it is possible to suppress a variation of about several tens μm or less in terms of the height of the sample surface between the slit movement amount before one time and the slit movement amount at the present time, the slit movement amount before one time Even if the weight coefficient w (s-sf) 294 is determined based on 301, there is no problem and a detection error of about several μm or less at the height of the sample surface can be realized.

【0091】次に、図26を用いて試料106の高さの
2次元分布を求める実施例について述べる。光源201
を出射した光は、例えば長方形状のパターンの反復した
パターンの描かれたマスク203”を照明する。これ
は、投影レンズ210によって試料106上の217の
位置に投影される。試料上に投影されたマルチスリット
パターン217は検出レンズ215でCCD等の2次元
イメージセンサ214”上に結像される。検出系の倍率
をmとすると、試料の高さがzだけ変化するとスリット
像は2mz・sinθだけシフトする。このシフト量はス
リットが試料を照射する点の高さを反映しているので、
これを利用して、マルチスリットの照射範囲における試
料面106aの高さ分布を検出することが可能になる。
さて、図26に示す実施例では、絞り211が投影レン
ズ210の前側焦点位置に、絞り216が検出レンズ2
15の後ろ側焦点位置におかれている。これは、レンズ
210と215を試料側テレセントリックにして、試料
106の上下による倍率変動をなくするためである。こ
れによって試料面106の高さ変化に伴う倍率変動をお
さえ、検出リニアリティーを向上することができる。ま
た、図26に示す実施例のように、偏光フィルタ240
を投影レンズ210の前に加えて、S偏光を選択的に投
影するようにしてもよい。これは、絶縁膜等に形成され
たパターンについて、SEM画像に基づいて検査する場
合、絶縁膜が透明膜であるため、該透明膜中での多重反
射を防止し、材質間での反射率の違いを抑えて検査でき
るようにするためである。偏光フィルタ240の位置は
必ずしも投影レンズ210の前である必要はなく、光源
201と検出器214”の間のどこに在ってもほぼ同じ
効果を奏する。
Next, an embodiment for obtaining the two-dimensional distribution of the height of the sample 106 will be described with reference to FIG. Light source 201
Is illuminated on a mask 203 ″ on which a repetitive pattern of, for example, a rectangular pattern is drawn. This is projected at a position 217 on the sample 106 by the projection lens 210. The light is projected on the sample. The multi-slit pattern 217 is imaged by a detection lens 215 on a two-dimensional image sensor 214 ″ such as a CCD. Assuming that the magnification of the detection system is m, when the height of the sample changes by z, the slit image shifts by 2 mz · sin θ. Since this shift amount reflects the height of the point where the slit irradiates the sample,
By utilizing this, it is possible to detect the height distribution of the sample surface 106a in the irradiation range of the multi-slit.
In the embodiment shown in FIG. 26, the stop 211 is located at the front focal position of the projection lens 210 and the stop 216 is located at the detection lens 2.
It is located at the back focal point of the 15th position. This is because the lenses 210 and 215 are made telecentric on the sample side to eliminate magnification fluctuation due to up and down of the sample 106. Thus, a change in magnification due to a change in the height of the sample surface 106 can be suppressed, and the detection linearity can be improved. Also, as in the embodiment shown in FIG.
May be added before the projection lens 210 to selectively project S-polarized light. This is because when the pattern formed on an insulating film or the like is inspected based on an SEM image, since the insulating film is a transparent film, multiple reflection in the transparent film is prevented, and the reflectance between the materials is reduced. This is because the difference can be suppressed and the inspection can be performed. The position of the polarizing filter 240 does not necessarily have to be in front of the projection lens 210, and the same effect can be obtained anywhere between the light source 201 and the detector 214 ″.

【0092】ここで、簡単のため、検出光学系の倍率m
=1の場合について説明する。m=1でない場合はpを
m・pとすれば良い。
Here, for simplicity, the magnification m of the detection optical system is m
= 1 will be described. When m is not 1, p may be set to m · p.

【0093】次に、高さ計算手段200bにおいて実行
するマルチスリット移動量の検出アルゴリズムについ
て、図15および図19と異なる実施例について説明す
る。図27は周期波形の位相変化φを検出する方法を示
している。マルチスリット状のパターンのピッチをpと
すると位相変化φ(rad)は移動量pφ/2πに対応
し、これは、高さ変化pφ/(2πm・sinθ)に対
応することから、高さ検出は周期波形の位相変化を検出
することに帰結される。高さ計算手段200bにおける
高さ検出は、積和演算によって実現できる。すなわち、
検出波形をy(x)とし、関数g(x)=w(x)ex
p(i2πx/p)との積和を求め、この結果の位相を
求めればよい。ここで、iは虚数単位、w(x)は重み
関数であり、適当な実数の相関関数である。この相関関
数w(x)がガウス関数である時、w(x)は特にガボ
ールフィルターと呼ばれるが、両端でなめらかに消失す
る関数であればw(x)はどんな関数でもよい。上の説
明では複素関数を用いていたが、実数で表すと以下のよ
うになる。
Next, a description will be given of a multi-slit moving amount detection algorithm executed by the height calculating means 200b, for an embodiment different from FIGS. FIG. 27 shows a method of detecting the phase change φ of the periodic waveform. Assuming that the pitch of the multi-slit pattern is p, the phase change φ (rad) corresponds to the amount of movement pφ / 2π, which corresponds to the height change pφ / (2πm · sinθ). This results in detecting the phase change of the periodic waveform. The height detection in the height calculating means 200b can be realized by a product-sum operation. That is,
Let the detected waveform be y (x) and the function g (x) = w (x) ex
The product sum with p (i2πx / p) may be obtained, and the resulting phase may be obtained. Here, i is an imaginary unit, w (x) is a weight function, and is an appropriate real correlation function. When the correlation function w (x) is a Gaussian function, w (x) is particularly called a Gabor filter. However, w (x) may be any function as long as the function disappears smoothly at both ends. In the above description, a complex function was used, but when expressed in real numbers, it is as follows.

【0094】即ち、gr(x)=w(x)・cos(i2
πx/p)とgi(x)=w(x)・sin(i2πx/
p)とを夫々y(x)と積和し、その結果をそれぞれR
とIとする。するとy(x)の位相は次に示す(数3
7)式の関係から得られる。当然位相の変化も(数3
7)式に基づいて得られることになる。 φ=arctan(I/R) (数37) ただし、この位相は−π〜πで折り返してしまうので、
前回の検出位相から飛びが生じないよう追跡をして、位
相をつなぎ合わせるか、別途ピークの概略位置を求め
て、位相の2πオーダーの概略値を求める。なお、重み
関数w(x)のは先の実施例における加重平均と同様
に、スリット状光束(格子状光束)の光学像の結像状態
である合焦点スリットに重みが付くように決定してやれ
ばよい。次に、高さ計算手段200bにおいて実行する
別のスリット移動量測定アルゴリズムの実施例について
図28を用いて説明する。図15および図19に示す実
施例では重心を用いてスリット像の変位を計測していた
が、本方法では、スリット像のエッジの位置をもとに高
さに換算する。まず図15および図19に示す実施例と
同様に各スリットのピークの概略位置(x0+p*i)
と両側の谷の位置(x0+p*i−p/2,x0+p*i
+p/2)を求め、その振幅[y(x0+p*i)−y(x
0+p*i−p/2),またはy(x0+p*i)−y(x0
+p*i+p/2)]から適当な閾値ythを求める。
That is, gr (x) = w (x) · cos (i2
πx / p) and gi (x) = w (x) · sin (i2πx /
p) with y (x), and the result is R
And I. Then, the phase of y (x) is shown below (Equation 3)
It is obtained from the relationship of the expression 7). Naturally, the phase change (Equation 3)
7) is obtained based on the equation. φ = arctan (I / R) (Equation 37) However, since this phase is folded back from −π to π,
Tracking is performed so that no jump occurs from the previous detected phase, and the phases are joined, or the approximate position of the peak is separately obtained, and the approximate value of the phase in the 2π order is obtained. The weighting function w (x) may be determined so as to give weight to the focusing slit, which is the optical image of the slit light beam (lattice light beam), similarly to the weighted average in the previous embodiment. Good. Next, another embodiment of the slit movement amount measurement algorithm executed in the height calculation means 200b will be described with reference to FIG. In the embodiments shown in FIGS. 15 and 19, the displacement of the slit image is measured using the center of gravity. However, in this method, the height is converted based on the position of the edge of the slit image. First, the approximate position of the peak of each slit (x0 + p * i) as in the embodiment shown in FIGS.
And the positions of the valleys on both sides (x0 + p * ip / 2, x0 + p * i
+ P / 2), and the amplitude [y (x0 + p * i) -y (x
0 + p * ip / 2) or y (x0 + p * i) -y (x0
+ P * i + p / 2)] to determine an appropriate threshold value yth.

【0095】次に、この閾値ythを挟む2点を探し(x
j、yj)、(xj+1、yj+1)とする。すると、この二点
を結ぶ線分と閾値が交差する点のx座標は、xj+{(x
j+1−xj)*(yth−yj)/(yj+1−yj)}で表さ
れる。この操作をスリットの左右の傾斜部それぞれにつ
いて行い、それぞれ閾値と線分の交点の位置を求め、そ
の中点をスリット光束iの位置yg(i)とする。上記方
法は全てスリット光束の位置yg(i)を求めるという前
提で説明したが、かわりに、スリット間の遮光部、すな
わち、検出波形の谷の位置を求めて、この位置の移動を
検出することによって試料の高さzを求めることも可能
である。このようにすると次のような効果を奏する。試
料表面の反射率分布による検出マルチスリットパターン
の波形の乱れは、マルチスリット像の山部に反射率境界
が一致した場合の方が、谷部に一致した場合に比べて大
きくなる。これは、検出される光量分布が試料反射率が
一定の時の光量分布と試料の反射率の積によって定まる
ためである。そのために明るい部分の方が同じ反射率の
変化に対する検出光量の変化が起きやすくなる。そこ
で、波形の乱れの小さい谷部の位置を求めた方が、試料
の反射率の状態に左右されずに、小さい誤差でスリット
像の位置を検出し、試料の高さを検出することが可能に
なる。谷部の位置を検出する方法としては、符号を反転
した波形−y(x)に対して図15および図19に示す
重心を求めるアルゴリズム、図28に示す閾値ythを横
切る点を補間で求めるアルゴリズム等を利用すればよ
い。
Next, two points sandwiching the threshold value yth are searched for (x
j , y j ) and (x j + 1 , y j + 1 ). Then, the x coordinate of the point where the threshold intersects with the line segment connecting these two points is x j + {(x
j + 1 is represented by -x j) * (yth-y j) / (y j + 1 -y j)}. This operation is performed for each of the left and right inclined portions of the slit, and the position of the intersection of the threshold value and the line segment is obtained, and the middle point is defined as the position yg (i) of the slit light beam i. All the above methods have been described on the premise that the position yg (i) of the slit light beam is determined. It is also possible to determine the height z of the sample. This produces the following effects. The disturbance of the waveform of the detected multi-slit pattern due to the reflectance distribution on the sample surface is greater when the reflectance boundary matches the peak of the multi-slit image than when it matches the valley. This is because the detected light amount distribution is determined by the product of the light amount distribution when the sample reflectance is constant and the sample reflectance. Therefore, a change in the detected light amount with respect to the same change in the reflectance is more likely to occur in a bright portion. Therefore, it is possible to detect the position of the slit image with a small error and to detect the height of the sample by finding the position of the valley where the waveform is small, regardless of the reflectivity of the sample. become. As a method of detecting the position of the valley, an algorithm for calculating the center of gravity shown in FIGS. 15 and 19 for the waveform −y (x) whose sign is inverted, and an algorithm for obtaining a point crossing the threshold value yth shown in FIG. 28 by interpolation. Etc. may be used.

【0096】次に測定位置ずれによる検出誤差について
説明する。図10に示す実施例では、電子光学系視野中
心と高さ測定位置110とが一致していたが、図29に
示すように電子光学系視野中心291と高さ測定位置1
10の間に偏差がある場合には、試料面106aの傾き
により誤差を生じることとなる。そこで測定位置のずれ
量が明らかな場合に、検出値を補正して電子光学系視野
中心の正しい高さを求めることのできる高さ検出方法の
実施例について以下に説明する。図22に示す実施例で
述べたように、斜方から投影したスリット光束を試料面
106aで反射させ、その像の移動量により試料面の高
さzを求める方法では、試料面106aの傾きεに関わ
らず高さ検出位置は、試料面106aとセンサの共役な
面218との交点282であった。そこで、図30に示
すように、スリット203を用いて2つのスリット光束
A、Bを試料面106aに投影し、それらの反射光の各
々をセンサ214a、214bの各々で検出する。この
とき、ガラス板302、303により光路長を変化さ
せ、それぞれのスリット光束A、Bについて、それぞれ
試料面上の投影位置(近接した異なる位置)が、投影光
学系270の結像位置および検出光学系271の合焦点
位置と一致するようにする(A’およびB’)。このよ
うにすると、1つの高さ検出光学系で2箇所の高さ検出
を同時に行うことができる。これら各センサ214a、
214bからの検出値を単純に平均すれば、A’とB’
の中間点Cの高さを検出することができる。また、図3
1に示すように、この光学系によって検出された2点の
高さzA,zBを元に、試料面106aの傾きεが求めら
れる。2つの検出位置周辺の狭い範囲では試料面は平面
であると考えられるため、近傍にあり、高さ検出器測定
位置110に対する電子光学系視野中心291の位置ず
れ量等に基づく明確な任意の点(図31においては黒丸
で示す。)の高さを検出することができる。
Next, a description will be given of a detection error due to a measurement position shift. In the embodiment shown in FIG. 10, the center of the electron optical system visual field coincides with the height measurement position 110. However, as shown in FIG.
If there is a deviation between 10, an error will occur due to the inclination of the sample surface 106a. Therefore, an embodiment of a height detecting method capable of correcting the detection value and obtaining the correct height of the center of the field of view of the electron optical system when the amount of displacement of the measurement position is clear will be described below. As described in the embodiment shown in FIG. 22, in the method in which the slit light beam projected from the oblique direction is reflected on the sample surface 106a and the height z of the sample surface is obtained from the moving amount of the image, the inclination ε of the sample surface 106a Regardless of the height, the height detection position was the intersection 282 between the sample surface 106a and the conjugate surface 218 of the sensor. Therefore, as shown in FIG. 30, the two slit light beams A and B are projected onto the sample surface 106a using the slit 203, and each of the reflected lights is detected by each of the sensors 214a and 214b. At this time, the optical path length is changed by the glass plates 302 and 303, and the projection positions (close different positions) on the sample surface of the respective slit light beams A and B are respectively changed by the image forming position of the projection optical system 270 and the detection optical system. The focal point position of the system 271 is matched (A ′ and B ′). In this way, two heights can be detected simultaneously by one height detection optical system. Each of these sensors 214a,
Simply averaging the detected values from 214b, A 'and B'
Of the intermediate point C can be detected. FIG.
As shown in FIG. 1, the inclination ε of the sample surface 106a is obtained based on the heights zA and zB of two points detected by the optical system. Since the sample surface is considered to be flat in a narrow range around the two detection positions, the sample surface is in the vicinity, and is a clear arbitrary point based on the amount of displacement of the electron optical system visual field center 291 with respect to the height detector measurement position 110. (Indicated by a black circle in FIG. 31).

【0097】図30に示す実施例のように、測定点1点
につき1本のスリット光のみを用いる場合は、図32に
示すように、検出器としてリニアセンサの他に分割セン
サやPSDなどを利用することもできる。図32の実施
例では、各スリット光束A,Bを検出するために、実際
のセンサ位置を異ならしめた分割センサ等から構成され
た2つの検出器214’a、214’bを用いることが
可能となる。この実施例の場合、ガラス板302、30
3は不要となる。また、広範囲な高さ検出が必要な場合
には、図30におけるスリット203から得られる2つ
のスリット光束A、Bの夫々を、マルチスリットにし
て、先の実施例と同様に用いればよい。
When only one slit light is used for one measurement point as in the embodiment shown in FIG. 30, as shown in FIG. 32, in addition to a linear sensor, a split sensor or a PSD is used as a detector. Can also be used. In the embodiment shown in FIG. 32, two detectors 214'a and 214'b each composed of a divided sensor having a different actual sensor position can be used to detect each of the slit light beams A and B. Becomes In the case of this embodiment, the glass plates 302, 30
3 becomes unnecessary. When a wide range of height detection is required, each of the two slit light beams A and B obtained from the slit 203 in FIG.

