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JPH08148108A - Automatic focus adjustment - Google Patents

Automatic focus adjustment

Info

Publication number
JPH08148108A
JPH08148108A JP6284877A JP28487794A JPH08148108A JP H08148108 A JPH08148108 A JP H08148108A JP 6284877 A JP6284877 A JP 6284877A JP 28487794 A JP28487794 A JP 28487794A JP H08148108 A JPH08148108 A JP H08148108A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
focus
objective lens
current
drive current
evaluation function
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP6284877A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sadaaki Kohama
禎晃 小濱
Bunichi Otani
文一 大谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP6284877A priority Critical patent/JPH08148108A/en
Publication of JPH08148108A publication Critical patent/JPH08148108A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE: To shorten time for determining an in-focus point of an objective lens by setting drive current for an objective lens at an predicted in-focus current and then so setting that an evaluation relation showing an in-focus degree may be maximum by varying the drive current. CONSTITUTION: Drive current for an objective lens is set at a predicted focussing current, so that the focal point position is set at a predicted position. The drive current is varied finely in a region including a predicted focussing current, and it is varied coarsely in region outside it. An image obtained from charged particles arising from a specimen is processed, so that an evaluation function showing the focusing degree is obtained. A current when the evaluation function becomes a maximum, is set a at drive current for an objective lens. This procedure is repeated by an operator watching an image shown on a CRT display until the image becomes most clear.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば走査型電子顕微
鏡等において対物レンズの焦点位置を自動的に調整する
場合に適用して好適な自動焦点調整方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic focus adjusting method suitable for automatically adjusting the focal position of an objective lens in, for example, a scanning electron microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子等の試料の微細構造を観察す
るために使用される走査型電子顕微鏡においては、例え
ば試料を交換した場合、又は試料上で観察視野を切り換
えたような場合に試料の高さが変化すると、得られる画
像が不鮮明になるため、対物レンズの焦点位置を自動的
に試料上に設定するための自動焦点調整機構が設けられ
ている。
2. Description of the Related Art In a scanning electron microscope used for observing a fine structure of a sample such as a semiconductor element, for example, when the sample is exchanged or the observation field of view is switched on the sample, When the height changes, the obtained image becomes unclear, so an automatic focus adjustment mechanism for automatically setting the focus position of the objective lens on the sample is provided.

【0003】従来の自動焦点調整機構における調整方法
の一例では、先ず対物レンズの駆動電流を粗いステップ
量で順次変化させることにより、所定の調整範囲内で例
えば数100μm単位で焦点位置を変えて、それぞれ合
焦度を示す評価量を求め、この評価量が最大となる焦点
位置を求める。次に、このように求められた焦点位置の
近傍で、その評価量が増大する方向により細かい単位で
焦点位置を変えてそれぞれ合焦度を示す評価量を求め、
この評価量が最大となる焦点位置を求める。そして、次
第に焦点位置の変化量の分解能を上げながら、最終的に
例えば10μm程度の分解能で合焦点を検出するという
ものである。
In one example of the conventional adjusting method in the automatic focus adjusting mechanism, first, the driving current of the objective lens is sequentially changed with a coarse step amount to change the focus position within a predetermined adjusting range, for example, in units of several 100 μm. An evaluation amount indicating the degree of focus is obtained, and a focus position where the evaluation amount is maximum is obtained. Next, in the vicinity of the focus position thus obtained, the focus position is changed in finer units in the direction in which the evaluation amount increases, and the evaluation amount indicating the degree of focus is obtained,
The focus position where this evaluation amount is maximum is obtained. Then, while gradually increasing the resolution of the amount of change in the focus position, the in-focus point is finally detected with a resolution of, for example, about 10 μm.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の自
動焦点調整方法では、先ず一定の粗いステップで焦点位
置を変化させて合焦度を示す評価量を得るという粗調整
を行った後、評価量が最大となる焦点位置の近傍で、よ
り細かい一定のステップで焦点位置を変化させて評価量
を得るという微調整を行っていたので、最終的に合焦点
を決定するまでの時間が長くかかるという不都合があっ
た。
As described above, in the conventional automatic focus adjustment method, after performing the rough adjustment in which the focus position is first changed in a certain coarse step to obtain the evaluation amount indicating the degree of focus, In the vicinity of the focus position where the evaluation amount is maximum, the fine adjustment was performed by changing the focus position in finer fixed steps to obtain the evaluation amount, so it takes a long time to finally determine the in-focus point. There was an inconvenience of this.

【0005】本発明は斯かる点に鑑み、合焦点を決定す
るまでの時間が平均的に短縮できる自動焦点調整方法を
提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an automatic focus adjustment method which can shorten the time until the focus is determined on average.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明による第1の自動
焦点調整方法は、例えば図1〜図3に示すように、荷電
粒子線を対物レンズ(4,6)を介して試料(5)に照
射する装置における対物レンズ(4,6)の焦点位置の
調整方法において、対物レンズ(4,6)の駆動電流
(IR+IF)を焦点位置を予想位置に設定するための
予想合焦電流に設定する第1工程(ステップ103)
と、その予想合焦電流を含む第1の領域では密に、この
第1の領域の外側の第2の領域では粗になる間隔で対物
レンズ(4,6)の駆動電流を変化させ、それぞれ試料
(5)から発生する荷電粒子より得られる画像を処理し
て合焦度を示す評価関数を得る第2工程(ステップ10
4〜108)と、対物レンズ(4,5)の駆動電流をそ
の第2工程で得られる評価関数が最大になるときの駆動
電流に設定する第3工程(ステップ114)と、を有
し、次に焦点調整を行う際にその第1工程におけるその
予想位置をそれまでの工程で設定されている焦点位置と
してその第1工程から第3工程までを繰り返すものであ
る。
A first automatic focusing method according to the present invention is, for example, as shown in FIGS. 1 to 3, a charged particle beam is passed through an objective lens (4, 6) through a sample (5). In the method of adjusting the focal position of the objective lens (4, 6) in the device for irradiating the object, the drive current (IR + IF) of the objective lens (4, 6) is set to the expected focusing current for setting the focal position to the expected position. First step (step 103)
And the drive current of the objective lens (4, 6) is changed densely in the first region including the expected focusing current, and in the second region outside the first region at coarse intervals. Second step of processing an image obtained from the charged particles generated from the sample (5) to obtain an evaluation function indicating the degree of focus (step 10)
4 to 108) and a third step (step 114) of setting the drive current of the objective lens (4,5) to the drive current when the evaluation function obtained in the second step becomes maximum, Next, when the focus adjustment is performed, the predicted position in the first step is set as the focus position set in the previous steps, and the first to third steps are repeated.

【0007】この場合、その第2工程の終了後にその評
価関数が最大になるときの駆動電流が、その予想合焦電
流から離れたその第2の領域にあるときには、その評価
関数が最大になるときの駆動電流を含む領域で密に対物
レンズ(4,6)の駆動電流を変化させてそれぞれその
評価関数を得た後(ステップ111〜113)、その第
3工程(ステップ114)に移行することが望ましい。
In this case, when the drive current when the evaluation function becomes maximum after the end of the second step is in the second region away from the predicted focusing current, the evaluation function becomes maximum. The driving currents of the objective lenses (4, 6) are densely changed in the region including the driving current at that time to obtain their evaluation functions (steps 111 to 113), and then the third step (step 114) is performed. Is desirable.