【0098】また、図30の実施例に比べると検出精度
は落ちるが、同様に2箇所の高さから検出値を補正する
方法を図33に示す。図33では、投影する光束Aは1
本であるが、試料面106aで反射したスリット光束を
ビームスプリッター305で分岐し、距離の異なる位置
に2つのリニアセンサ214”a、214”bを配置す
る。このとき、投影光は試料面106aで結像させる。
また検出光学系において2つのセンサ214”a、21
4”bの夫々の共役面(合焦点面1、2)がスリット光
の投影位置を中心に対称になるように2つのセンサ21
4”a、214”bを配置する。すると、2つのセンサ
214”a、214”bの夫々で検出される検出位置
1、2は、これら共役面(合焦点面1、2)と試料面1
06aの交点であるから、図33に示すように2点の高
さをそれぞれ検出することとなる(図33では、センサ
214”aに合焦面1、検出位置1が、センサ214”
bに合焦面2、検出2が対応する。)。そこで図31の
実施例と同様に、これらの検出値を補正して、所望の位
置の高さを検出することができる。図30の実施例の場
合と異なり、図33の実施例では、投影光学系270の
結像位置と検出光学系271の合焦点位置が一致しない
ため、デフォーカスによって試料面の反射率むら起因誤
差は若干大きくなる。図33の実施例のように、1本の
スリット光のみAを用いる場合は、検出器としてリニア
センサの他にPSDや分割センサなどを利用することも
できる。また、図33におけるスリットをマルチスリッ
トにして、先の実施例と同様に加重平均を行うことで精
度向上も可能である。また、図26の実施例と同様に2
次元のセンサ214”を用いて、試料面106aの2次
元高さ分布を求めることも可能である。
Although the detection accuracy is lower than that of the embodiment shown in FIG. 30, a method for correcting the detection value from two heights is shown in FIG. In FIG. 33, the light flux A to be projected is 1
As a book, a slit light beam reflected on the sample surface 106a is split by a beam splitter 305, and two linear sensors 214 "a and 214" b are arranged at different distances. At this time, the projection light forms an image on the sample surface 106a.
In the detection optical system, two sensors 214 ″ a, 21
The two sensors 21 are arranged so that the respective conjugate planes (focusing planes 1 and 2) of 4 ″ b are symmetrical about the projection position of the slit light.
4 ″ a, 214 ″ b are arranged. Then, the detection positions 1 and 2 detected by the two sensors 214 ″ a and 214 ″ b respectively correspond to the conjugate planes (focusing planes 1 and 2) and the sample plane 1
As shown in FIG. 33, the height of each of the two points is detected as shown in FIG. 33.
The focus plane 2 and the detection 2 correspond to b. ). Therefore, similarly to the embodiment of FIG. 31, these detected values can be corrected and the height of a desired position can be detected. Unlike the embodiment of FIG. 30, in the embodiment of FIG. 33, the image formation position of the projection optical system 270 does not coincide with the focal point of the detection optical system 271. Is slightly larger. When only one slit light A is used as in the embodiment of FIG. 33, a PSD, a split sensor, or the like can be used as a detector in addition to a linear sensor. The accuracy can be improved by making the slit in FIG. 33 a multi-slit and performing weighted averaging as in the previous embodiment. Also, as in the embodiment of FIG.
The two-dimensional height distribution of the sample surface 106a can be obtained using the two-dimensional sensor 214 ″.

【0099】次に、このような位置補正の機能を用いた
電子線式検査装置の実施例について説明する。図3およ
び図4に示すSEM画像に基づく外観検査の場合には、
ある程度広い領域に亘って2次元のSEM画像を取り込
む必要があるため、ステージ105を連続移動しなが
ら、ビーム偏向器102を駆動して電子線をステージ1
05の移動方向とほぼ直交する方向に走査して二次電子
検出器104で2次元の二次電子画像信号を検出する必
要がある。即ち、ステージ105を例えばX方向に連続
移動しながら、ビーム偏向器102を駆動して電子線を
ステージ105の移動方向とほぼ直交するY方向に走査
し、次にステージ105をY方向にステップ移動させ、
その後ステージ105をX方向に連続移動しながら、ビ
ーム偏向器102を駆動して電子線をステージ105の
移動方向とほぼ直交するY方向に走査して二次電子検出
器104で2次元の二次電子画像信号を検出する必要が
ある。
Next, an embodiment of an electron beam type inspection apparatus using such a position correction function will be described. In the case of the appearance inspection based on the SEM images shown in FIGS. 3 and 4,
Since it is necessary to capture a two-dimensional SEM image over a wide area to some extent, the beam deflector 102 is driven to move the
It is necessary to scan in a direction substantially perpendicular to the direction of movement of the electron beam 05 and detect a two-dimensional secondary electron image signal with the secondary electron detector 104. That is, while continuously moving the stage 105 in the X direction, for example, the beam deflector 102 is driven to scan the electron beam in the Y direction substantially orthogonal to the moving direction of the stage 105, and then the stage 105 is step-moved in the Y direction. Let
Thereafter, while continuously moving the stage 105 in the X direction, the beam deflector 102 is driven to scan the electron beam in the Y direction substantially orthogonal to the moving direction of the stage 105, and the secondary electron detector 104 performs two-dimensional secondary It is necessary to detect an electronic image signal.

【0100】この実施の形態においても、常に高さ検出
装置200により二次電子画像信号を検出する被検査対
象物106の表面の高さを求めて自動焦点制御を行っ
て、正しい検査結果を得る必要がある。
Also in this embodiment, a correct inspection result is obtained by performing automatic focus control by obtaining the height of the surface of the inspection object 106 for which the secondary electron image signal is always detected by the height detection device 200. There is a need.

【0101】しかしながら、高さ検出光学装置200a
におけるイメージセンサ214の画像蓄積時間、高さ計
算手段200bの計算時間、焦点位置制御装置109の
応答性等により、焦点制御に遅れが生じることになる。
そこで、焦点制御に遅れが生じても、二次電子画像信号
を検出する被検査対象物106の表面に正確に焦点を合
わせることが必要となる。焦点制御の時間遅れの間にス
テージ105が移動するため、図29に示した例と同様
の位置ずれが生じることとなる。そこで、先ほどの図3
0あるいは図32あるいは図33に示した高さ検出装置
を用いた位置ずれ補正により、この焦点制御時間遅れに
よる位置ずれを補正すればよい。例えば、図30におい
てステージ105を右方向から左方向へと連続移動させ
るものとする。この場合、図34に示すように、予め上
記遅れ時間を考慮して高さ計算手段200bは上方観察
系視野中心110より若干右方の高さを算出し、この算
出された高さに基づいて、焦点制御装置109によって
対物レンズ103への焦点制御電流または焦点制御電圧
を制御して焦点合わせ制御をすればよい。必要な検出位
置のシフト量は、上記遅れ時間Tとステージ105の走
査速度(移動速度)Vの積VTとなる。このずれ量VT
を先の図31に示した方法により補正すればよい。この
ような手段により、焦点制御に遅れが生じても、高さ計
算手段200bは二次電子画像信号を検出する被検査対
象物106の表面の高さを算出することになるので、焦
点制御装置109によって対物レンズ103への焦点制
御電流または焦点制御電圧を制御して二次電子画像信号
を検出する被検査対象物106の表面に正確に焦点合わ
せをすることが可能となる。このとき、時間遅れにより
生じた検出位置ずれが生じても、図34に示すように、
検出位置341が2つの検出位置(スリットAの検出位
置342とスリットBの検出位置343)の間に入るよ
うにセンサ214a〜214”a、214b〜214”
bの検出位置間隔を設定しておけば、位置ずれ補正は必
ず2点の内挿補間となり、安定な検出が可能となる。
However, the height detecting optical device 200a
, The focus control is delayed due to the image accumulation time of the image sensor 214, the calculation time of the height calculating means 200b, the responsiveness of the focus position control device 109, and the like.
Therefore, even if a delay occurs in the focus control, it is necessary to accurately focus on the surface of the inspection object 106 for detecting the secondary electron image signal. Since the stage 105 moves during the time delay of the focus control, the same positional deviation as in the example shown in FIG. 29 occurs. Therefore, Figure 3
The position shift due to the focus control time delay may be corrected by the position shift correction using the height detection device shown in FIG. For example, in FIG. 30, the stage 105 is continuously moved from right to left. In this case, as shown in FIG. 34, the height calculation means 200b calculates the height slightly to the right of the upper observation system visual field center 110 in consideration of the delay time, and based on the calculated height. The focus control may be performed by controlling the focus control current or the focus control voltage to the objective lens 103 by the focus control device 109. The required shift amount of the detection position is the product VT of the delay time T and the scanning speed (moving speed) V of the stage 105. This deviation amount VT
May be corrected by the method shown in FIG. By such means, even if the focus control is delayed, the height calculating means 200b calculates the height of the surface of the inspection object 106 for detecting the secondary electron image signal. The focus control current or the focus control voltage to the objective lens 103 can be controlled by 109 to accurately focus on the surface of the inspection target 106 for detecting the secondary electron image signal. At this time, even if the detection position shift caused by the time delay occurs, as shown in FIG.
The sensors 214a to 214 "a and 214b to 214" make the detection position 341 fall between two detection positions (the detection position 342 of the slit A and the detection position 343 of the slit B).
If the detection position interval of b is set, the positional deviation correction is always interpolation of two points, and stable detection is possible.

【0102】図34に示した実施例では、ステージ2の
走査方向とマルチスリットの投影―検出方向がほぼ平行
という前提の検出時間遅れ補正方法を示したが、次にス
テージの走査方向とマルチスリットの投影―検出方向に
かかわらず、使用できる検出時間遅れ補正方法について
説明する。ラインイメージセンサ214、214”は、
ある時間T1の間に蓄積した画像信号を出力するので、
T1の期間の平均的な画像が得られると考えて良い。即
ち、ラインイメージセンサ214、214”から得られ
るデータは、T1/2の時間遅れをもつ。更に、画像
を、計算機から構成される高さ計算手段200bで処理
するために、一定の時間T2が必要である。合計で、
(T1/2)+T2の時間だけ、過去の情報を高さ検出
値は示していることになる。高さ計算手段200bは、
図35に示すように、一定の間隔で得られる検出値をZ
-m,Z-(m-1),…Z-2,Z-1,Z0とすると、これらの
データから現在の高さZcを推定することができる。例
えば、図35で示すように、最新の検出値Z0と一つ前
の目の検出値からこれを直線で外挿補間して次に示す
(数38)式によって求めることができる。
In the embodiment shown in FIG. 34, the detection time delay correction method on the premise that the scanning direction of the stage 2 and the projection-detection direction of the multi-slit are almost parallel has been described. A method for correcting a detection time delay that can be used regardless of the projection-detection direction will be described. The line image sensors 214, 214 "
Since the image signal accumulated during a certain time T1 is output,
It can be considered that an average image in the period of T1 is obtained. That is, the data obtained from the line image sensors 214, 214 "has a time delay of T1 / 2. Further, in order for the image to be processed by the height calculating means 200b including a computer, a certain time T2 is required. Required, in total,
The height detection value indicates past information only for the time of (T1 / 2) + T2. The height calculation means 200b
As shown in FIG. 35, detection values obtained at regular intervals are represented by Z
-m, Z - (m-1 ), ... Z -2, Z -1, When Z 0, it is possible to estimate the current height Z c from these data. For example, as shown in FIG. 35, it can be obtained by the following (Equation 38) by extrapolating the latest detection value Z 0 and the detection value of the immediately preceding eye with a straight line.

【0103】 Zc=Z0+((Z0)−(Z-1))×((T1/2)+T2)/T1 (数38) 勿論、外挿補間直線を3ヶ以上の点Z-m,Z-(m-1),…
-2,Z-1,Z0に対して誤差が小さくなるようにあて
はめて求めても良いし、これらの点に対して2次関数、
3次関数等をあてはめて求めても良い。これらの外挿補
間方法は数学的によく知られており、どの方式を使うか
は高さ検出値の変化の大きさ、ばらつきの大小によって
最適なものを選べば良い。別な実施例として、高さ検出
値を補間して出力する場合を説明する。間隔T1で高さ
検出値がステップ状に変化した場合、これを使って電子
線にフィードバックをかけると、電子線像の質が間隔T
1で急に変化するので好ましくないことがある。この場
合、Zcを補間して短い時間間隔で少しずつ変化される
方が良い。この場合、外挿補間高さ検出値Zcの他に、
更に時刻aよりT1だけ後の高さ外挿補間値Zc'も同様
に求める。図36に示す実施例では、次に示す(数3
9)式によって求める。
[0103] Z c = Z 0 + (( Z 0) - (Z -1)) × ((T 1/2) + T 2) / T 1 ( number 38) Of course, extrapolation straight line 3 months or more Points Z -m , Z- (m-1) , ...
The error may be determined by making the error small with respect to Z -2 , Z -1 , and Z 0 , or a quadratic function for these points,
It may be obtained by applying a cubic function or the like. These extrapolation methods are mathematically well known, and an appropriate method may be selected according to the magnitude of the change in the height detection value and the magnitude of the variation. As another embodiment, a case where a height detection value is interpolated and output will be described. When the height detection value changes stepwise at the interval T1, the feedback of the electron beam is performed using the detected value, and the quality of the electron beam image becomes equal to the interval T1.
It may not be preferable because it changes suddenly at 1. In this case, it is better to be gradually changed in a short time interval by interpolating the Z c. In this case, in addition to the extrapolation height detection value Z c,
Further, a height extrapolation interpolated value Z c ′ after the time a by T1 is similarly obtained. In the embodiment shown in FIG.
9) Determined by the equation.

【0104】 Zc=(Z-1)+(((Z-1)−(Z-3))/(2T1))×2.5T1c'=(Z0)+(((Z0)−(Z-2))/(2T1))×2.5T1 (数39) これらZcとZc'とを用いて時刻aよりtだけ後の高さ
1を内挿補間を用いて次に示す(数40)式によって
求めることができる。 Z1=Zc+(Zc'−Zc)t/T1 (数40) 以上によって、CCD蓄積時間と高さ計算時間に伴う検
出時間遅れを補正し、被検査対象物106の高さが刻々
と変化する場合にも、誤差の小さい高さ検出値を得て、
安定に電子線を制御する電子光学系にフィードバックを
かけることが可能である。
Z c = (Z −1 ) + (((Z −1 ) − (Z −3 )) / (2T 1 )) × 2.5T 1 Z c ′ = (Z 0 ) + (((Z 0 ) − (Z −2 )) / (2T 1 )) × 2.5T 1 (Expression 39) Using these Z c and Z c ′, the height Z 1 after t from time a is interpolated. And can be obtained by the following equation (40). Z 1 = by Z c + (Z c '-Z c) t / T 1 ( number 40) or to correct the detection time delay caused by the CCD storage time and height calculation time, the height of the inspected object 106 Even when changes every moment, a height detection value with a small error is obtained,
Feedback can be applied to an electron optical system that stably controls an electron beam.

【0105】次に、試料表面の高さ分布を予め求めてお
く方法について説明する。これまでの実施例では、検査
あるいは測定の際に試料面の高さを検出し、その情報を
用いて電子ビームの焦点合せや偏向補正を行うものであ
った。しかし、高さ検出が十分な速さで行えない場合
や、時間遅れの補正が十分に行えない場合には、予め試
料表面の高さ分布を調べて記憶しておき、その情報に基
づいて焦点調節などを行うこともできる。図2の実施例
に示した電子線検査装置において、検査開始前に全体制
御部120からの指令に基づいて、ステージ制御装置1
26を制御して、ステージ105により試料を移動させ
る。移動した各点において高さ検出装置200により試
料面高さを検出し、レーザ測長系107により得られた
ステージ位置とともに高さ検出結果を全体制御系120
を介して記憶装置142に記憶しておく。このとき、高
さ検出は試料表面全ての点で行う必要はなく、適当な間
隔で測定しておけばよい。対象とする試料の形状や保持
方法によっても異なるが、高さ変化が比較的緩やかな場
合には、その高さ変化の周期に応じた適当な間隔で高さ
を検出し、それらを補間する事で試料面全体の高さ分布
を得ることができる。検査中はレーザ測長系107によ
って常に試料位置を知ることができるので、全体制御部
120によって予め記録しておいた高さ分布から、当該
位置の高さを焦点制御装置109へと入力することによ
り、検査と同時に高さ検出を行う場合と同じように電子
線の焦点調節および偏向補正を行うことができる。
Next, a method for obtaining the height distribution of the sample surface in advance will be described. In the embodiments described above, the height of the sample surface is detected at the time of inspection or measurement, and focusing and deflection correction of the electron beam are performed using the information. However, if the height cannot be detected fast enough or the time delay cannot be corrected sufficiently, the height distribution of the sample surface is checked and stored in advance, and the focus is determined based on the information. Adjustments can also be made. In the electron beam inspection apparatus shown in the embodiment of FIG. 2, the stage control device 1 is controlled based on a command from the overall control unit 120 before the start of the inspection.
The sample is moved by the stage 105 by controlling 26. At each point that has moved, the height of the sample surface is detected by the height detection device 200, and the height detection result is displayed together with the stage position obtained by the laser length measurement system 107 on the overall control system 120.
Via the storage device 142. At this time, the height detection need not be performed at all points on the sample surface, but may be measured at appropriate intervals. Depending on the shape and holding method of the target sample, if the height change is relatively gradual, detect the height at appropriate intervals according to the cycle of the height change and interpolate them. Can obtain the height distribution of the entire sample surface. During the inspection, the sample position can always be known by the laser measuring system 107. Therefore, the height of the position is input to the focus control device 109 from the height distribution recorded in advance by the overall control unit 120. Thus, the focus adjustment and the deflection correction of the electron beam can be performed in the same manner as in the case where the height detection is performed simultaneously with the inspection.