【0008】また、その第2工程の終了後にその評価関
数が対物レンズ(4,6)の駆動電流に対して単調に増
加又は減少しているときに、その第1工程におけるその
予想合焦電流をずらした後(ステップ110)、その第
2工程(ステップ104〜108)を実行することが望
ましい。また、本発明による第2の自動焦点調整方法
は、例えば図1〜図3に示すように、荷電粒子線を対物
レンズ(4)を介して試料(5)に照射する装置におけ
る対物レンズ(4)の焦点位置の調整方法において、対
物レンズ(4)の焦点位置を所定範囲で補正する補正レ
ンズ(6)を使用し、この補正レンズの駆動電流をこの
駆動電流の可変範囲の中点(DF1)に設定し、対物レン
ズ(4)の駆動電流を、対物レンズ(4)及び補正レン
ズ(6)よりなる合成系の焦点位置を予想位置に設定す
るための予想合焦電流(DR1)に設定する第1工程(ス
テップ103)と、その可変範囲の中点を含む第1の領
域(20A)では密に、この第1の領域の外側の第2の
領域(20B)では粗になる間隔で補正レンズ(6)の
駆動電流を変化させ、それぞれ試料(5)から発生する
荷電粒子より得られる画像を処理して合焦度を示す評価
関数f(DF)を得る第2工程(ステップ104〜10
8)と、補正レンズ(6)の駆動電流をその第2工程で
得られる評価関数f(DF)が最大になるときの駆動電
流に設定する第3工程(ステップ114)と、を有し、
次に焦点調整を行う際にその第1工程におけるその予想
位置をそれまでの工程で設定されている焦点位置として
その第1工程から第3工程までを繰り返すものである。
Further, when the evaluation function monotonously increases or decreases with respect to the drive current of the objective lens (4, 6) after the completion of the second step, the expected focusing current in the first step is obtained. After shifting (step 110), it is desirable to execute the second step (steps 104 to 108). Further, the second automatic focusing method according to the present invention is, for example, as shown in FIGS. 1 to 3, an objective lens (4) in an apparatus for irradiating a sample (5) with a charged particle beam through the objective lens (4). In the method of adjusting the focal position of (4), a correction lens (6) for correcting the focal position of the objective lens (4) within a predetermined range is used, and the drive current of the correction lens is set to the midpoint (DF) of the variable range of the drive current. 1 ) to set the drive current of the objective lens (4) to the expected focusing current (DR 1 ) for setting the focus position of the combined system including the objective lens (4) and the correction lens (6) to the expected position. In the first step (step 103) and the first area (20A) including the midpoint of the variable range, the area becomes dense, and the second area (20B) outside the first area becomes coarse. Change the drive current of the correction lens (6) at intervals, Re sample (5) by processing an image obtained from the charged particles generated from the second step of obtaining an evaluation function f indicating the degree of focus (DF) (step 104-10
8) and a third step (step 114) of setting the drive current of the correction lens (6) to the drive current when the evaluation function f (DF) obtained in the second step becomes maximum,
Next, when the focus adjustment is performed, the predicted position in the first step is set as the focus position set in the previous steps, and the first to third steps are repeated.

【0009】[0009]

【作用】斯かる本発明の第1の自動焦点調整方法によれ
ば、対物レンズの駆動電流(焦点調整電流)を所定ステ
ップで変化させて焦点位置を変化させるときの間隔は、
一定間隔ではなく、所定の予想位置(例えば自動焦点調
整指示を受けた段階での焦点位置)を中心として、その
近傍の領域では細かく設定し、その予想位置から離れた
領域では粗く設定するようにしている。従って、合焦点
の存在する確率が高い領域程、密に検索することが可能
になり、合焦点検出の効率を高めることができるように
なる。また、合焦点の存在する確率が高い領域程、合焦
度を示す評価関数をより正確に得ることができるように
なる。これは結果的に、自動焦点調整の高速化と高精度
化とを同時に実現し易くするものである。
According to the first automatic focus adjusting method of the present invention, the interval when the drive current (focus adjusting current) of the objective lens is changed in a predetermined step to change the focus position is:
Instead of a fixed interval, use a predetermined predicted position (for example, the focus position at the stage when the automatic focus adjustment instruction is received) as the center, and set finely in the area near it and coarsely in the area away from the predicted position. ing. Therefore, the higher the probability that the in-focus point exists, the closer the search can be performed, and the efficiency of in-focus point detection can be improved. Further, the evaluation function indicating the degree of focus can be more accurately obtained in a region in which the probability of existence of the focus is higher. As a result, it is easy to simultaneously realize high speed and high accuracy of the automatic focus adjustment.

【0010】また、第2工程の終了後に評価関数が最大
になるときの駆動電流が、予想合焦電流から離れた第2
の領域にあるときには、合焦点の検索は粗く行われてい
る。そこで、より正確に合焦点を求めるには、その評価
関数が最大になるときの駆動電流を含む所定幅の領域で
密に対物レンズ(4,6)の駆動電流を変化させて、焦
点位置の検索間隔を細かくすればよい。合焦点がその予
想位置から離れた領域に存在する確率は低いため、その
ように再び細かく検索する工程を付加しても、合焦点を
検出するまでの時間は平均的に殆ど変わらない。
Further, the drive current when the evaluation function becomes maximum after the end of the second step is the second current which is far from the expected focusing current.
When it is in the area of, the search for the focal point is rough. Therefore, in order to obtain the in-focus point more accurately, the drive currents of the objective lenses (4, 6) are densely changed in a region of a predetermined width including the drive current when the evaluation function becomes maximum, and the focus position is changed. The search interval should be fine. Since it is unlikely that the in-focus point exists in a region away from the expected position, the time until the in-focus point is detected hardly changes on average even if such a step of finely searching again is added.

【0011】また、評価関数のピークが存在しないと
き、即ち評価関数が対物レンズ(4,6)の駆動電流に
対して単調に増加又は減少しているときには、その第1
工程における予想合焦電流をその評価関数が増加する方
向にずらした後、その第2工程を実行することにより、
合焦点を検索できる。次に、本発明の第2の自動焦点調
整方法によれば、対物レンズ(4)の駆動電流(焦点粗
調整電流)の調整は大まかに焦点位置を調整する場合に
行われ、合焦位置を検索するためには焦点位置を微調整
するための補正レンズ(6)の駆動電流(焦点微調整電
流)が調整される。即ち、先ず焦点位置が予想位置にな
るときに、補正レンズ(6)の駆動電流が調整可能範囲
のほぼ中点(DF1)になるように対物レンズ(4)の駆
動電流を定めた後、補正レンズ(6)の駆動電流を異な
るステップ量で変化させて、合焦点の存在確率の高い領
域、即ち予想位置の近傍では細かく焦点位置を変化さ
せ、その予想位置から離れた領域では焦点位置を粗く変
化させる。これにより、平均的に焦点位置を高速に、且
つ高精度に検出できる。更に、補正レンズの駆動電流は
小さいため、高い応答速度で焦点位置を検出できる。
When there is no peak of the evaluation function, that is, when the evaluation function monotonically increases or decreases with respect to the drive current of the objective lens (4, 6), the first
After shifting the expected focusing current in the process in the direction in which the evaluation function increases, by performing the second process,
You can search the focal point. Next, according to the second automatic focus adjustment method of the present invention, the drive current (focus coarse adjustment current) of the objective lens (4) is adjusted roughly when the focus position is adjusted, and the focus position is adjusted. In order to search, the drive current (focus fine adjustment current) of the correction lens (6) for finely adjusting the focus position is adjusted. That is, first, when the focus position reaches the predicted position, the drive current of the objective lens (4) is determined so that the drive current of the correction lens (6) becomes substantially the midpoint (DF 1 ) of the adjustable range, By changing the driving current of the correction lens (6) by different step amounts, the focus position is finely changed in a region where the existence probability of the in-focus point is high, that is, in the vicinity of the predicted position, and the focus position is changed in the region away from the predicted position. Change roughly. Thereby, the focus position can be detected on average at high speed and with high accuracy. Furthermore, since the driving current of the correction lens is small, the focal position can be detected at a high response speed.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明による自動焦点調整方法の一実
施例につき図面を参照して説明する。本実施例は、走査
型電子顕微鏡に備えられた自動焦点調整機構で対物レン
ズの焦点位置を自動的に調整する場合に本発明を適用し
たものである。図2は本実施例の走査型電子顕微鏡の主
要構成部のブロック図であり、この図2において、電子
銃1と試料台16との間に、電子銃1側から順にコンデ
ンサーレンズ3、X方向偏向コイル7、Y方向偏向コイ
ル8、対物レンズ4、及び焦点補正レンズ6が配され、
試料台16上に観察対象とする試料5が載置されてい
る。ここで、図2の電子光学系の光軸に平行にZ軸を取
り、Z軸に垂直な平面内で図2の紙面に平行にX軸を、
図2の紙面に垂直にY軸を取る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the automatic focusing method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, the present invention is applied to the case where the focus position of the objective lens is automatically adjusted by the automatic focus adjustment mechanism provided in the scanning electron microscope. FIG. 2 is a block diagram of the main components of the scanning electron microscope of this embodiment. In FIG. 2, between the electron gun 1 and the sample table 16, the condenser lens 3 and the X direction are arranged in order from the electron gun 1 side. A deflection coil 7, a Y-direction deflection coil 8, an objective lens 4, and a focus correction lens 6 are arranged,
The sample 5 to be observed is placed on the sample table 16. Here, the Z axis is taken parallel to the optical axis of the electron optical system of FIG. 2, and the X axis is parallel to the paper surface of FIG. 2 in a plane perpendicular to the Z axis.
The Y axis is taken perpendicular to the plane of FIG.