【0106】また、予め高さ検出情報を得ておく焦点調
節方法は、図2に示す実施例のように、高さ検出手段を
持ち得ない場合にも応用することができる。例えば、高
さ分布のかわりに各試料面高さに対して電子光学系の最
適な焦点制御電流あるいは焦点制御電圧を求めることが
できれば、これらの値を高さ情報と同様に補間すること
で同様の効果を得ることができる。各点において荷電粒
子検出器である二次電子検出器104によって検出され
る荷電粒子線像である二次電子画像信号(SEM画像信
号)が最も鮮明となる焦点制御電流または焦点制御電圧
を焦点制御装置109から得て測定する。このとき、荷
電粒子線像である二次電子画像(SEM画像)の鮮明度
は、二次電子検出器104によって検出され、A/D変
換器39(122)で変換されたデジタルSEM画像信
号または前処理回路40で前処理されたデジタルSEM
画像信号を、全体制御部120に入力して表示手段14
3に表示するか、画像メモリ47に格納して表示手段5
0に表示して目視、または全体制御部120に入力され
たSEM画像におけるエッジ部での画像の変化率を求め
る画像処理等により決定する。このようにして得られた
最適な制御電流あるいは制御電圧の値を補間することで
も焦点制御を行うことはできるが、後述する図42に示
す実施例で示すような校正パターン130をXYステー
ジ105上に設置して用いれば、試料面高さと制御電流
の間の非線形性が補正でき、高さ検出器なしで試料面の
高さ情報を得ることもできる。
The focus adjustment method in which height detection information is obtained in advance can be applied to a case where height detection means cannot be provided as in the embodiment shown in FIG. For example, if the optimum focus control current or focus control voltage of the electron optical system can be obtained for each sample surface height instead of the height distribution, these values can be interpolated in the same manner as the height information to obtain the same. The effect of can be obtained. At each point, a focus control current or a focus control voltage at which a secondary electron image signal (SEM image signal) as a charged particle beam image detected by the secondary electron detector 104 as a charged particle detector becomes the sharpest is controlled. It is obtained from the device 109 and measured. At this time, the sharpness of the secondary electron image (SEM image), which is a charged particle beam image, is detected by the secondary electron detector 104 and converted into a digital SEM image signal or a digital SEM image signal converted by the A / D converter 39 (122). Digital SEM preprocessed by preprocessing circuit 40
The image signal is input to the overall control unit 120 and the display unit 14
3 or stored in the image memory 47 and displayed on the display means 5.
The SEM image displayed at 0 is visually determined, or is determined by image processing or the like for obtaining a change rate of an image at an edge portion in the SEM image input to the overall control unit 120. Focus control can also be performed by interpolating the optimum control current or control voltage value obtained in this manner. However, a calibration pattern 130 as shown in an embodiment shown in FIG. When used in the apparatus, the nonlinearity between the sample surface height and the control current can be corrected, and the height information of the sample surface can be obtained without a height detector.

【0107】図37には、緩やかに表面高さが変化する
試料について、高さ検出およびその補間を行う場合の実
施例を示す。図37(a)は、試料106の断面形状で
あり、試料全体のうねりの他に、その表面にはパターン
306による段差307がある。図37(b)および
(d)は、同図(a)の断面図に、高さ測定点308を
示したもので、同図(c)、および(e)は、これらの
検出結果を1次補間した結果309であり、点線で断面
形状310を示してある。図37(b)、(c)では、
常に段差の上部のみで高さを検出しているため、補間結
果は良好である。しかし、図37(d)、および(e)
では高さ測定位置が段差の上部と底部の両方を含んでい
るために、うまく断面形状を得ることができない。この
ような理由から、高さ検出値の補間によって試料面の高
さ分布を求める際には、その表面の段差が同じ点を選択
して検出を行う必要があることがわかる。なお、図37
では、簡単のため1次補間の結果を示したが、更に高次
の補間を行うことにより、より滑らかで精度のよい結果
を得ることができる。図5に示したように、本発明の電
子線式検査装置が対象としている半導体ウェハの表面に
は、チップ3aが多数配列されている。チップ3aの中
にはメモリマット部3cと周辺回路部3bがあり、通常
この2つの領域ではその表面高さが異なる。そこで、こ
の試料表面のレイアウトに応じて、先の高さ測定位置を
決定する。全てのチップにおいて同じ領域である点を選
択するためには、選択する点の間隔をチップ3aの間隔
と等しいか、あるいはその整数倍とすればよい。
FIG. 37 shows an embodiment in which height detection and interpolation are performed on a sample whose surface height changes gradually. FIG. 37A shows a cross-sectional shape of the sample 106. In addition to the undulation of the entire sample, there is a step 307 due to the pattern 306 on the surface. FIGS. 37 (b) and (d) show the height measurement points 308 in the cross-sectional view of FIG. 37 (a), and FIGS. 37 (c) and (e) show these detection results as 1 The result 309 is the result of the next interpolation, and the sectional shape 310 is indicated by a dotted line. In FIGS. 37 (b) and (c),
Since the height is always detected only above the step, the interpolation result is good. However, FIGS. 37 (d) and (e)
In this case, since the height measurement position includes both the top and bottom of the step, the cross-sectional shape cannot be obtained well. For this reason, it can be seen that, when obtaining the height distribution of the sample surface by interpolation of the detected height values, it is necessary to select and detect points having the same step on the surface. Note that FIG.
Although the result of the primary interpolation is shown for simplicity, a smoother and more accurate result can be obtained by performing a higher-order interpolation. As shown in FIG. 5, a large number of chips 3a are arranged on the surface of a semiconductor wafer targeted by the electron beam inspection apparatus of the present invention. The chip 3a includes a memory mat section 3c and a peripheral circuit section 3b, and the two areas usually have different surface heights. Therefore, the height measurement position is determined according to the layout of the sample surface. In order to select a point that is the same area in all chips, the interval between the selected points may be equal to the interval between the chips 3a or an integer multiple thereof.

【0108】しかし、通常半導体装置のチップの間隔は
十数ミリメートルにおよぶため、高さ変化が急激な場合
には、更に細かな間隔で高さ検出を行う必要がある。こ
の場合には、例えば図38に示すように、チップ3aの
間隔を基本ピッチとして、それと同ピッチで位相の異な
る点において高さを検出すればよい。このとき、パター
ン上部のみを選択するには、高さ測定点の位相を次のよ
うに決めればよい。図38に示すように、まず、チップ
内に複数のメモリマット部がある場合には、これらを順
にメモリマット部1、メモリマット部2、...、メモ
リマット部iとし、これらの幅をwi、メモリマット部
w1とwiの間の距離をd1iとする。このメモリマッ
ト部1の中央を基準位置として、測定点の基本ピッチを
チップ間隔と等しくし、これをpcとすると、位相ph
の取り得る範囲は、次の(数41)で与えられる。
However, since the interval between the chips of the semiconductor device is usually about several tens of millimeters, if the height changes rapidly, it is necessary to detect the height at a finer interval. In this case, as shown in FIG. 38, for example, the height may be detected at the same pitch but at a different phase, with the interval between the chips 3a as the basic pitch. At this time, to select only the upper part of the pattern, the phase of the height measurement point may be determined as follows. As shown in FIG. 38, first, when there are a plurality of memory mat units in a chip, these are sequentially stored in a memory mat unit 1, a memory mat unit 2,. . . , A memory mat portion i, their width is wi, and the distance between the memory mat portions w1 and wi is d1i. With the center of the memory mat section 1 as a reference position, the basic pitch of the measurement points is equal to the chip interval, and this is pc, the phase ph
Is given by the following (Equation 41).

【0109】 ph={x|d1i−wi/2<x<d1i+wi/2|} (i=1,2, ...,mm) (数41 ) ここで、mmは、チップ間隔をpcとしたときのチップ
内のメモリマット部の個数である。この(数41)の範
囲内で、適当な間隔で測定点を選べば、常にメモリマッ
ト部状の点を測定点として選ぶことができる。通常、半
導体装置の外観を検査する装置では、検査対象ウェハの
製品や工程毎に検査条件を記録した条件ファイルを用い
て検査を行う。この検査条件ファイルには、検査対象ウ
ェハのチップや、チップ内のメモリマット部のレイアウ
トなどの情報が含まれており、これらの情報を用いれ
ば、先の高さ検出位置のピッチや位相の範囲を決定する
ことができる。また、検査開始時には電子線画像あるい
は図7に示した構成であれば光学顕微鏡118の画像な
どを用いて試料の位置決めを行うため、検査条件ファイ
ルの位置が試料上のどの位置に対応するのかを知ること
もできる。試料の位置決め終了後、試料表面の状態に応
じて高さ検出位置を選択してやることで、安定に試料表
面の高さ分布を得ることができる。なお、図38では、
1方向x方向のみについて示したが、y方向についても
同様に高さ測定位置を選択すればよい。
Ph = {x | d1i−wi / 2 <x <d1i + wi / 2 |} (i = 1, 2,..., Mm) (Equation 41) where mm is the chip interval pc. This is the number of memory mats in the chip at that time. If measurement points are selected at appropriate intervals within the range of (Equation 41), a point in the shape of the memory mat can always be selected as a measurement point. In general, an apparatus for inspecting the appearance of a semiconductor device performs inspection using a condition file in which inspection conditions are recorded for each product or process of a wafer to be inspected. This inspection condition file contains information such as the chip of the wafer to be inspected and the layout of the memory mat portion in the chip. By using such information, the range of the pitch and phase of the height detection position can be obtained. Can be determined. At the start of the inspection, the sample is positioned using the electron beam image or the image of the optical microscope 118 if the configuration shown in FIG. 7 is used. Therefore, it is necessary to determine which position on the sample corresponds to the position of the inspection condition file. You can also know. After the positioning of the sample is completed, the height detection position is selected according to the state of the sample surface, so that the height distribution of the sample surface can be obtained stably. In FIG. 38,
Although only one direction and the x direction are shown, the height measurement position may be selected in the y direction in the same manner.

【0110】また、図39に示したように段差の上部の
みで高さを検出すると、段差底部を観察する場合には焦
点が合わなくなってしまう。電子顕微鏡の焦点深度に対
して問題のない程度の段差であればよいが、段差が大き
い場合には問題となる。そこで、図39に示すように、
位相をずらして、パターン底部の点311の高さも同時
に検出する。次に、得られた高さ検出値のうち、パター
ン上部のもののみで補間を行い、試料面全体の高さ分布
を求める。補間により得られた高さ分布からパターン底
部にあたる点311における高さ推定値を得て、これを
高さ検出装置200で実際に測定した値と比較すれば、
パターンによる段差を計算することができる。試料面全
体で段差が一様な場合にはこれらを平均すれば段差を求
めることができる。この段差情報を用いて、パターン底
部を観察する場合のみ先のパターン上部の高さ分布から
段差を差し引いたものを試料面高さとして、焦点合わせ
を行えば良い。また、段差が試料表面全体にわたって変
化する場合には、底部における高さ検出値のみを用いて
段差上部と同様に高さ分布を得て、これらを組み合わせ
て使用すればよい。パターン底部における高さ検出位置
の選択も、パターン底部の幅および、基準に対する位置
を用いて上記(数41)式により決定すればよい。
If the height is detected only at the top of the step as shown in FIG. 39, the focus will not be adjusted when observing the bottom of the step. It is sufficient if the step is of such a degree that there is no problem with respect to the depth of focus of the electron microscope. Therefore, as shown in FIG.
By shifting the phase, the height of the point 311 at the bottom of the pattern is also detected at the same time. Next, among the obtained height detection values, interpolation is performed only on the upper part of the pattern to obtain the height distribution of the entire sample surface. By obtaining a height estimation value at a point 311 corresponding to the bottom of the pattern from the height distribution obtained by interpolation, and comparing this with a value actually measured by the height detection device 200,
The step due to the pattern can be calculated. When the steps are uniform over the entire sample surface, the steps can be obtained by averaging these steps. By using this step information, only when observing the bottom of the pattern, focusing may be performed by subtracting the step from the height distribution of the upper part of the pattern as the sample surface height. When the step changes over the entire surface of the sample, a height distribution may be obtained by using only the detected height at the bottom in the same manner as at the top of the step, and these may be used in combination. The selection of the height detection position at the pattern bottom may be determined by the above (Equation 41) using the width of the pattern bottom and the position with respect to the reference.

【0111】このようにして得られた高さ分布の情報を
表示手段143を用いて操作者に知らせることもでき
る。例えば、図40に示すように、試料面の高さ分布の
等高線表示312を行ったり、任意の断面を指定して、
その断面形状313や変位の最大−最小314を表示す
ることが可能となる。また、検査装置の設計仕様を越え
るような非常に大きな試料面の変位や傾きといった、予
期せぬ状態が検出された場合は、その旨の警告を表示す
るといった機能を持たせることもできる。特に、形状が
変化しないような方法で試料を保持している場合であれ
ば、このような機能により、試料の形状に関する情報を
操作者に与えることができる。
The height distribution information obtained in this manner can be notified to the operator by using the display means 143. For example, as shown in FIG. 40, contour display 312 of the height distribution of the sample surface is performed, or an arbitrary cross section is designated,
It is possible to display the cross-sectional shape 313 and the maximum-minimum 314 of the displacement. Further, when an unexpected state such as a very large displacement or inclination of the sample surface exceeding the design specification of the inspection apparatus is detected, a function of displaying a warning to that effect can be provided. In particular, when the sample is held by a method that does not change the shape, information on the shape of the sample can be given to the operator by such a function.

【0112】次に、図2、または図3、または図4、ま
たは図7に示す外観検査用SEM装置も含む観察用SE
M装置、測長用SEM装置等において、荷電粒子光学系
(対物レンズ103)の焦点制御電流または焦点制御電
圧と焦点位置の校正方法に関する実施例について説明す
る。制御電流と焦点位置の関係が非線形である場合には
非線形性の補正が必要となる。線形性の評価および補正
値を決定する方法について説明する。図42に示すよう
な校正用の標準パターン130を図41に示すように被
検査対象物106を保持したステージ105上の試料台
に固定して配置しておく。校正用の標準パターン130
は、荷電粒子線である電子線112の走査により帯電し
ないよう導電性の材料で作成する。
Next, the observation SE including the appearance inspection SEM device shown in FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, or FIG.
A description will be given of an embodiment relating to a method of calibrating a focus control current or a focus control voltage of a charged particle optical system (objective lens 103) and a focus position in an M device, a SEM device for length measurement, and the like. When the relationship between the control current and the focal position is non-linear, it is necessary to correct the non-linearity. A method for evaluating the linearity and determining the correction value will be described. A calibration standard pattern 130 as shown in FIG. 42 is fixedly arranged on a sample stage on a stage 105 holding an object to be inspected 106 as shown in FIG. Standard pattern for calibration 130
Is made of a conductive material so as not to be charged by scanning of the electron beam 112 which is a charged particle beam.

【0113】校正時には、全体制御部120からの指令
に基づいてステージ制御装置126を制御して、この校
正用の標準パターン130を上方観察系光軸110を中
心とした観察領域へ移動させる。全体制御部120は、
この標準パターン130を使用して、各点において荷電
粒子検出器である二次電子検出器104によって検出さ
れる荷電粒子線像である二次電子画像信号(SEM画像
信号)が最も鮮明となる焦点制御電流または焦点制御電
圧を焦点制御装置109から得て測定する。このとき、
荷電粒子線像である二次電子画像(SEM画像)の鮮明
度は、二次電子検出器104によって検出され、A/D
変換器39(122)で変換されたデジタルSEM画像
信号または前処理回路40で前処理されたデジタルSE
M画像信号を、全体制御部120に入力して表示手段1
43に表示するか、画像メモリ47に格納して表示手段
50に表示して目視、または全体制御部120に入力さ
れたSEM画像におけるエッジ部での画像の変化率を求
める画像処理等により決定する。ところで、校正用の試
料面(校正用の標準パターン130)の実高さ寸法は既
知なので、この高さ情報を入力手段(図示せず)を用い
て入力することにより、全体制御部120は、上記測定
により図43(a)に示すように試料面実高さ寸法と最
適な焦点制御電流または焦点制御電圧との関係を求める
ことができる。同時に高さ検出光学装置200aおよび
高さ計算手段200bによって、校正用の標準パターン
130の高さの測定を行うことにより、全体制御部12
0は、図43(b)に示すように試料面実高さ寸法と高
さ検出光学装置200aおよび高さ計算手段200bに
よって測定される高さ検出値との関係を表す校正曲線を
求める。この2つの校正曲線から、全体制御部120
は、高さ検出光学装置200aおよび高さ計算手段20
0bによる検出値から焦点のあった荷電粒子線像を撮像
するための最適な焦点制御電流または焦点制御電圧の値
がわかる。また、全体制御部120は、試料面高さ寸法
と高さ検出光学装置200a等による検出値、試料面実
高さ寸法と焦点制御電流または焦点制御電圧の2組の校
正曲線を別個に求める代わりに、図43(c)に示す高
さ検出光学装置200a等による検出値と焦点制御電流
または焦点制御電圧との間の校正曲線を直接求めても良
い。この場合、校正用の標準パターン130の実高さ寸
法を知る必要はない。
At the time of calibration, the stage control device 126 is controlled based on a command from the overall control unit 120 to move the calibration standard pattern 130 to an observation area centered on the optical axis 110 of the upper observation system. The overall control unit 120 includes:
Using this standard pattern 130, a focus at which a secondary electron image signal (SEM image signal) as a charged particle beam image detected by the secondary electron detector 104 as a charged particle detector at each point is the sharpest. The control current or the focus control voltage is obtained from the focus control device 109 and measured. At this time,
The definition of the secondary electron image (SEM image), which is a charged particle beam image, is detected by the secondary electron detector 104, and the A / D
The digital SEM image signal converted by the converter 39 (122) or the digital SE preprocessed by the preprocessing circuit 40
The M image signal is input to the overall control unit 120 and the display unit 1
43, or stored in the image memory 47, displayed on the display means 50, and visually determined, or determined by image processing or the like for obtaining a change rate of an image at an edge portion in the SEM image input to the overall control unit 120. . By the way, since the actual height dimension of the calibration sample surface (calibration standard pattern 130) is known, by inputting this height information using input means (not shown), the overall control unit 120 The relationship between the actual height of the sample surface and the optimum focus control current or focus control voltage can be obtained by the above measurement as shown in FIG. At the same time, the height of the standard pattern 130 for calibration is measured by the height detecting optical device 200a and the height calculating means 200b, so that the overall control unit 12
0 is a calibration curve representing the relationship between the actual height of the sample surface and the height detection value measured by the height detection optical device 200a and the height calculation means 200b as shown in FIG. 43 (b). From these two calibration curves, the overall control unit 120
Is a height detecting optical device 200a and a height calculating means 20
The optimum focus control current or focus control voltage value for capturing a focused charged particle beam image can be found from the detection value of 0b. In addition, the overall control unit 120 uses two sets of calibration curves of the sample surface height and the detection value obtained by the height detecting optical device 200a, the sample surface actual height, and the focus control current or the focus control voltage. Alternatively, a calibration curve between the value detected by the height detecting optical device 200a or the like shown in FIG. 43C and the focus control current or the focus control voltage may be directly obtained. In this case, it is not necessary to know the actual height dimension of the standard pattern 130 for calibration.