【0013】電子銃1から照射される電子ビーム2は、
コンデンサーレンズ3、及び対物レンズ4よりなる2段
電磁収束レンズ系により、試料5の表面に収束される。
この際に、対物レンズ4の焦点調整用の電流を調整する
ことにより、その電子ビーム2の焦点位置(Z方向の収
束位置)が調整される。対物レンズ4の近傍に配置され
た焦点補正レンズ6は、対物レンズ4の焦点調整機能を
補助するために、対物レンズ4の焦点調整範囲より狭い
範囲内で、より高速に焦点調整を行うものである。そこ
で、各レンズの駆動電流を制御するための制御回路14
から対物レンズ4に供給される焦点調整用の電流を焦点
粗調整電流IRと呼び、制御回路14から焦点補正レン
ズ6に供給される焦点調整用の電流を焦点微調整電流I
Fと呼ぶ。
The electron beam 2 emitted from the electron gun 1 is
A two-stage electromagnetic converging lens system including a condenser lens 3 and an objective lens 4 converges on the surface of the sample 5.
At this time, the focus position of the electron beam 2 (converging position in the Z direction) is adjusted by adjusting the focus adjustment current of the objective lens 4. The focus correction lens 6 arranged in the vicinity of the objective lens 4 performs focus adjustment at a higher speed within a narrower range than the focus adjustment range of the objective lens 4 in order to assist the focus adjustment function of the objective lens 4. is there. Therefore, the control circuit 14 for controlling the drive current of each lens
The focus adjustment current supplied from the control lens 14 to the objective lens 4 is called a focus coarse adjustment current IR, and the focus adjustment current supplied from the control circuit 14 to the focus correction lens 6 is a focus fine adjustment current I.
Call F.

【0014】更に、制御回路14からX方向偏向コイル
7、及びY方向偏向コイル8に対してそれぞれX走査駆
動電流IX、及びY走査駆動電流IYが供給され、電子
ビーム2はX方向偏向コイル7、及びY方向偏向コイル
8によって、それぞれ試料5の表面上でX方向、及びY
方向に2次元的に走査される。試料5の表面上に電子ビ
ーム2が照射されることによって、試料5から発生する
2次電子9は、2次電子検出器10によって捕獲されて
電流信号に変換された後、電流/電圧(I/V)変換器
11を介して電圧画像信号となる。I/V変換器11か
ら出力される電圧画像信号は、不図示のアナログ/デジ
タル変換器を介して画像データSとして画像メモリ12
に供給される。画像メモリ12には、制御回路14から
電子ビーム2の試料5上での走査位置(X,Y)を示す
X方向、及びY方向のアドレス(X/Yアドレス)の情
報も供給され、画像メモリ12内のそのX/Yアドレス
で特定されるアドレスに対応する画像データSが格納さ
れる。画像メモリ12から読み出された画像データSは
映像信号に変換されてCRTディスプレイ13に供給さ
れ、CRTディスプレイ13の表示画面に試料5上の観
察視野内の画像(電子顕微鏡画像)が表示される。
Further, an X scanning drive current IX and a Y scanning drive current IY are supplied from the control circuit 14 to the X direction deflection coil 7 and the Y direction deflection coil 8, respectively, so that the electron beam 2 causes the X direction deflection coil 7 to move. , And Y-direction deflection coils 8 on the surface of the sample 5 in the X-direction and Y-direction, respectively.
Direction is two-dimensionally scanned. By irradiating the surface of the sample 5 with the electron beam 2, the secondary electrons 9 generated from the sample 5 are captured by the secondary electron detector 10 and converted into a current signal, and then the current / voltage (I It becomes a voltage image signal via the (/ V) converter 11. The voltage image signal output from the I / V converter 11 is passed through an analog / digital converter (not shown) as the image data S to the image memory 12
Is supplied to. The image memory 12 is also supplied from the control circuit 14 with information on the X-direction address indicating the scanning position (X, Y) of the electron beam 2 on the sample 5 and the Y-direction address (X / Y address). The image data S corresponding to the address specified by the X / Y address in 12 is stored. The image data S read from the image memory 12 is converted into a video signal and supplied to the CRT display 13, and an image (electron microscope image) in the observation visual field on the sample 5 is displayed on the display screen of the CRT display 13. .