【0114】即ち、図45に示すように、校正用の標準
パターン130を用いて校正される。ステップS30に
おいて、校正が開始される。ステップS31において、
全体制御部120は、ステージ制御装置126に指令
し、校正用の試料片130の位置nを電子光学系の光軸
110にもってくる。次に、ステップS32とステップ
S33〜S38とを並列に実行する。ステップS32に
おいて、全体制御部120は、高さ計算手段200bに
高さ検出指令を出し、無補正の高さ検出Zdnを得る。
同時に、ステップS33において、全体制御部120
は、焦点制御装置109に指示を出し、電子光学系(対
物レンズ103)の焦点制御信号をIiに合わせる。次
に、ステップS34において、全体制御部120は、偏
向制御装置108に指示を出し、電子線を1次元または
2次元に走査する。次に、ステップS35において、全
体制御部120は、画像処理手段124に指示し、取得
されたSEM画像を処理し、画像の鮮明度Siを求め
る。次にステップS36において、電子光学系(対物レ
ンズ103)の焦点制御信号Iiにおけるi=i+1に
変えて、ステップS37においてi≦Nnになるまで、
ステップS33〜S35を繰り返して、各々の焦点制御
信号Iiにおける画像の鮮明度Siを求める。次に、ス
テップS37においてi≦NnがNOとなると、ステッ
プS38において、全体制御部120は、画像の鮮明度
Siが最大となる焦点制御信号Inを求める。
That is, as shown in FIG. 45, calibration is performed using the calibration standard pattern 130. In step S30, calibration is started. In step S31,
The overall control unit 120 commands the stage control unit 126 to bring the position n of the calibration sample 130 to the optical axis 110 of the electron optical system. Next, step S32 and steps S33 to S38 are executed in parallel. In step S32, the overall control unit 120 issues a height detection command to the height calculation means 200b to obtain an uncorrected height detection Zdn.
At the same time, in step S33, the overall control unit 120
Sends an instruction to the focus control device 109 to adjust the focus control signal of the electron optical system (objective lens 103) to Ii. Next, in step S34, the overall control unit 120 issues an instruction to the deflection control device 108 to scan the electron beam one-dimensionally or two-dimensionally. Next, in step S35, the overall control unit 120 instructs the image processing unit 124 to process the acquired SEM image to obtain the image sharpness Si. Next, in step S36, the focus control signal Ii of the electron optical system (objective lens 103) is changed to i = i + 1, and until i ≦ Nn in step S37.
Steps S33 to S35 are repeated to determine the sharpness Si of the image in each focus control signal Ii. Next, if i ≦ Nn is NO in step S37, in step S38, the overall control unit 120 obtains the focus control signal In that maximizes the sharpness Si of the image.

【0115】次に、ステップS39において、全体制御
部120は、画像処理手段124に指示し、校正用の試
料片130における各高さZnにおける像倍率補正、像
回転補正等からなる像歪補正パラメータを求め、記憶手
段142に格納する。次にステップS40において、試
料片130上の位置nをn=n+1に変えて、ステップ
S41においてn≦Nnになるまで、ステップS31〜
S39を繰り返して、各試料片の高さZdnにおける画
像の鮮明度が最大となる焦点制御信号Inと、像倍率補
正、像回転補正等からなる像歪補正パラメータを求め
る。次に、ステップS41においてn≦NnがNOとな
ると、ステップS42において、全体制御部120は、
無補正の高さ検出値Zdnと各試料片の高さZdnにお
ける画像の鮮明度が最大となる焦点制御信号Inから図
43(c)に示す校正曲線を得るか、または試料片13
0の各位置nの実高さ寸法Znが既知ならば、Zdn、
Zn、Inから図43(a)(b)に示す校正曲線を得
る。そして、ステップS43において、全体制御部12
0は、上記校正曲線のパラメータ(例えば、多項式近似
の係数)を求め、記憶手段142に格納して終了(S4
4)となる。なお、図42に示した校正用の標準パター
ン130は、その両端が平坦になっており、この2カ所
において校正を行うことによって、ゲインやオフセット
の校正も可能である。この校正用の標準パターン130
は、校正曲線の形状は安定してるが、ゲインやオフセッ
トのみがドリフトする場合に迅速な校正が行える点で有
効である。校正曲線の形状が非常に安定でこれが他の方
法により校正できる場合には、図44(a)に示すよう
に段差が一段の標準パターンで光学式の高さ検出光学装
置200aと対物レンズ103への制御電流との間のゲ
インとオフセットの校正をすれば良い。また、校正曲線
の形状が2次関数で近似出来るような単純な形状の場合
には図44(b)に示すように2段の段差を持つ標準パ
ターンを用いれば良いまた、SEM装置などの荷電粒子
線装置がZステージを有する場合には、図42、図44
に示すような標準パターンではなく、通常の段差のない
パターンのみで、Zステージを移動させて高さを検出
し、画像を評価することにより高さ検出光学装置200
aと対物レンズ103への制御電流の校正を行うことが
できる。この場合、Zステージによる焦点調節も可能で
あるが、ステージの応答速度が観察箇所を変更する速度
に対して十分でない場合には、ステージを固定しておい
て対物レンズ103の制御電流により焦点調節を行うこ
とも可能である。図2または図3に示すSEM装置にお
いて、以上説明したように求められた校正パラメータを
用いて校正してSEM画像に基づく外観検査することに
ついて、図46に示す処理フローに基づいて説明する。
即ち、ステップS70において、開始される。次に、ス
テップS71において、全体制御部120は、記憶手段
142から校正パラメータを取り出して、高さ計算手段
200bに高さ検出装置校正パラメータをロードし、焦
点制御装置109に高さ−焦点制御信号校正パラメータ
をロードし、偏向制御装置108に像倍率補正等の像歪
補正パラメータをロードする。
Next, in step S39, the overall control unit 120 instructs the image processing unit 124 to perform image distortion correction parameters such as image magnification correction and image rotation correction at each height Zn on the calibration sample 130. Is obtained and stored in the storage unit 142. Next, in step S40, the position n on the sample piece 130 is changed to n = n + 1, and in steps S31 to S31 until n ≦ Nn in step S41.
By repeating S39, the focus control signal In that maximizes the sharpness of the image at the height Zdn of each sample piece and the image distortion correction parameters including the image magnification correction and the image rotation correction are obtained. Next, when n ≦ Nn is NO in step S41, in step S42, the overall control unit 120
The calibration curve shown in FIG. 43C is obtained from the uncorrected height detection value Zdn and the focus control signal In at which the sharpness of the image at the height Zdn of each sample piece is maximized, or the sample piece 13 is obtained.
If the actual height dimension Zn at each position n of 0 is known, Zdn,
Calibration curves shown in FIGS. 43A and 43B are obtained from Zn and In. Then, in step S43, the overall control unit 12
0 is a parameter of the calibration curve (for example, a coefficient of a polynomial approximation), which is stored in the storage unit 142 and terminated (S4).
4). The calibration standard pattern 130 shown in FIG. 42 has flat ends at both ends, and by performing calibration at these two locations, it is also possible to calibrate gain and offset. This calibration standard pattern 130
Is effective in that although the shape of the calibration curve is stable, quick calibration can be performed when only the gain and offset drift. When the shape of the calibration curve is very stable and can be calibrated by another method, as shown in FIG. 44 (a), the optical height detection optical device 200a and the objective lens 103 are provided in a standard pattern having one step. Calibration of the gain and offset between the current and the control current may be performed. If the calibration curve has a simple shape that can be approximated by a quadratic function, a standard pattern having two steps may be used as shown in FIG. 44 (b). 42 and 44 when the particle beam device has a Z stage.
The height detection optical device 200 is obtained by detecting the height by moving the Z stage and evaluating the image by using only a normal pattern having no steps, instead of the standard pattern shown in FIG.
The calibration of the control current to the objective lens 103 can be performed. In this case, the focus can be adjusted by the Z stage. However, if the response speed of the stage is not sufficient to change the observation position, the stage is fixed and the focus is adjusted by the control current of the objective lens 103. It is also possible to do. Calibration using the calibration parameters determined as described above and the appearance inspection based on the SEM image in the SEM device shown in FIG. 2 or FIG. 3 will be described based on the processing flow shown in FIG.
That is, it is started in step S70. Next, in step S71, the overall control unit 120 takes out the calibration parameters from the storage unit 142, loads the height detection unit calibration parameters into the height calculation unit 200b, and sends the height-focus control signal to the focus control unit 109. The calibration parameters are loaded, and the image distortion correction parameters such as the image magnification correction are loaded into the deflection control device 108.

【0116】次に、ステップS72において、全体制御
部120は、ステージ制御装置126に指示し、ステー
ジ走査開始位置へステージを移動する。次に、ステップ
S73とステップS74とステップS75とステップS
76とを並列に実行する。ステップS37において、全
体制御部120は、ステージ制御装置126に指示し、
該ステージ制御装置126により被検査対象物106を
載置したステージ2を定速駆動制御する。同時に、ステ
ップS74において、全体制御部120は、高さ計算手
段200bに指示し、該高さ計算手段200bにより高
さ検出光学装置200aから得られる実時間高さ検出と
高さ検出装置校正パラメータに基づく補正検出高さの情
報190を焦点制御装置109、および偏向制御装置1
08へ出力する。更に同時に、ステップS75におい
て、全体制御部120は、焦点制御装置108、および
偏向制御装置109へ指示し、該焦点制御装置108、
および偏向制御装置109の各々により電子線のスキャ
ンと補正検出高さに基づく高さ−焦点制御信号校正パラ
メータによる焦点制御、補正検出高さに基づく像倍率補
正等の像歪補正パラメータによる偏向歪み補正を連続し
て行う。更に同時に、ステップS76において、全体制
御部120は、画像処理手段124に指示し、該画像処
理手段124により連続して得られるSEM画像を求め
て外観検査を行う。 次に、ステップS77において、
ステージ走査終了位置で、全体制御部120は、画像処
理手段124から受け取った検査結果を表示手段143
に表示したり、記憶手段142に格納したりする。次
に、ステップS78において、検査終了しない場合に
は、ステップS72に戻ることになる。ステップS78
において、検査終了となると終了となる(ステップS7
9)。
Next, in step S72, the overall control unit 120 instructs the stage control unit 126 to move the stage to the stage scanning start position. Next, steps S73, S74, S75, and S
And 76 are executed in parallel. In step S37, the overall control unit 120 instructs the stage control device 126,
The stage control device 126 controls the stage 2 on which the inspection object 106 is mounted at a constant speed. At the same time, in step S74, the overall control unit 120 instructs the height calculating unit 200b to perform real-time height detection and height detection device calibration parameters obtained from the height detecting optical device 200a by the height calculating unit 200b. The information 190 on the correction detection height based on the focus control device 109 and the deflection control device 1
08. At the same time, in step S75, the overall control unit 120 instructs the focus control device 108 and the deflection control device 109,
And deflection control device 109, respectively, for electron beam scanning and focus control based on a height-focus control signal calibration parameter based on the correction detection height, and deflection distortion correction using image distortion correction parameters such as image magnification correction based on the correction detection height. Is performed continuously. At the same time, in step S76, the overall control unit 120 instructs the image processing unit 124 to perform SEM images continuously obtained by the image processing unit 124 to perform an appearance inspection. Next, in step S77,
At the stage scanning end position, the overall control unit 120 displays the inspection result received from the image processing unit 124 on the display unit 143.
, Or stored in the storage unit 142. Next, if the inspection is not completed in step S78, the process returns to step S72. Step S78
, The inspection ends when the inspection ends (step S7).
9).

【0117】以上説明した実施の形態では、SEM装置
(電子線装置)について説明したが、収束イオンビーム
装置等のほかの収束荷電ビーム装置にも適用することが
可能である。その場合、電子銃101をイオン源に代え
れば良い。そして、この場合、二次電子検出器104は
必ずしも必要でないが、イオンビームによる加工状態を
モニタするために、104の位置に二次電子検出器ある
いは二次イオン検出器をおいても良い。また、電子線を
用いた描画装置も含めた広義の加工装置にも適用可能で
ある。この場合、二次電子検出器104は必ずしも必要
でないが、加工状態のモニタ、試料の位置合わせのため
に、同様に用いることが望ましい。また、通常の光学顕
微鏡、光学式外観検査装置および光露光装置のような光
学装置でも、その焦点位置を制御する機構があれば同様
に本高さ検出装置を用いて自動焦点機構を構成できるこ
とは明らかである。焦点合わせのために試料を上下させ
るのではなく光学系の焦点位置を変化させるような装置
の場合は、本高さ検出装置のもつ広範囲で高精度の高さ
検出ができるという特性の効果が特に大きくなる。図4
7は、この場合の実施の形態を示す図である。図2と異
なる点のみ説明する。191が光学装置の光源で、レン
ズ196、ハーフミラー195、対物レンズ193を通
して、試料106に照明光が照射される。この像は対物
レンズ193を通り、ハーフミラー195で反射され、
レンズ197を介して画像検出器194上に像を結ぶ。
このとき、対物レンズ193の焦点を試料106の表面
に合わせる必要がある。このとき高さ検出器200をも
っていれば高速の焦点あわせを実現出来る。この図に示
す実施の形態では、対物レンズ193を上下させて焦点
あわせを行っているが、かわりにステージ105を上下
させてもよい。ただし、対物レンズ193を上下させる
場合のほうが、本高さ検出器200の広い計測範囲で高
精度が得られる特性の効果をより発揮できる。あるい
は、191、193、195、196、197、194
からなる光学系全体を上下させて焦点合わせを行っても
勿論よい。図47の構成に図2および図3に示す画像処
理手段124等を付加して光学式の外観検査装置を構成
してもよい。更に、図47に示す実施の形態の構成を用
いて、レーザー加工機を構成しても勿論よい。
In the embodiment described above, the SEM device (electron beam device) has been described. However, the present invention can be applied to other focused charged beam devices such as a focused ion beam device. In that case, the electron gun 101 may be replaced with an ion source. In this case, the secondary electron detector 104 is not always necessary, but a secondary electron detector or a secondary ion detector may be provided at the position of 104 in order to monitor the processing state by the ion beam. Further, the present invention can be applied to a broadly-defined processing apparatus including a drawing apparatus using an electron beam. In this case, the secondary electron detector 104 is not necessarily required, but it is desirable to use the secondary electron detector 104 in the same manner for monitoring the processing state and aligning the sample. Also, in an optical device such as a normal optical microscope, an optical appearance inspection device, and a light exposure device, if there is a mechanism for controlling the focal position, it is similarly possible to configure an automatic focusing mechanism using the present height detection device. it is obvious. In the case of a device that changes the focal position of the optical system instead of moving the sample up and down for focusing, the effect of the characteristic that this height detection device can perform high-precision height detection over a wide range is particularly effective. growing. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing an embodiment in this case. Only different points from FIG. 2 will be described. Reference numeral 191 denotes a light source of the optical device, and illumination light is applied to the sample 106 through a lens 196, a half mirror 195, and an objective lens 193. This image passes through the objective lens 193, is reflected by the half mirror 195,
An image is formed on the image detector 194 via the lens 197.
At this time, it is necessary to focus the objective lens 193 on the surface of the sample 106. At this time, if the height detector 200 is provided, high-speed focusing can be realized. In the embodiment shown in this figure, focusing is performed by moving the objective lens 193 up and down, but the stage 105 may be moved up and down instead. However, when the objective lens 193 is moved up and down, the effect of the characteristic of obtaining high accuracy over a wide measurement range of the height detector 200 can be more exhibited. Alternatively, 191, 193, 195, 196, 197, 194
Of course, focusing may be performed by raising and lowering the entire optical system composed of. An optical appearance inspection apparatus may be formed by adding the image processing means 124 shown in FIGS. 2 and 3 to the structure shown in FIG. Further, it goes without saying that the laser processing machine may be configured using the configuration of the embodiment shown in FIG.