【0015】本例では、装置全体の動作を統轄制御する
中央処理装置15が、後述のように合焦度を示す評価関
数を算出する際に、画像メモリ12から必要な画像デー
タSを読み出せるようになっている。また、自動焦点調
整を行う際、及び試料5の観察を行う際等には、中央処
理装置15は制御回路14の動作を制御することによ
り、各レンズの駆動電流を制御する。また、オペレータ
は、キーボード18を介して中央処理装置15に自動焦
点調整の開始コマンド等を送ることができると共に、試
料台制御装置17を介して、試料台16をX方向及びY
方向に動かすことができるようになっている。
In this example, the central processing unit 15 which controls the operation of the entire apparatus can read out the necessary image data S from the image memory 12 when calculating the evaluation function indicating the degree of focus as described later. It is like this. Further, when performing automatic focus adjustment, observation of the sample 5, and the like, the central processing unit 15 controls the operation of the control circuit 14 to control the drive current of each lens. Further, the operator can send an automatic focus adjustment start command or the like to the central processing unit 15 via the keyboard 18, and the sample stage 16 can be moved in the X direction and Y direction via the sample stage controller 17.
It can be moved in any direction.

【0016】上記の如く構成された本例の走査型電子顕
微鏡において、マニュアルで焦点調整を行う場合には、
以下の様なシーケンスに従う。先ず、オペレータはCR
Tディスプレイ13に表示されている電子顕微鏡画像を
観察しながら、中央処理装置15に焦点位置の粗調整、
又は微調整の方向及び調整量を指示するコマンドを与え
る。中央処理装置15は、対物レンズ4の電流設定値D
R、及び焦点補正レンズ6の電流設定値DFを常時それ
ぞれ10ビットのデジタルデータとして記憶保持してお
り、オペレータの指示に応じて、それら電流設定値を補
正する。その後、中央処理装置15は、補正後の電流設
定値DR、及びDFを制御回路14に供給する。制御回
路14は対物レンズ4、及び焦点補正レンズ6に、それ
ぞれ供給された電流設定値DRに対応する焦点粗調整電
流IR、及び電流設定値DFに対応する焦点微調整電流
IFを供給する。これにより、電子ビーム2の焦点位置
がZ方向に所定間隔だけずれる。
In the scanning electron microscope of the present example configured as described above, when manually adjusting the focus,
Follow the sequence below. First, the operator is CR
While observing the electron microscope image displayed on the T display 13, the central processing unit 15 is subjected to coarse adjustment of the focus position,
Alternatively, a command for instructing the direction of fine adjustment and the adjustment amount is given. The central processing unit 15 determines the current setting value D of the objective lens 4.
R and the current setting value DF of the focus correction lens 6 are always stored and held as 10-bit digital data, and these current setting values are corrected according to the instruction of the operator. After that, the central processing unit 15 supplies the corrected current set values DR and DF to the control circuit 14. The control circuit 14 supplies the objective lens 4 and the focus correction lens 6 with a focus coarse adjustment current IR corresponding to the supplied current setting value DR and a focus fine adjustment current IF corresponding to the current setting value DF. As a result, the focal position of the electron beam 2 is shifted in the Z direction by a predetermined distance.

【0017】その後、オペレータは、CRTディスプレ
イ13上に表示される電子顕微鏡画像を見ながら、その
電子顕微鏡画像が最も鮮明になるまで上述の操作を繰り
返す。これにより、焦点位置が合焦点に調整される。次
に、本例の走査型電子顕微鏡において、自動焦点調整を
行う場合の動作の一例につき図1のフローチャートを参
照して説明する。
After that, the operator looks at the electron microscope image displayed on the CRT display 13 and repeats the above operation until the electron microscope image becomes the clearest. As a result, the focus position is adjusted to the in-focus point. Next, in the scanning electron microscope of the present example, an example of the operation when performing automatic focus adjustment will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0018】先ず、図2において試料台16上に観察対
象の試料5が載置され、初期状態では前述のマニュアル
調整により、焦点位置が試料5の表面上に調整されてい
るものとする。この初期状態から、図1のステップ10
1において、オペレータが図2の試料台制御装置17を
介して試料台16を操作することにより、試料5上の観
察視野を別の領域に移動させる。このとき、試料台16
の傾きの影響や、試料5自体の平面度の影響等により、
CRTディスプレイ13上の電子顕微鏡画像に焦点ボケ
が生じた場合、ステップ102においてオペレータは、
中央処理装置15に対して自動焦点調整の指示を与え
る。
First, in FIG. 2, it is assumed that the sample 5 to be observed is placed on the sample table 16 and the focus position is adjusted on the surface of the sample 5 by the manual adjustment described above in the initial state. From this initial state, step 10 of FIG.
1, the operator operates the sample stage 16 via the sample stage controller 17 of FIG. 2 to move the observation field of view on the sample 5 to another region. At this time, the sample table 16
Due to the influence of the inclination of, the flatness of the sample 5 itself, etc.
If the electron microscope image on the CRT display 13 is out of focus, the operator at step 102
An instruction for automatic focus adjustment is given to the central processing unit 15.

【0019】これに応じて、中央処理装置15はステッ
プ103において、図2の対物レンズ4及び焦点補正レ
ンズ6よりなる合成系の焦点位置をマニュアル調整によ
り設定された位置に設定したままの状態で、焦点補正レ
ンズ6の電流設定値DFが可変範囲のほぼ中点のDF1
となるように、対物レンズ4の電流設定値DRの値をD
1 に設定し直す。その電流設定値DR1 の計算の一例
を以下に示す。
In response to this, in step 103, the central processing unit 15 leaves the focus position of the composite system consisting of the objective lens 4 and the focus correction lens 6 of FIG. 2 set at the position set by the manual adjustment. , The current setting value DF of the focus correction lens 6 is DF 1 at approximately the middle point of the variable range.
So that the value of the current setting value DR of the objective lens 4 becomes D
Reset to R 1 . An example of calculation of the current set value DR 1 will be shown below.

【0020】[0020]

【表1】 [Table 1]

【0021】この表1は、本実施例で使用される対物レ
ンズ4及び焦点補正レンズ6の巻線数及び電流の可変範
囲を示し、この表1において、対物レンズ4の巻線数は
2000ターン、焦点補正レンズ6の巻線数は100タ
ーンである。また、対物レンズ4の電流設定値DRは値
が0〜1023(10進数表示)の範囲の10ビットの
2進数(デジタルデータ)であり、その10ビットの電
流設定値DRが、図2の制御回路14により0〜1.0
Aまでの焦点粗調整電流IRに変換される。従って、対
物レンズ4の焦点調整用の磁界を強さを示す電流と巻線
数との積(アンペア・ターン)[Aターン]の最大値は
2000[Aターン]であり、2進数の最小ビット(L
SB)当りのアンペア・ターンの値は1.955[Aタ
ーン/LSB]である。
Table 1 shows the number of windings of the objective lens 4 and the focus correction lens 6 used in this embodiment and the variable range of the current. In Table 1, the number of windings of the objective lens 4 is 2000 turns. The number of windings of the focus correction lens 6 is 100 turns. Further, the current setting value DR of the objective lens 4 is a 10-bit binary number (digital data) in the range of values 0 to 1023 (decimal number display), and the 10-bit current setting value DR is the control of FIG. 0 to 1.0 depending on circuit 14
The focus coarse adjustment current IR up to A is converted. Therefore, the maximum value of the product (ampere turn) [A turn] of the current showing the strength of the magnetic field for focus adjustment of the objective lens 4 and the number of windings is 2000 [A turn], and the minimum bit of the binary number. (L
The value of ampere turn per SB) is 1.955 [A turn / LSB].