【0118】[0118]

【発明の効果】本発明によれば、電子光学系の偏向や収
差などが原因となる画像歪みやデフォーカスによる解像
度の低下などを低減して電子線像(SEM像)の質を向
上させることができ、その結果電子線像(SEM像)に
基づく検査や測長を、高精度で、且つ高信頼性でもって
実行することができる効果を奏する。また、本発明によ
れば、光学式高さ検出装置で検出される被検査対象物の
表面の高さ情報と電子光学系の焦点制御電流または焦点
制御電圧、および像倍率誤差等の像歪との間の校正パラ
メータを求めておくことにより、被検査対象物から像歪
みのない最も鮮明な電子線像(SEM像)を得て、該電
子線像(SEM像)に基づく検査や測長を、高精度で、
且つ高信頼性でもって実行することができる効果を奏す
る。また、本発明によれば、電子線式の検査装置におい
て、被検査対象物の表面の高さ検出と電子光学系に対す
る制御とを実時間で実行できることにより、連続的なス
テージ移動による画像歪みのない高解像度の電子線画像
(SEM画像)を得て検査が可能となり、検査性能およ
びその安定性を向上でき、しかも検査時間を短縮できる
効果を奏する。特に、検査時間の短縮は、被検査対象物
が半導体ウエハの如く、大口径化に対して有効である。
また、本発明によれば、収束荷電粒子線を用いた観察加
工装置においても同様の効果が得られる。
According to the present invention, the quality of an electron beam image (SEM image) can be improved by reducing image distortion due to deflection or aberration of an electron optical system or a decrease in resolution due to defocus. As a result, there is an effect that inspection and length measurement based on an electron beam image (SEM image) can be executed with high accuracy and high reliability. Further, according to the present invention, the height information of the surface of the inspection object and the focus control current or focus control voltage of the electron optical system detected by the optical height detection device, and image distortion such as an image magnification error. By obtaining the calibration parameters during the period, the sharpest electron beam image (SEM image) without image distortion is obtained from the inspection object, and inspection and length measurement based on the electron beam image (SEM image) can be performed. , With high accuracy,
In addition, an effect that can be executed with high reliability is obtained. Further, according to the present invention, in the electron beam type inspection apparatus, the detection of the surface height of the inspection object and the control of the electron optical system can be executed in real time, so that the image distortion due to the continuous stage movement can be reduced. Inspection can be performed by obtaining a high-resolution electron beam image (SEM image), which can improve the inspection performance and its stability, and shorten the inspection time. In particular, shortening the inspection time is effective for increasing the diameter of the object to be inspected, such as a semiconductor wafer.
Further, according to the present invention, a similar effect can be obtained in an observation processing apparatus using a convergent charged particle beam.

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

【図1】本発明に係る電子線画像検査において半導体ウ
エハ等の被検査対象物に対して焦点合わせをする必要性
を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining the necessity of focusing on an object to be inspected such as a semiconductor wafer in an electron beam image inspection according to the present invention.

【図2】本発明に係る電子線装置(SEM装置)の一実
施の形態を示す概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an electron beam apparatus (SEM apparatus) according to the present invention.

【図3】本発明に係る電子線検査装置(SEM検査装
置)の一実施の形態を示す概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an electron beam inspection apparatus (SEM inspection apparatus) according to the present invention.

【図4】本発明に係る電子線検査装置(SEM検査装
置)の一実施の形態を示す具体的構成図である。
FIG. 4 is a specific configuration diagram showing an embodiment of an electron beam inspection apparatus (SEM inspection apparatus) according to the present invention.

【図5】本発明に係る半導体メモリが形成された半導体
ウエハを示す図である。
FIG. 5 is a view showing a semiconductor wafer on which a semiconductor memory according to the present invention is formed.

【図6】本発明に係る電子線検査装置(SEM検査装
置)において比較検査する検出画像f1(x,y)と比較
画像g1(x,y)とを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a detected image f1 (x, y) and a comparative image g1 (x, y) to be compared and inspected in the electron beam inspection apparatus (SEM inspection apparatus) according to the present invention.

【図7】本発明に係る電子線検査装置(SEM検査装
置)の他の実施の形態を示す具体的構成図である。
FIG. 7 is a specific configuration diagram showing another embodiment of the electron beam inspection apparatus (SEM inspection apparatus) according to the present invention.

【図8】図4および図7に示す前処理回路を具体的に示
した図である。
FIG. 8 is a diagram specifically showing the pre-processing circuit shown in FIGS. 4 and 7;

【図9】図8に示す前処理回路で補正する内容を説明す
るための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining contents to be corrected by the pre-processing circuit shown in FIG. 8;

【図10】本発明に係る高さ検出装置における高さ検出
光学装置の第1の実施例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a first embodiment of a height detecting optical device in the height detecting device according to the present invention.

【図11】マルチスリットによる検出誤差低減原理を説
明するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining a principle of reducing a detection error by a multi-slit.

【図12】半導体ウエハ等に存在する絶縁膜等の透明膜
による多重反射によって発生する検出誤差を説明するた
めの図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining a detection error caused by multiple reflection by a transparent film such as an insulating film existing on a semiconductor wafer or the like.

【図13】半導体ウエハ等に存在するシリコンとレジス
ト(絶縁膜等の透明膜)とにおける入射角に対する反射
率の変化を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a change in reflectance with respect to an incident angle of silicon and a resist (a transparent film such as an insulating film) existing on a semiconductor wafer or the like.

【図14】本発明に係る高さ検出装置における高さ計算
手段で処理する高さ検出アルゴリズムの一実施例を説明
するための図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining an embodiment of a height detection algorithm processed by height calculation means in the height detection device according to the present invention.

【図15】本発明に係る高さ検出装置における高さ計算
手段で処理する高さ検出アルゴリズムの一実施例を説明
する処理フロー図である。
FIG. 15 is a process flowchart illustrating an embodiment of a height detection algorithm processed by a height calculation unit in the height detection device according to the present invention.

【図16】本発明に係る高さ検出装置における高さ検出
光学系のデフォーカスと試料表面における反射率むらに
起因する誤差について説明するための図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining an error caused by defocus of a height detection optical system and uneven reflectance on a sample surface in the height detection device according to the present invention.

【図17】本発明に係る高さ検出装置におけるマルチス
リットと高さ検出光学系の焦点位置の関係を説明するた
めの図である。
FIG. 17 is a diagram for explaining the relationship between the multi-slit and the focal position of the height detection optical system in the height detection device according to the present invention.

【図18】本発明に係る高さ検出光学装置の実施例にお
いて、検出誤差が最小となるスリット光束を示す図であ
る。
FIG. 18 is a view showing a slit light beam with a minimum detection error in the height detecting optical device according to the embodiment of the present invention.

【図19】本発明に係る高さ検出装置における高さ計算
手段で処理する高さ検出アルゴリズムの他の一実施例で
ある重み関数に基づく重み付け処理を説明するための処
理フロー図である。
FIG. 19 is a process flowchart for explaining a weighting process based on a weight function, which is another embodiment of the height detection algorithm processed by the height calculation means in the height detection device according to the present invention.

【図20】本発明に係る高さ検出装置において、各スリ
ットの検出値を加重平均する際の重み関数の例を示す図
である。
FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a weighting function when a weighted average of the detection values of each slit is performed in the height detection device according to the present invention.

【図21】本発明に係る高さ検出装置において、試料表
面高さに応じた加重平均を行うことによる、高さ検出誤
差低減の効果を説明するための図である。
FIG. 21 is a diagram for explaining an effect of reducing a height detection error by performing a weighted average according to a sample surface height in the height detection device according to the present invention.

【図22】本発明に係る高さ検出光学装置の実施例にお
いて、試料の傾きによる検出誤差の無いことを説明する
ための図である。
FIG. 22 is a diagram for explaining that there is no detection error due to the inclination of the sample in the embodiment of the height detecting optical device according to the present invention.

【図23】本発明に係る高さ検出光学装置の実施例にお
いて、スリット光投影位置における試料表面段差の影響
を説明するための図である。
FIG. 23 is a diagram for explaining the influence of a sample surface step at a slit light projection position in an embodiment of the height detecting optical device according to the present invention.

【図24】本発明に係る高さ検出光学装置において、マ
ルチスリットの加重平均による高さ検出処理手段を具体
的に示した図である。
FIG. 24 is a diagram specifically showing a height detection processing unit based on a weighted average of multiple slits in the height detection optical device according to the present invention.

【図25】本発明に係る高さ検出光学装置において、前
時刻の検出値を用いたマルチスリットの加重平均による
高さ検出処理手段を具体的に示した図である。
FIG. 25 is a diagram specifically illustrating a height detection processing unit based on a weighted average of a multi-slit using a detection value at a previous time in the height detection optical device according to the present invention.

【図26】本発明に係る高さ検出光学装置による面上の
高さ分布を計測する構成例を示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing a configuration example of measuring a height distribution on a surface by the height detecting optical device according to the present invention.

【図27】本発明に係る高さ検出装置における高さ計算
手段で処理する高さ検出アルゴリズムであるガボールフ
ィルターによりマルチスリットパターンの位置を検出す
る実施例を説明するための図である。
FIG. 27 is a view for explaining an embodiment in which the position of a multi-slit pattern is detected by a Gabor filter, which is a height detection algorithm processed by a height calculation means in the height detection device according to the present invention.

【図28】本発明に係る高さ検出装置における高さ計算
手段で処理する高さ検出アルゴリズムであるスリットの
エッジ位置を計測する実施例を示す図である。
FIG. 28 is a diagram showing an embodiment for measuring a slit edge position, which is a height detection algorithm processed by a height calculation means in the height detection device according to the present invention.

【図29】本発明に係る高さ検出光学装置において、測
定位置ずれにより生じる高さ検出誤差について説明する
ための図である。
FIG. 29 is a diagram for explaining a height detection error caused by a measurement position shift in the height detection optical device according to the present invention.

【図30】本発明に係る高さ検出光学装置の別の実施例
であり、同時に2ヵ所の高さを検出できる高さ検出光学
装置の構成を示す図である。
FIG. 30 is another embodiment of the height detecting optical device according to the present invention, and is a view showing a configuration of a height detecting optical device capable of detecting two heights at the same time.

【図31】本発明に係る高さ検出装置において2つの高
さ検出値により、測定位置ずれを補正する方法を説明す
る図である。
FIG. 31 is a diagram for explaining a method of correcting a measurement position shift using two height detection values in the height detection device according to the present invention.

【図32】本発明に係る高さ検出光学装置の実施例であ
り、同時に2ヵ所の高さを検出できる高さ検出光学装置
の別の構成を示す図である。
FIG. 32 is an embodiment of the height detecting optical device according to the present invention, and is a view showing another configuration of the height detecting optical device capable of detecting two heights at the same time.

【図33】本発明に係る高さ検出光学装置の別の実施例
であり、同時に2ヵ所の高さを検出できる高さ検出光学
装置の構成を示す図である。
FIG. 33 is a view showing another embodiment of the height detecting optical device according to the present invention, and showing a configuration of the height detecting optical device capable of detecting two heights at the same time.

【図34】本発明に係る高さ検出装置において2つの高
さ検出値により、高さ検出時間遅れにより生じる測定位
置ずれを補正する方法を説明する図である。
FIG. 34 is a diagram illustrating a method of correcting a measurement position shift caused by a delay in height detection time using two height detection values in the height detection device according to the present invention.

【図35】本発明に係る高さ検出装置において、ステー
ジの走査方向とマルチスリットの投影―検出方向にかか
わらず、使用できる検出時間遅れ補正方法を説明するた
めの図である。
FIG. 35 is a diagram for explaining a detection time delay correction method that can be used in the height detection device according to the present invention regardless of the scanning direction of the stage and the projection-detection direction of the multi-slit.

【図36】本発明に係る高さ検出装置において、ステー
ジの走査方向とマルチスリットの投影―検出方向にかか
わらず、使用できる検出時間遅れ補正方法を説明するた
めの図である。
FIG. 36 is a diagram for explaining a detection time delay correction method that can be used in the height detection device according to the present invention regardless of the scanning direction of the stage and the projection-detection direction of the multi-slit.

【図37】本発明に係る試料表面の高さ検出方法におい
て、高さ測定位置と検出値の補間結果の関係を説明する
ための図である。
FIG. 37 is a diagram for explaining the relationship between the height measurement position and the interpolation result of the detected value in the method for detecting the height of the sample surface according to the present invention.

【図38】本発明に係る試料表面の高さ検出方法におい
て、パターン上部のみを測定点として選択する方法を説
明するための図である。
FIG. 38 is a view for explaining a method of selecting only the upper part of the pattern as a measurement point in the method for detecting the height of the sample surface according to the present invention.

【図39】本発明に係る試料表面の高さ検出方法におい
て、パターンの上部および底部を測定点として選択する
方法を説明するための図である。
FIG. 39 is a diagram for explaining a method of selecting the top and bottom of a pattern as measurement points in the method for detecting the height of a sample surface according to the present invention.

【図40】本発明に係る自動検査装置において、操作者
に示す試料表面の高さ分布の情報の実施例を示す図であ
る。
FIG. 40 is a diagram showing an example of information on the height distribution of the sample surface shown to the operator in the automatic inspection device according to the present invention.

【図41】X−Yステージ上に校正用の標準パターンを
配置した電子線装置等を示す図である。
FIG. 41 is a diagram showing an electron beam apparatus or the like in which a standard pattern for calibration is arranged on an XY stage.

【図42】傾斜部分のある校正用の標準パターンの一実
施例を示す斜視図である。
FIG. 42 is a perspective view showing an example of a calibration standard pattern having an inclined portion.

【図43】本発明に係る電子線装置等において校正用の
標準パターンを用いて求めた校正曲線を説明するための
図である。
FIG. 43 is a diagram for explaining a calibration curve obtained by using a standard pattern for calibration in an electron beam apparatus or the like according to the present invention.

【図44】校正用の標準パターンの他の実施例を示す斜
視図である。
FIG. 44 is a perspective view showing another embodiment of the standard pattern for calibration.

【図45】校正用のパラメータを求める処理フローを示
す図である。
FIG. 45 is a diagram showing a processing flow for obtaining parameters for calibration.

【図46】本発明に係る電子線検査装置において、ステ
ージを定速駆動して校正用のパラメータを用いて補正し
ながら検査する概略フローを示す図である。
FIG. 46 is a view showing a schematic flow of performing inspection while correcting using a calibration parameter by driving a stage at a constant speed in the electron beam inspection apparatus according to the present invention.

【図47】本発明に係る光学式外観検査装置の一実施の
形態を示す概略構成図である。
FIG. 47 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an optical appearance inspection apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8…グランド電極、24…伝送手段、32…コンデンサ
レンズ、37…リターディング電極、38…グランド電
極、40…前処理回路、100…電子線装置(検査
室)、101(31)…電子源、102(34)…偏向
素子(走査偏向器)、103(33)…対物レンズ、1
04…二次電子検出器、2、105…ステージ、106
…試料(被検査対象物)、107…レーザ測長系、10
8…偏向制御装置、109…焦点制御装置、110…上
方観察系の光軸、115…検出部、116…電子光学
系、117…電子検出部、118…グリッド、119…
試料室、120…全体制御部、120’…補正制御回
路、121…線源電位調整手段、122(39)…A/
D変換器、123…画像メモリ、124…画像処理手段
(画像処理回路)、125…試料台電位調整手段、12
6…ステージ制御装置、127…グリッド電位調整手
段、130…標準パターン(校正用試料)、142…記
憶装置、143…表示手段、200…高さ検出装置、2
00a…高さ検出光学装置、200b…高さ計算手段、
201…光源、202…コンデンサレンズ、203…マ
ルチスリットマスク(、205…ハーフミラー、206
…反射鏡、210…投影レンズ、211…投影絞り、2
13…シリンドリカルレンズ、214…ラインイメージ
センサ、214”…2次元センサ、214a、214”
a、214b、214”b…リニアセンサ(検出器)、
214’a、214’b…分割センサ、215…検出レ
ンズ(結像用レンズ)、216…検出絞り、217…ス
リット光投影位置、240…偏光フィルタ、280…重
み関数w(s)、281…重み関数w2(s)、30
2、303…ガラス板、305…ビームスプリッター、
306…パターン部、307…段差、308…高さ測定
点、309…高さ測定結果、310…試料面断面形状、
311…段差底部の検出位置、312…高さ分布等高線
表示、313…断面形状表示、314…断面最大値−最
小値表示
8 ground electrode, 24 transmission means, 32 condenser lens, 37 retarding electrode, 38 ground electrode, 40 preprocessing circuit, 100 electron beam device (inspection room), 101 (31) electron source, 102 (34): deflection element (scanning deflector); 103 (33): objective lens, 1
04 secondary electron detector, 2, 105 stage, 106
… Sample (object to be inspected), 107… Laser measuring system, 10
8 Deflection control device, 109 Focus control device, 110 Optical axis of upper observation system, 115 Detection unit, 116 Electron optical system, 117 Electron detection unit, 118 Grid, 119
Sample chamber, 120: overall control unit, 120 ′: correction control circuit, 121: source potential adjusting means, 122 (39): A /
D converter 123, image memory 124 image processing means (image processing circuit) 125 sample stage potential adjusting means 12
Reference numeral 6: stage control device, 127: grid potential adjusting means, 130: standard pattern (calibration sample), 142: storage device, 143: display means, 200: height detecting device, 2
00a: height detecting optical device, 200b: height calculating means,
201: light source, 202: condenser lens, 203: multi-slit mask (205: half mirror, 206)
... reflecting mirror, 210 ... projection lens, 211 ... projection stop, 2
13 ... cylindrical lens, 214 ... line image sensor, 214 "... two-dimensional sensor, 214a, 214"
a, 214b, 214 "b ... linear sensor (detector),
214'a, 214'b: split sensor, 215: detection lens (imaging lens), 216: detection aperture, 217: slit light projection position, 240: polarization filter, 280: weight function w (s), 281 ... Weight function w2 (s), 30
2, 303: glass plate, 305: beam splitter,
306: pattern portion, 307: step, 308: height measurement point, 309: height measurement result, 310: sample surface cross-sectional shape,
311: Detection position of step bottom 312: Height distribution contour display, 313: Cross-section shape display, 314: Cross-section maximum value-minimum value display

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇佐見 康継 茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社 日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 鈴木 浩之 茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社 日立製作所計測器事業部内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yasutoshi Usami 882 Ma, Hitachinaka-shi, Ibaraki Pref.Hitachi, Ltd.Measurement Division, Hitachi, Ltd. Measuring Instruments Division

Claims (25)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電子線源と該電子線源から発せられた電子
線を偏向する偏向素子と該偏向素子で偏向される電子線
を被検査対象物上に集束して照射する対物レンズとを有
する電子光学系と、 該電子光学系で偏向し、集束して照射された電子線によ
って前記被検査対象物から発生する二次電子線像を検出
する電子線像検出光学系と、 前記被検査対象物上に格子状の光束を斜め上方から投影
する投影光学系と該投影光学系で投影された格子状の光
束によって被検査対象物の表面から反射した格子状の光
束を結像させてこの結像状態に応じた格子状の光学像を
受光して格子状の信号に変換して検出する検出光学系と
該検出光学系で検出される格子状の信号に基づいて検出
誤差の小さい結像状態を探索し、該探索された検出誤差
の小さい結像状態に対して適合する重み付け処理を前記
検出光学系で検出される格子状の信号に対して施すこと
によって格子状の信号としての基準高さに応じた基準信
号に対する移動量または位相変化量を求めて前記被検査
対象物の表面の高さに応じた情報を得る算出手段とを有
する光学的高さ検出装置と、 該光学的高さ検出装置で得られた被検査対象物の表面の
高さに応じた情報に基づいて前記電子光学系の対物レン
ズに流す電流または印加する電圧を制御して電子線を被
検査対象物上に合焦点状態で集束させる焦点制御手段
と、 前記電子線像検出光学系で検出される二次電子線像に基
づいて被検査対象物上に形成されたパターンの検査また
は測定を行う画像処理手段とを備えたことを特徴とする
電子線式検査または測定装置。
An electron beam source, a deflecting element for deflecting an electron beam emitted from the electron beam source, and an objective lens for converging and irradiating an electron beam deflected by the deflecting element onto an object to be inspected. An electron optical system having the same; an electron beam image detecting optical system for detecting a secondary electron beam image generated from the inspection object by an electron beam deflected, focused, and irradiated by the electron optical system; A projection optical system for projecting a grid-like light beam onto the object from obliquely above and an image of the grid-like light beam reflected from the surface of the inspection object by the grid-like light beam projected by the projection optical system. A detection optical system that receives a lattice-shaped optical image corresponding to an image formation state, converts the light into a lattice-like signal, and detects the image, and forms an image with a small detection error based on the lattice-like signal detected by the detection optical system. The state is searched, and the detected imaging state with a small detection error is detected. Weighting process is performed on the lattice-like signal detected by the detection optical system to obtain the amount of movement or phase change with respect to the reference signal corresponding to the reference height as the lattice-like signal. An optical height detection device having calculation means for obtaining information corresponding to the height of the surface of the inspection object; and an optical height detection device corresponding to the height of the surface of the inspection object obtained by the optical height detection device. A focus control unit that controls a current or a voltage to be applied to an objective lens of the electron optical system based on information to focus an electron beam on an object to be inspected in a focused state; and the electron beam image detection optical system. An electron beam inspection or measurement device comprising: an image processing means for inspecting or measuring a pattern formed on an inspection object based on a detected secondary electron beam image.
【請求項2】電子線源と該電子線源から発せられた電子
線を偏向する偏向素子と該偏向素子で偏向される電子線
を被検査対象物上に集束して照射する対物レンズとを有
する電子光学系と、 該電子光学系で偏向し、集束して照射された電子線によ
って前記被検査対象物から発生する二次電子線像を検出
する電子線像検出光学系と、 前記被検査対象物上に格子状の光束を斜め上方から投影
する投影光学系と該投影光学系で投影された格子状の光
束によって被検査対象物の表面から反射した格子状の光
束を結像させてこの結像状態に応じた格子状の光学像を
受光して格子状の信号に変換して検出する検出光学系と
該検出光学系で検出される格子状の信号に対して検出誤
差が小さくなるような選択的な処理を施すことによって
格子状の信号としての基準信号に対する移動量または位
相変化量を求めて前記被検査対象物の表面の高さに応じ
た情報を得る算出手段とを有する光学的高さ検出装置
と、 該光学的高さ検出装置で得られた被検査対象物の表面の
高さに応じた情報に基づいて前記電子光学系の対物レン
ズに流す電流または印加する電圧を制御して電子線を被
検査対象物上に合焦点状態で集束させる焦点制御手段
と、 前記電子線像検出光学系で検出される二次電子線像に基
づいて被検査対象物上に形成されたパターンの検査また
は測定を行う画像処理手段とを備えたことを特徴とする
電子線式検査または測定装置。
2. An electron beam source, a deflecting element for deflecting an electron beam emitted from the electron beam source, and an objective lens for converging and irradiating the electron beam deflected by the deflecting element onto an object to be inspected. An electron optical system having the same; an electron beam image detecting optical system for detecting a secondary electron beam image generated from the inspection object by an electron beam deflected, focused, and irradiated by the electron optical system; A projection optical system for projecting a grid-like light beam onto the object from obliquely above and an image of the grid-like light beam reflected from the surface of the inspection object by the grid-like light beam projected by the projection optical system. A detection optical system that receives a lattice-shaped optical image corresponding to an imaging state, converts the light into a lattice-like signal, and detects the lattice-like signal. By performing various selective processing An optical height detecting device comprising: calculating means for obtaining an amount of movement or a phase change with respect to the quasi-signal to obtain information corresponding to the height of the surface of the inspection object; and The electron beam is focused on the inspected object by controlling the current or the voltage applied to the objective lens of the electron optical system based on the information corresponding to the height of the surface of the inspected object. A focus control unit for performing the inspection, and an image processing unit for inspecting or measuring a pattern formed on the inspection object based on the secondary electron beam image detected by the electron beam image detection optical system. Characteristic electron beam inspection or measurement equipment.
【請求項3】前記光学的高さ検出装置の算出手段におけ
る選択的な処理は、重み付け処理であることを特徴とす
る請求項2記載の電子線式検査または測定装置。
3. The electron beam type inspection or measurement apparatus according to claim 2, wherein the selective processing in the calculation means of the optical height detection apparatus is a weighting processing.
【請求項4】更に、前記光学的高さ検出装置で得られた
被検査対象物の表面の高さに応じた情報に基づいて前記
電子光学系の偏向素子への偏向量を補正して前記焦点制
御に基づいて生じる電子線像の倍率誤差を含む像歪を校
正する偏向制御手段を備えたことを特徴とする請求項1
または2記載の電子線式検査または測定装置。
4. The method according to claim 1, further comprising: correcting a deflection amount of the electron optical system to a deflection element based on information corresponding to a surface height of the inspection object obtained by the optical height detection device. 2. A deflection control means for calibrating image distortion including magnification error of an electron beam image generated based on focus control.
Or the electron beam type inspection or measurement device according to 2.
【請求項5】電子線源と該電子線源から発せられた電子
線を偏向する偏向素子と該偏向素子で偏向される電子線
を被検査対象物上に集束して照射する対物レンズとを有
する電子光学系と、 該電子光学系で偏向し、集束して照射された電子線によ
って前記被検査対象物から発生する二次電子線像を検出
する電子線像検出光学系と、 前記電子光学系によって電子線が照射される被検査対象
物上の領域において近接した異なる複数の個所に複数の
スリット状あるいはスポット状の光束の各々を斜め上方
から結像投影する投影光学系と該投影光学系で被検査対
象物上の複数の個所に結像投影された複数の光束によっ
て反射された複数の光束の各々を結像させてこれら結像
された複数の光束像を受光して複数の信号に変換して検
出する検出光学系と該検出光学系で検出された複数の検
出信号の各々における基準高さに応じた基準信号に対す
る移動量または位相変化量を求めて前記複数個所の表面
の高さに応じた情報を得、該得られた複数個所の表面の
高さに応じた情報を補間(内挿補間および外挿補間も含
む。)することによって位置ずれ分シフトした電子線が
照射される個所における表面の高さに応じた情報を算出
する算出手段とを有する光学的高さ検出装置と、 該光学的高さ検出装置で算出された電子線が照射される
個所における表面の高さに応じた情報に基づいて前記電
子光学系の対物レンズに流す電流または印加する電圧を
制御して電子線を被検査対象物上に合焦点状態で集束さ
せる焦点制御手段と、 前記電子線像検出光学系で検出される二次電子線像に基
づいて被検査対象物上に形成されたパターンの検査また
は測定を行う画像処理手段とを備えたことを特徴とする
電子線式検査または測定装置。
5. An electron beam source, a deflecting element for deflecting the electron beam emitted from the electron beam source, and an objective lens for converging and irradiating the electron beam deflected by the deflecting element onto an object to be inspected. An electron beam image detection optical system that detects a secondary electron beam image generated from the inspection object by an electron beam that is deflected, focused, and irradiated by the electron optical system; A projection optical system for forming and projecting a plurality of slit-like or spot-like luminous fluxes from a diagonally upper position on a plurality of different places close to each other in a region on the inspection object irradiated with an electron beam by the system; and the projection optical system. A plurality of light fluxes reflected by a plurality of light fluxes imaged and projected at a plurality of locations on the inspection object are formed, and the plurality of light flux images thus formed are received to form a plurality of signals. A detection optical system for converting and detecting The information corresponding to the height of the surface at the plurality of locations is obtained by obtaining the amount of movement or the amount of phase change with respect to the reference signal corresponding to the reference height in each of the plurality of detection signals detected by the output optical system. The information corresponding to the height of the surface at the location irradiated with the electron beam shifted by the positional deviation by interpolating the information corresponding to the height of the surface at a plurality of locations (including interpolation and extrapolation). An optical height detecting device having a calculating unit for calculating the height of the electron beam, and the electron optical system based on information corresponding to a surface height at a location where the electron beam is irradiated calculated by the optical height detecting device. Focus control means for controlling the current flowing through the objective lens or the applied voltage to focus the electron beam on the inspection object in a focused state; and a secondary electron beam image detected by the electron beam image detection optical system. On the inspection object based on Electron beam inspection or measurement device characterized by comprising an image processing means for performing inspection or measurement of the made patterns.
【請求項6】電子線源と該電子線源から発せられた電子
線を偏向する偏向素子と該偏向素子で偏向される電子線
を被検査対象物上に集束して照射する対物レンズとを有
する電子光学系と、 該電子光学系で偏向し、集束して照射された電子線によ
って前記被検査対象物から発生する二次電子線像を検出
する電子線像検出光学系と、 前記電子光学系によって電子線が照射される被検査対象
物上の領域において近接した異なる複数の個所に複数の
スリット状あるいはスポット状の光束の各々を斜め上方
から結像投影する投影光学系と該投影光学系で被検査対
象物上の複数の個所に結像投影された複数の光束によっ
て反射された複数の光束の各々を結像させてこれら結像
された複数の光束像を受光して複数の信号に変換して検
出する検出光学系と該検出光学系で検出された複数の検
出信号の各々における基準高さに応じた基準信号に対す
る移動量または位相変化量を求めて前記複数個所の表面
の高さに応じた情報を得、該得られた複数個所の表面の
高さに応じた情報を補間(内挿補間および外挿補間も含
む。)することによって位置ずれ分シフトした電子線が
照射される個所における表面の高さに応じた情報を算出
する算出手段とを有する光学的高さ検出装置と、 該光学的高さ検出装置で算出された電子線が照射される
個所における表面の高さに応じた情報から、表面の高さ
に応じた情報と焦点制御電流または焦点制御電圧との間
の校正パラメータに基づいて焦点制御電流または焦点制
御電圧を算出し、該算出された焦点制御電流または焦点
制御電圧を前記電子光学系の対物レンズに与えるように
制御して電子線を被検査対象物上に合焦点状態で集束さ
せる焦点制御手段と、 前記電子線像検出光学系で検出される二次電子線像に基
づいて被検査対象物上に形成されたパターンの検査また
は測定を行う画像処理手段とを備えたことを特徴とする
電子線式検査または測定装置。
6. An electron beam source, a deflecting element for deflecting an electron beam emitted from the electron beam source, and an objective lens for converging and irradiating the electron beam deflected by the deflecting element onto an object to be inspected. An electron beam image detection optical system that detects a secondary electron beam image generated from the inspection object by an electron beam that is deflected, focused, and irradiated by the electron optical system; A projection optical system for forming and projecting a plurality of slit-like or spot-like luminous fluxes from a diagonally upper position on a plurality of different places close to each other in a region on the inspection object irradiated with an electron beam by the system; and the projection optical system. A plurality of light fluxes reflected by a plurality of light fluxes imaged and projected at a plurality of locations on the inspection object are formed, and the plurality of light flux images thus formed are received to form a plurality of signals. A detection optical system for converting and detecting The information corresponding to the height of the surface at the plurality of locations is obtained by obtaining the amount of movement or the amount of phase change with respect to the reference signal corresponding to the reference height in each of the plurality of detection signals detected by the output optical system. The information corresponding to the height of the surface at the location irradiated with the electron beam shifted by the positional deviation by interpolating the information corresponding to the height of the surface at a plurality of locations (including interpolation and extrapolation). An optical height detection device having a calculating means for calculating the height of the surface from information corresponding to the height of the surface at a location where the electron beam is calculated by the optical height detection device. A focus control current or a focus control voltage is calculated based on a calibration parameter between the corresponding information and the focus control current or the focus control voltage, and the calculated focus control current or the focus control voltage is used as an objective lens of the electron optical system. Give to Focus control means for controlling the electron beam to be focused on the object to be inspected in a focused manner, and on the object to be inspected based on the secondary electron beam image detected by the electron beam image detection optical system. An electron beam inspection or measurement device, comprising: an image processing means for inspecting or measuring a formed pattern.
【請求項7】更に、前記光学的高さ検出装置で算出され
た電子線が照射される個所における表面の高さに応じた
情報に基づいて前記電子光学系の偏向素子への偏向量を
補正して前記焦点制御に基づいて生じる電子線像の倍率
誤差を含む像歪を校正する偏向制御手段を備えたことを
特徴とする請求項5または6記載の電子線式検査または
測定装置。
7. A deflection amount of the electron optical system to a deflection element is corrected based on information calculated by the optical height detection device and corresponding to a surface height at a location where the electron beam is irradiated. 7. The electron beam inspection or measurement apparatus according to claim 5, further comprising a deflection control unit for calibrating an image distortion including a magnification error of the electron beam image generated based on the focus control.
【請求項8】予め、ステージ上に載置され、電子線が照
射される被検査対象物上の領域において被検査対象物上
に形成されたパターンの配列情報に基づいて決められた
間隔で表面高さを検出する高さ検出装置と、 該高さ検出装置により検出される前記間隔での表面高さ
を補間することによって前記間隔の間の任意の位置にお
ける表面高さを推定する推定手段と、 電子線源と該電子線源から発せられた電子線を偏向する
偏向素子と該偏向素子で偏向される電子線を前記ステー
ジ上に載置された被検査対象物上に集束して照射する対
物レンズとを有する電子光学系と、 該電子光学系で偏向し、集束して照射された電子線によ
って前記被検査対象物から発生する二次電子線像を検出
する電子線像検出光学系と、 前記推定手段によって推定された前記電子光学系によっ
て電子線が照射される任意の位置における被検査対象物
の表面高さの情報に基づいて前記電子光学系の対物レン
ズに流す電流または印加する電圧を制御して電子線を被
検査対象物上に合焦点状態で集束させる焦点制御手段
と、 前記電子線像検出光学系で検出される二次電子線像に基
づいて被検査対象物上に形成されたパターンの検査また
は測定を行う画像処理手段とを備えたことを特徴とする
電子線式検査または測定装置。
8. A surface which is previously mounted on a stage and irradiated with an electron beam in an area on the object to be inspected, at an interval determined based on arrangement information of a pattern formed on the object to be inspected. A height detecting device for detecting a height, and an estimating means for estimating a surface height at an arbitrary position during the interval by interpolating the surface height at the interval detected by the height detecting device. An electron beam source, a deflecting element for deflecting the electron beam emitted from the electron beam source, and an electron beam deflected by the deflecting element is focused and irradiated onto an inspection object mounted on the stage. An electron optical system having an objective lens; an electron beam image detecting optical system for detecting a secondary electron beam image generated from the inspection object by an electron beam that is deflected by the electron optical system, focused, and irradiated. Before being estimated by the estimating means Based on information on the surface height of the object to be inspected at an arbitrary position where the electron beam is irradiated by the electron optical system, the current applied to the objective lens of the electron optical system or the voltage applied is controlled to control the electron beam. Focus control means for focusing on the inspection object in a focused state; and inspecting or measuring a pattern formed on the inspection object based on a secondary electron beam image detected by the electron beam image detection optical system. An electron beam type inspection or measurement apparatus, comprising:
【請求項9】更に、前記電子光学系によって電子線が照
射される任意の位置において前記高さ検出装置によって
推定された被検査対象物の表面高さの情報に基づいて前
記電子光学系の偏向素子への偏向量を補正して前記焦点
制御に基づいて生じる電子線像の倍率誤差を含む像歪を
校正する偏向制御手段を備えたことを特徴とする請求項
5または6記載の電子線式検査または測定装置。
9. The deflection of the electron optical system based on information on the surface height of the inspection object estimated by the height detection device at an arbitrary position where the electron beam is irradiated by the electron optical system. 7. An electron beam system according to claim 5, further comprising a deflection controller for correcting an amount of deflection to the element and correcting an image distortion including a magnification error of the electron beam image generated based on the focus control. Inspection or measurement device.
【請求項10】電子線源と該電子線源から発せられた電
子線を偏向する偏向素子と該偏向素子で偏向される電子
線を被検査対象物上に集束して照射する対物レンズとを
有する電子光学系と、 該電子光学系で偏向し、集束して照射された電子線によ
って前記被検査対象物から発生する二次電子線像を検出
する電子線像検出光学系と、 前記被検査対象物上に格子状の光束を斜め上方から投影
する投影光学系と該投影光学系で投影された格子状の光
束によって被検査対象物の表面から反射した格子状の光
束を結像させてこの結像状態に応じた格子状の光学像を
受光して格子状の信号に変換して検出する検出光学系と
該検出光学系で検出される格子状の信号に基づいて検出
誤差が小さい結像状態を探索し、該探索された検出誤差
が小さい結像状態に対して適合する重み付け処理を前記
検出光学系で検出される格子状の信号に対して施すこと
によって格子状の信号としての基準高さに応じた基準信
号に対する移動量または位相変化量を求めて前記被検査
対象物の表面の高さに応じた情報を得る算出手段とを有
する光学的高さ検出装置と、 該光学的高さ検出装置で得られた被検査対象物の表面の
高さに応じた情報に基づいて前記電子光学系による焦点
位置と前記被検査対象物を載置するテーブルとの高さ方
向の相対位置を制御して電子線を被検査対象物上に合焦
点状態で集束させる焦点制御手段と、 前記電子線像検出光学系で検出される二次電子線像に基
づいて被検査対象物上に形成されたパターンの検査また
は測定を行う画像処理手段とを備えたことを特徴とする
電子線式検査または測定装置。
10. An electron beam source, a deflecting element for deflecting an electron beam emitted from the electron beam source, and an objective lens for converging and irradiating the electron beam deflected by the deflecting element onto an object to be inspected. An electron optical system having the same; an electron beam image detecting optical system for detecting a secondary electron beam image generated from the inspection object by an electron beam deflected, focused, and irradiated by the electron optical system; A projection optical system for projecting a grid-like light beam onto the object from obliquely above and an image of the grid-like light beam reflected from the surface of the inspection object by the grid-like light beam projected by the projection optical system. A detection optical system that receives a lattice-shaped optical image corresponding to an imaging state, converts the light into a lattice-like signal, and detects the image, and forms an image with a small detection error based on the lattice-like signal detected by the detection optical system. Search for the state, and change to the imaging state where the detected error is small. Calculating a moving amount or a phase change amount with respect to a reference signal corresponding to a reference height as a lattice signal by performing a suitable weighting process on the lattice signal detected by the detection optical system. An optical height detection device having calculation means for obtaining information according to the height of the surface of the inspection object; and an optical height detection device that obtains information according to the surface height of the inspection object obtained by the optical height detection device. And controlling the relative position in the height direction between the focal position of the electron optical system and the table on which the inspection object is placed based on the obtained information to focus the electron beam on the inspection object in a focused state. Focus control means, and image processing means for inspecting or measuring a pattern formed on the inspection object based on a secondary electron beam image detected by the electron beam image detection optical system. Electron beam inspection or measurement equipment .
【請求項11】電子線源と該電子線源から発せられた電
子線を偏向する偏向素子と該偏向素子で偏向される電子
線を被検査対象物上に集束して照射する対物レンズとを
有する電子光学系と、 該電子光学系で偏向し、集束して照射された電子線によ
って前記被検査対象物から発生する二次電子線像を検出
する電子線像検出光学系と、 前記電子光学系によって電子線が照射される被検査対象
物上の領域において近接した異なる複数の個所に複数の
スリット状あるいはスポット状の光束の各々を斜め上方
から結像投影する投影光学系と該投影光学系で被検査対
象物上の複数の個所に結像投影された複数の光束によっ
て反射された複数の光束の各々を結像させてこれら結像
された複数の光束像を受光して複数の信号に変換して検
出する検出光学系と該検出光学系で検出された複数の検
出信号の各々における基準高さに応じた基準信号に対す
る移動量または位相変化量を求めて前記複数個所の表面
の高さに応じた情報を得、該得られた複数個所の表面の
高さに応じた情報を補間(内挿補間および外挿補間も含
む。)することによって位置ずれ分シフトした電子線が
照射される個所における表面の高さに応じた情報を算出
する算出手段とを有する光学的高さ検出装置と、 該光学的高さ検出装置で算出された電子線が照射される
個所における表面の高さに応じた情報に基づいて前記電
子光学系による焦点位置と前記被検査対象物を載置する
テーブルとの高さ方向の相対位置を制御して電子線を被
検査対象物上に合焦点状態で集束させる焦点制御手段
と、 前記電子線像検出光学系で検出される二次電子線像に基
づいて被検査対象物上に形成されたパターンの検査また
は測定を行う画像処理手段とを備えたことを特徴とする
電子線式検査または測定装置。
11. An electron beam source, a deflecting element for deflecting an electron beam emitted from the electron beam source, and an objective lens for focusing and irradiating the electron beam deflected by the deflecting element onto an object to be inspected. An electron beam image detection optical system that detects a secondary electron beam image generated from the inspection object by an electron beam that is deflected, focused, and irradiated by the electron optical system; A projection optical system for forming and projecting a plurality of slit-like or spot-like luminous fluxes from a diagonally upper position on a plurality of different places close to each other in a region on the inspection object irradiated with an electron beam by the system; and the projection optical system. A plurality of light fluxes reflected by a plurality of light fluxes imaged and projected at a plurality of locations on the inspection object are formed, and the plurality of light flux images thus formed are received to form a plurality of signals. A detection optical system that converts and detects The information corresponding to the height of the surface at the plurality of locations is obtained by calculating the amount of movement or the amount of phase change with respect to the reference signal corresponding to the reference height in each of the plurality of detection signals detected by the detection optical system. The information corresponding to the height of the surface at the location irradiated with the electron beam shifted by the positional deviation by interpolating the information corresponding to the height of the surface at a plurality of locations (including interpolation and extrapolation). An optical height detecting device having a calculating unit for calculating the height of the electron beam, and the electron optical system based on information corresponding to a surface height at a location where the electron beam is irradiated calculated by the optical height detecting device. Focus control means for controlling the relative position in the height direction between the focal position of the object and the table on which the object to be inspected is placed to focus the electron beam on the object to be inspected in a focused state; Secondary detected by detection optics Electron beam inspection or measurement device characterized by comprising an image processing means for performing inspection or measurement of a pattern formed on the inspection object based on the sagittal image.
【請求項12】被検査対象物を少なくとも所定方向に移
動させ、 被検査対象物上に格子状の光束を斜め上方から投影する
投影光学系と該投影光学系で投影された格子状の光束に
よって被検査対象物の表面から反射した格子状の光束を
結像させてこの結像状態に応じた格子状の光学像を受光
して格子状の信号に変換して検出する検出光学系とを有
する光学的高さ検出装置により前記検出光学系で検出さ
れる格子状の信号に基づいて検出誤差の小さい結像状態
を探索し、該探索された検出誤差の小さい結像状態に対
して適合する重み付け処理を前記検出光学系で検出され
る格子状の信号に対して施すことによって格子状の信号
としての基準高さに応じた基準信号に対する移動量また
は位相変化量を求めて電子線が照射される被検査対象物
上の領域における表面の高さを検出し、 該検出された表面の高さに基づいて電子光学系の対物レ
ンズに流す電流または印加する電圧を制御して電子線源
から発せられた電子線を電子光学系の偏向素子で偏向さ
せて被検査対象物上に合焦点状態で集束させ、 該偏向して合焦点状態で集束して照射された電子線によ
って被検査対象物上から発生する二次電子線像を電子線
像検出光学系によって検出し、 該検出される二次電子線像に基づいて被検査対象物上に
形成されたパターンの検査または測定を行うことを特徴
とする電子線式検査または測定方法。
12. A projection optical system for moving an object to be inspected at least in a predetermined direction and projecting a lattice-like light beam onto the object to be inspected from obliquely above, and a lattice-like light beam projected by the projection optical system. A detection optical system that forms a lattice-like light beam reflected from the surface of the inspection object, receives a lattice-like optical image corresponding to the image-forming state, converts the light into a lattice-like signal, and detects the signal. An optical height detection device searches for an imaging state with a small detection error based on a lattice-like signal detected by the detection optical system, and weights suitable for the searched imaging state with a small detection error. The processing is performed on the lattice-like signal detected by the detection optical system, and the electron beam is irradiated by calculating the amount of movement or the amount of phase change with respect to the reference signal corresponding to the reference height as the lattice-like signal. Area on inspected object Detecting the height of the surface of the electron optical system, and controlling the current or the voltage applied to the objective lens of the electron optical system based on the detected surface height to control the electron beam emitted from the electron beam source to the electron optical system. Is deflected by the deflecting element and focused on the object to be inspected in a focused state. The secondary electron beam image generated from the object to be inspected by the deflected, focused and irradiated electron beam in the focused state An electron beam image detecting optical system, and inspecting or measuring a pattern formed on the inspection object based on the detected secondary electron beam image. Method.
【請求項13】被検査対象物を少なくとも所定方向に移
動させ、 被検査対象物上に格子状の光束を斜め上方から投影する
投影光学系と該投影光学系で投影された格子状の光束に
よって被検査対象物の表面から反射した格子状の光束を
結像させてこの結像状態に応じた格子状の光学像を受光
して格子状の信号に変換して検出する検出光学系とを有
する光学的高さ検出装置により前記検出光学系で検出さ
れる格子状の信号に対して検出誤差が小さくなるような
選択的な処理を施すことによって格子状の信号としての
基準信号に対する移動量または位相変化量を求めて電子
線が照射される被検査対象物上の領域における表面の高
さを検出し、 該検出された表面の高さに基づいて電子光学系の対物レ
ンズに流す電流または印加する電圧を制御して電子線源
から発せられた電子線を電子光学系の偏向素子で偏向さ
せて被検査対象物上に合焦点状態で集束させ、 該偏向して合焦点状態で集束して照射された電子線によ
って被検査対象物上から発生する二次電子線像を電子線
像検出光学系によって検出し、 該検出される二次電子線像に基づいて被検査対象物上に
形成されたパターンの検査または測定を行うことを特徴
とする電子線式検査または測定方法。
13. A projection optical system for moving an object to be inspected at least in a predetermined direction and projecting a lattice-like light beam onto the object to be inspected from obliquely above, and a lattice-like light beam projected by the projection optical system. A detection optical system that forms a lattice-like light beam reflected from the surface of the inspection object, receives a lattice-like optical image corresponding to the image-forming state, converts the light into a lattice-like signal, and detects the signal. The moving amount or the phase with respect to the reference signal as a lattice signal by performing selective processing such that a detection error is reduced with respect to the lattice signal detected by the detection optical system by the optical height detection device. The height of the surface in a region on the object to be inspected to which the electron beam is irradiated is detected by calculating the amount of change, and the current or the current applied to the objective lens of the electron optical system is applied based on the detected height of the surface. Control the voltage to The electron beam emitted from the source is deflected by a deflecting element of the electron optical system to be focused on the object to be inspected in a focused state, and is deflected, focused in the focused state, and irradiated by the irradiated electron beam. A secondary electron beam image generated from the inspection object is detected by an electron beam image detection optical system, and inspection or measurement of a pattern formed on the inspection object is performed based on the detected secondary electron beam image. An electron beam type inspection or measurement method characterized by being performed.
【請求項14】被検査対象物を少なくとも所定方向に移
動させ、 被検査対象物上の近接した異なる複数の個所に複数のス
リット状あるいはスポット状の光束の各々を斜め上方か
ら結像投影する投影光学系と該投影光学系で被検査対象
物上の複数の個所に結像投影された複数の光束によって
反射された複数の光束の各々を結像させてこれら結像さ
れた複数の光束像を受光して複数の信号に変換して検出
する検出光学系とを有する光学的高さ検出装置により前
記検出光学系で検出された複数の検出信号の各々におけ
る基準高さに応じた基準信号に対する移動量または位相
変化量を求めて前記複数個所の表面の高さに応じた情報
を得、該得られた複数個所の表面の高さを補間(内挿補
間および外挿補間も含む。)することによって位置ずれ
分シフトした電子線が照射される個所における表面の高
さを算出し、 該算出された表面の高さに基づいて電子光学系の対物レ
ンズに流す電流または印加する電圧を制御して電子線源
から発せられた電子線を電子光学系の偏向素子で偏向さ
せて被検査対象物上に合焦点状態で集束させ、 該偏向して合焦点状態で集束して照射された電子線によ
って被検査対象物上から発生する二次電子線像を電子線
像検出光学系によって検出し、 該検出される二次電子線像に基づいて被検査対象物上に
形成されたパターンの検査または測定を行うことを特徴
とする電子線式検査または測定方法。
14. Projection for moving an object to be inspected in at least a predetermined direction, and projecting each of a plurality of slit-like or spot-like luminous fluxes from a diagonally upper position onto a plurality of adjacent different places on the object to be inspected. The optical system and the projection optical system form an image of each of the plurality of light beams reflected by the plurality of light beams imaged and projected on a plurality of locations on the inspection target object to form a plurality of the formed light beam images. A reference signal corresponding to a reference height in each of the plurality of detection signals detected by the detection optical system by an optical height detection device having a detection optical system that receives light, converts the light into a plurality of signals, and detects the signals. The information corresponding to the heights of the surfaces at the plurality of locations is obtained by calculating the amount of movement or the amount of phase change with respect to the height, and the obtained heights of the surfaces at the plurality of locations are interpolated (including interpolation and extrapolation). By shifting the position The height of the surface at the location where the generated electron beam is irradiated is calculated, and based on the calculated height of the surface, the current flowing to the objective lens of the electron optical system or the voltage to be applied is controlled to emit light from the electron beam source. The deflected electron beam is deflected by a deflecting element of the electron optical system to be focused on the object to be inspected in a focused state. Detecting a secondary electron beam image generated from the object by an electron beam image detecting optical system, and inspecting or measuring a pattern formed on the inspection object based on the detected secondary electron beam image. Electron beam inspection or measurement method.
【請求項15】被検査対象物を少なくとも所定方向に移
動させ、 被検査対象物上の近接した異なる複数の個所に複数のス
リット状あるいはスポット状の光束の各々を斜め上方か
ら結像投影する投影光学系と該投影光学系で被検査対象
物上の複数の個所に結像投影された複数の光束によって
反射された複数の光束の各々を結像させてこれら結像さ
れた複数の光束像を受光して複数の信号に変換して検出
する検出光学系とを有する光学的高さ検出装置により前
記検出光学系で検出された複数の検出信号の各々におけ
る基準高さに応じた基準信号に対する移動量または位相
変化量を求めて前記複数個所の表面の高さに応じた情報
を得、該得られた複数個所の表面の高さを補間(内挿補
間および外挿補間も含む。)することによって位置ずれ
分シフトした電子線が照射される個所における表面の高
さを算出し、 該算出された表面の高さから、表面の高さに応じた情報
と焦点制御電流または焦点制御電圧との間の校正パラメ
ータに基づいて焦点制御電流または焦点制御電圧を算出
し、 該算出された焦点制御電流または焦点制御電圧を電子光
学系の対物レンズに与えるように制御して電子線源から
発せられた電子線を電子光学系の偏向素子で偏向させて
被検査対象物上に合焦点状態で集束させ、 該偏向して合焦点状態で集束して照射された電子線によ
って被検査対象物上から発生する二次電子線像を電子線
像検出光学系によって検出し、 該検出される二次電子線像に基づいて被検査対象物上に
形成されたパターンの検査または測定を行うことを特徴
とする電子線式検査または測定方法。
15. A projection for moving an object to be inspected at least in a predetermined direction, and projecting each of a plurality of slit-like or spot-like luminous fluxes from a diagonally upper position onto a plurality of adjacent different places on the object to be inspected. The optical system and the projection optical system form an image of each of the plurality of light beams reflected by the plurality of light beams imaged and projected on a plurality of locations on the inspection target object to form a plurality of the formed light beam images. A reference signal corresponding to a reference height in each of the plurality of detection signals detected by the detection optical system by an optical height detection device having a detection optical system that receives light, converts the light into a plurality of signals, and detects the signals. The information corresponding to the heights of the surfaces at the plurality of locations is obtained by calculating the amount of movement or the amount of phase change with respect to the height, and the obtained heights of the surfaces at the plurality of locations are interpolated (including interpolation and extrapolation). By shifting the position The height of the surface at the location where the electron beam is irradiated is calculated, and from the calculated height of the surface, a calibration parameter between information corresponding to the height of the surface and the focus control current or the focus control voltage is calculated. A focus control current or a focus control voltage is calculated based on the calculated focus control current or the focus control voltage, and the calculated focus control current or the focus control voltage is controlled so as to be applied to an objective lens of the electron optical system, and an electron beam emitted from an electron beam source is subjected to electron optics. A secondary electron beam generated from the object to be inspected by the irradiated electron beam which is deflected by the deflecting element of the system and focused on the object to be inspected in a focused state, and is deflected and focused in the focused state. Detecting an image by an electron beam image detecting optical system, inspecting or measuring a pattern formed on the inspection object based on the detected secondary electron beam image, or an electron beam inspection or Measuring method.
【請求項16】予め、高さ検出装置により、ステージ上
に載置され、電子線が照射される被検査対象物上の領域
において被検査対象物上に形成されたパターンの配列情
報に基づいて決められた間隔で表面高さを検出し、 該検出される前記間隔での表面高さを補間することによ
って前記間隔の間の任意の位置における表面高さを推定
し、 該推定された電子線が照射される位置における表面の高
さに基づいて電子光学系の対物レンズに流す電流または
印加する電圧を制御して電子線源から発せられた電子線
を電子光学系の偏向素子で偏向させて被検査対象物上に
合焦点状態で集束させ、 該偏向して合焦点状態で集束して照射された電子線によ
って被検査対象物上から発生する二次電子線像を電子線
像検出光学系によって検出し、 該検出される二次電子線像に基づいて被検査対象物上に
形成されたパターンの検査または測定を行うことを特徴
とする電子線式検査または測定方法。
16. A method according to claim 1, wherein said height detecting device is based on arrangement information of a pattern formed on the inspection object in a region on the inspection object to be irradiated with the electron beam, which is mounted on the stage. Detecting a surface height at a predetermined interval; estimating a surface height at an arbitrary position during the interval by interpolating the surface height at the detected interval; The electron beam emitted from the electron beam source is controlled by controlling the current or the voltage applied to the objective lens of the electron optical system based on the height of the surface at the position where the light is irradiated, and the electron beam is deflected by the deflection element of the electron optical system. An electron beam image detecting optical system that focuses on the inspected object in a focused state, and deflects and converges in the focused state to emit a secondary electron beam image generated from the inspected object by the irradiated electron beam. And the detected two An electron beam inspection or measurement method, wherein an inspection or measurement of a pattern formed on an object to be inspected is performed based on a secondary electron beam image.
【請求項17】電子、イオンなどの荷電粒子線源と該荷
電粒子線源から発せられた荷電粒子線を偏向する偏向素
子と該偏向素子で偏向される荷電粒子線を被観察対象物
上に集束して照射する対物レンズとを有する荷電粒子光
学系と、該荷電粒子光学系で偏向し、集束して照射され
た荷電粒子線によって前記被観察対象物上から発生する
荷電粒子線像を検出する荷電粒子線像検出光学系と、被
観察対象物上に格子状の光束を被観察対象物の斜め上方
から投影する投影光学系と該投影光学系で投影された格
子状の光束によって被観察対象物の表面において反射し
た格子状の光束を結像させてその光学像の位置を検出す
る検出光学系とを備え、該検出光学系で検出する格子状
の光束からなる光学像の位置変化に基づいて前記被観察
対象物上の領域における表面の高さを光学的に検出する
ように構成した光学的高さ検出装置と、該光学的高さ検
出装置で検出された被観察対象物上の表面の高さに基づ
いて前記荷電粒子線光学系の対物レンズに流す電流また
は印加する電圧を制御して荷電粒子線を被検査対象物上
に合焦点状態で集束させる焦点制御手段と、前記荷電粒
子線像検出光学系で検出される荷電粒子線像を表示する
表示手段を有することを特徴とする荷電粒子線像観察装
置。
17. A charged particle beam source such as an electron or ion, a deflecting element for deflecting a charged particle beam emitted from the charged particle beam source, and a charged particle beam deflected by the deflecting element on an object to be observed. A charged particle optical system having an objective lens for focusing and irradiating, and a charged particle beam image generated from the observation target object by the charged particle beam deflected by the charged particle optical system and focused and irradiated is detected. A charged particle beam image detection optical system, a projection optical system for projecting a lattice-like light beam onto the object to be observed from obliquely above the object to be observed, and an object to be observed by the lattice-like light beam projected by the projection optical system. A detection optical system that forms a lattice-like light beam reflected on the surface of the object to detect the position of the optical image, and detects a change in the position of the optical image composed of the lattice-like light beam detected by the detection optical system. Based on the area on the observed object An optical height detection device configured to optically detect the height of the surface to be measured, and the charged particles based on the height of the surface on the observation target detected by the optical height detection device. Focus control means for controlling a current flowing through an objective lens of the line optical system or an applied voltage to focus the charged particle beam on the object to be inspected in a focused state, and is detected by the charged particle beam image detecting optical system A charged particle beam image observation apparatus comprising a display means for displaying a charged particle beam image.
【請求項18】更に、前記光学的高さ検出装置で検出さ
れた被検査対象物上の表面の高さに基づいて前記電子光
学系の偏向素子への偏向量を補正して前記焦点制御に基
づいて生じる荷電粒子線線像の倍率誤差を含む像歪を校
正する偏向制御手段を有することを特徴とする請求項1
7記載の荷電粒子線像観察装置。
18. The method according to claim 17, further comprising: correcting an amount of deflection of the electron optical system to a deflection element based on a height of a surface on the inspection object detected by the optical height detection device to perform the focus control. 2. The apparatus according to claim 1, further comprising a deflection control unit configured to calibrate an image distortion including a magnification error of the charged particle beam image generated based on the image data.
8. The charged particle beam image observation device according to 7.
【請求項19】更に、前記光学的高さ検出装置で検出さ
れた被検査対象物上の表面の高さから、該被観察対象物
上の表面の高さと焦点制御電流または焦点制御電圧との
間の校正パラメータに基づいて焦点制御電流または焦点
制御電圧を算出し、該算出された焦点制御電流または焦
点制御電圧を前記荷電粒子光学系の対物レンズに与える
ように制御して荷電粒子線を被検査対象物上に合焦点状
態で集束させる焦点制御手段と、前記荷電粒子線像検出
光学系で検出される荷電粒子線像を表示する表示手段と
を有することを特徴とする請求項17または18記載の
荷電粒子線像観察装置。
19. The method according to claim 19, further comprising determining a height of the surface on the object to be observed and a focus control current or a focus control voltage from the height of the surface on the object to be inspected detected by the optical height detecting device. The focus control current or the focus control voltage is calculated based on the calibration parameters during the period, and the calculated focus control current or the focus control voltage is controlled so as to be applied to the objective lens of the charged particle optical system, and the charged particle beam is irradiated. 19. A focus control device for focusing on an inspection object in a focused state, and a display device for displaying a charged particle beam image detected by the charged particle beam image detection optical system. The charged particle beam image observation apparatus according to the above.
【請求項20】電子、イオンなどの荷電粒子線源と該荷
電粒子線源から発せられた荷電粒子線を偏向する偏向素
子と該偏向素子で偏向される荷電粒子線を被観察対象物
上に集束して照射する対物レンズとを有する電子光学系
と、該電子光学系で偏向し、集束して照射された荷電粒
子線によって前記被観察対象物上から発生する荷電粒子
線像を検出する荷電粒子線像検出光学系と、被観察対象
物上に格子状の光束を被観察対象物の斜め上方から投影
する投影光学系と該投影光学系で投影された格子状の光
束によって被観察対象物の表面において反射した格子状
の光束を結像させてその光学像の位置を検出する検出光
学系とを備え、該検出光学系で検出する格子状の光束か
らなる光学像の位置変化に基づいて前記被観察対象物上
の領域における表面の高さを光学的に検出するように構
成した光学的高さ検出装置と、該光学的高さ検出装置で
検出された被観察対象物の表面の高さに基づいて、前記
電子光学系による焦点位置と前記被観察対象物を載置す
るテーブルとの高さ方向の相対位置を制御して荷電粒子
線を被観察対象物上に合焦点状態で集束させる焦点制御
手段と、前記荷電粒子線像検出光学系で検出される荷電
粒子線像を表示する表示手段とを有することを特徴とす
る荷電粒子線像観察装置。
20. A charged particle beam source such as an electron or an ion, a deflecting element for deflecting a charged particle beam emitted from the charged particle beam source, and a charged particle beam deflected by the deflecting element on an object to be observed. An electron optical system having an objective lens that focuses and irradiates, and a charged beam that is deflected by the electron optical system and detects a charged particle beam image generated from the observation target object by the charged particle beam irradiated by focusing. A particle beam image detection optical system, a projection optical system for projecting a lattice-like light beam onto the object to be observed from obliquely above the object to be observed, and the object to be observed by the lattice-like light beam projected by the projection optical system A detection optical system that forms a lattice-like light beam reflected on the surface to detect the position of the optical image, based on a change in the position of the optical image composed of the lattice-like light beam detected by the detection optical system. Table in the area on the object to be observed An optical height detection device configured to optically detect the height of the object, and the electron optical system based on the height of the surface of the observation target detected by the optical height detection device. Focus control means for controlling a relative position in a height direction between a focal position and a table on which the object to be observed is placed, so as to focus the charged particle beam on the object to be observed in a focused state; and the charged particle beam. Display means for displaying a charged particle beam image detected by the image detection optical system.
【請求項21】電子、イオンなどの荷電粒子線源と該荷
電粒子線源から発せられた荷電粒子線を偏向する偏向素
子と該偏向素子で偏向される荷電粒子線を被加工対象物
上に集束して照射する対物レンズとを有する荷電粒子光
学系と、該荷電粒子光学系で偏向し、集束して照射され
た荷電粒子線によって前記被加工対象物上から発生する
荷電粒子線像を検出する荷電粒子線像検出光学系と、被
加工対象物上に格子状の光束を被加工対象物の斜め上方
から投影する投影光学系と該投影光学系で投影された格
子状の光束によって被加工対象物の表面において反射し
た格子状の光束を結像させてその光学像の位置を検出す
る検出光学系とを備え、該検出光学系で検出する格子状
の光束からなる光学像の位置変化に基づいて前記被加工
対象物上の領域における表面の高さを光学的に検出する
ように構成した光学的高さ検出装置と、該光学的高さ検
出装置で検出された被加工対象物上の表面の高さに基づ
いて前記荷電粒子線光学系の対物レンズに流す電流また
は印加する電圧を制御して荷電粒子線を被検査対象物上
に合焦点状態で集束させる焦点制御手段と、収束して照
射された荷電粒子線により前記被加工対象物表面を加工
する手段を有することを特徴とする荷電粒子線像加工装
置。
21. A charged particle beam source such as an electron or an ion, a deflecting element for deflecting a charged particle beam emitted from the charged particle beam source, and a charged particle beam deflected by the deflecting element on an object to be processed. A charged particle optical system having an objective lens that focuses and irradiates, and a charged particle beam image generated from on the workpiece by the charged particle beam deflected by the charged particle optical system and focused and detected is detected. A charged particle beam image detecting optical system, a projection optical system for projecting a lattice-like light beam onto the object to be processed from obliquely above the object to be processed, and a lattice-shaped light beam projected by the projection optical system. A detection optical system that forms a lattice-like light beam reflected on the surface of the object to detect the position of the optical image, and detects a change in the position of the optical image composed of the lattice-like light beam detected by the detection optical system. Based on the area on the workpiece An optical height detector configured to optically detect the height of the surface to be processed, and the charged particles based on the height of the surface on the workpiece detected by the optical height detector. Focus control means for controlling a current or a voltage applied to the objective lens of the line optical system to focus the charged particle beam on the inspected object in a focused state; and A charged particle beam image processing apparatus comprising means for processing a surface of a processing object.
【請求項22】更に、前記光学的高さ検出装置で検出さ
れた被検査対象物上の表面の高さに基づいて前記電子光
学系の偏向素子への偏向量を補正して前記焦点制御に基
づいて生じる荷電粒子線線像の倍率誤差を含む像歪を校
正する偏向制御手段を有することを特徴とする請求項2
1記載の荷電粒子線像加工装置。
22. A method for correcting the amount of deflection of the electron optical system to a deflecting element based on a height of a surface on an object to be inspected detected by the optical height detecting device, and controlling the focus control. 3. A deflection control means for correcting an image distortion including a magnification error of a charged particle beam image generated on the basis of the deviation.
2. The charged particle beam image processing apparatus according to 1.
【請求項23】対象物上に格子状の光束を斜め上方から
投影する投影光学系と、 該投影光学系で投影された格子状の光束によって対象物
の表面から反射した格子状の光束を結像させてこの結像
状態に応じた格子状の光学像を受光して格子状の信号に
変換して検出する検出光学系と、 該検出光学系で検出される格子状の信号に基づいて検出
誤差が小さい結像状態を探索し、該探索された検出誤差
が小さい結像状態に対して適合する重み付け処理を前記
検出光学系で検出される格子状の信号に対して施すこと
によって格子状の信号としての基準高さに応じた基準信
号に対する移動量または位相変化量を求めて前記対象物
の表面の高さに応じた情報を得る算出手段とを有するこ
とを特徴とする光学的高さ検出装置。
23. A projection optical system for projecting a lattice-like light beam onto an object from obliquely above, and a lattice-like light beam reflected from the surface of the object by the lattice-like light beam projected by the projection optical system. A detection optical system that receives a lattice-shaped optical image corresponding to the image formation state, converts the light into a lattice-like signal, and detects the lattice-like optical image; and detects based on the lattice-like signal detected by the detection optical system. An imaging state with a small error is searched for, and a weighting process adapted to the imaging state with a small detection error is performed on a grid-like signal detected by the detection optical system, thereby forming a grid-like state. Calculating means for obtaining an amount of movement or a phase change with respect to the reference signal corresponding to the reference height as a signal to obtain information corresponding to the height of the surface of the object; optical height detection apparatus.
【請求項24】対象物上に格子状の光束を斜め上方から
投影する投影光学系と、 該投影光学系で投影された格子状の光束によって対象物
の表面から反射した格子状の光束を結像させてこの結像
状態に応じた格子状の光学像を受光して格子状の信号に
変換して検出する検出光学系と、 該検出光学系で検出される格子状の信号に対して検出誤
差が小さくなるような選択的な処理を施すことによって
格子状の信号としての基準信号に対する移動量または位
相変化量を求めて前記対象物の表面の高さに応じた情報
を得る算出手段とを有することを特徴とする光学的高さ
検出装置。
24. A projection optical system for projecting a grid-like light beam onto a target object from obliquely above, and a grid-like light beam reflected from the surface of the target object by the grid-like light beam projected by the projection optical system. A detection optical system that receives a lattice-like optical image corresponding to the image formation state, converts the light into a lattice-like signal, and detects the lattice-like optical image; and detects the lattice-like signal detected by the detection optical system. Calculating means for obtaining a movement amount or a phase change amount with respect to a reference signal as a lattice signal by performing selective processing such that an error is reduced to obtain information corresponding to the height of the surface of the object. An optical height detecting device, comprising:
【請求項25】対象物上の近接した異なる複数の個所に
複数のスリット状あるいはスポット状の光束の各々を斜
め上方から結像投影する投影光学系と、 該投影光学系で被検査対象物上の複数の個所に結像投影
された複数の光束によって反射された複数の光束の各々
を結像させてこれら結像された複数の光束像を受光して
複数の信号に変換して検出する検出光学系と、 該検出光学系で検出された複数の検出信号の各々におけ
る基準高さに応じた基準信号に対する移動量または位相
変化量を求めて前記複数個所の表面の高さに応じた情報
を得、該得られた複数個所の表面の高さに応じた情報を
補間(内挿補間および外挿補間も含む。)することによ
って任意の位置における表面の高さに応じた情報を算出
する算出手段とを有することを特徴とする光学的高さ検
出装置。
25. A projection optical system for forming and projecting a plurality of slit-like or spot-like luminous fluxes from a diagonally upper direction onto a plurality of different places close to each other on an object; Detecting each of a plurality of light beams reflected by a plurality of light beams imaged and projected at a plurality of locations, receiving the formed plurality of light beam images, converting them into a plurality of signals, and detecting them An optical system, and a movement amount or a phase change amount with respect to a reference signal corresponding to the reference height in each of the plurality of detection signals detected by the detection optical system is determined, and information corresponding to the surface height at the plurality of locations is obtained. Then, the information corresponding to the surface height at an arbitrary position is calculated by interpolating (including interpolation and extrapolation) the information corresponding to the obtained surface heights at a plurality of locations. Means. Optical height detector.
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