【0022】一方、焦点補正レンズ6の電流設定値DF
も値が0〜1023の範囲の10ビットの2進数である
が、その10ビットの電流設定値DFが、図2の制御回
路14により0〜0.2Aまでの焦点微調整電流IFに
変換される。従って、焦点補正レンズ6のアンペア・タ
ーンの最大値は20[Aターン]であり、1LSB当り
のアンペア・ターンの値は0.019[Aターン/LS
B]である。従って、焦点補正レンズ6の磁界の最大値
は、対物レンズ4の磁界の最大値の1%であり、焦点補
正レンズ6による焦点調整範囲は、対物レンズ4の焦点
調整範囲のほぼ1%程度である。また、焦点補正レンズ
6による焦点調整の分解能は、対物レンズ4による焦点
調整の分解能に比べてほぼ1/100程度となってお
り、焦点補正レンズ6を使用することにより、対物レン
ズ4を使用する場合に比べて焦点位置のサーチを狭い範
囲でより細かい分解能で行うことができる。
On the other hand, the current setting value DF of the focus correction lens 6
Is a 10-bit binary number in the range of 0 to 1023, the 10-bit current setting value DF is converted into a focus fine adjustment current IF of 0 to 0.2 A by the control circuit 14 of FIG. It Therefore, the maximum value of the ampere turn of the focus correction lens 6 is 20 [A turn], and the value of ampere turn per LSB is 0.019 [A turn / LS].
B]. Therefore, the maximum value of the magnetic field of the focus correction lens 6 is 1% of the maximum value of the magnetic field of the objective lens 4, and the focus adjustment range by the focus correction lens 6 is about 1% of the focus adjustment range of the objective lens 4. is there. Further, the resolution of the focus adjustment by the focus correction lens 6 is approximately 1/100 of the resolution of the focus adjustment by the objective lens 4, and the objective lens 4 is used by using the focus correction lens 6. Compared with the case, the focus position search can be performed in a narrow range with finer resolution.

【0023】ここで、自動焦点調整を行うという指示の
あった時点で、対物レンズ4の電流設定値DRが71
0、焦点補正レンズ6の電流設定値DFが230であっ
たと仮定すると、その時点でのアンペア・ターンの合計
値ΣATは、次のようになる。
Here, when there is an instruction to perform automatic focus adjustment, the current setting value DR of the objective lens 4 is set to 71.
Assuming that the current setting value DF of the focus correction lens 6 is 0, the total value ΣAT of ampere turns at that time is as follows.

【0024】[0024]

【数1】ΣAT=1.0 ×(710÷1023)×2000+0.2 ×(2
30÷1023)×100 =1392.57 [Aターン] 次に、焦点補正レンズ6の電流設定値DFの可変範囲の
ほぼ中点DF1 を530として、その電流設定値DFを
DF1 に設定し直したときに、対物レンズ4及び焦点補
正レンズ6のアンペア・ターンの合計値が(数1)のΣ
ATとなるときの対物レンズ4の電流設定値DRをDR
1 とすると、次式が成立する。
[Equation 1] ΣAT = 1.0 × (710 ÷ 1023) × 2000 + 0.2 × (2
30 ÷ 1023) × 100 = 1392.57 [A turn] Next, the current setting value DF is reset to DF 1 by setting 530 as substantially the midpoint DF 1 of the variable range of the current setting value DF of the focus correction lens 6. Sometimes, the sum of the ampere turns of the objective lens 4 and the focus correction lens 6 is Σ
DR the current setting value DR of the objective lens 4 when it becomes AT
When set to 1 , the following equation holds.

【0025】[0025]

【数2】1.0 ×(DR1 ÷1023)×2000+0.2 ×(530÷
1023)×100 =1392.57 [Aターン] この式を電流設定値DR1 について解くと、次のように
なる。
[Equation 2] 1.0 × (DR 1 ÷ 1023) × 2000 + 0.2 × (530 ÷
1023) × 100 = 1392.57 [A turn] When this equation is solved for the current setting value DR 1 , it becomes as follows.

【0026】[0026]

【数3】DR1 =707 従って、対物レンズ4の電流設定値DRをDR1(=70
7)、焦点補正レンズ6の電流設定値DFをDF1(=5
30)と設定し直しても、合成系のアンペア・ターンの
値が等しいため、合成系の焦点位置は殆ど変化しない。
[Equation 3] DR 1 = 707 Therefore, the current setting value DR of the objective lens 4 is set to DR 1 (= 70
7), set the current setting value DF of the focus correction lens 6 to DF 1 (= 5
Even if the value is set to 30) again, since the ampere-turn values of the combined system are equal, the focal position of the combined system hardly changes.

【0027】本例では、対物レンズ4よりも焦点補正レ
ンズ6の方が、より高速に且つ高精度に焦点調整ができ
るので、自動焦点調整を実行する際は、焦点補正レンズ
6の電流設定値だけを変化させて焦点調整を行うことが
望ましい。そこで、ステップ103において、上述のよ
うに焦点補正レンズ6の電流設定値DFが可変範囲のほ
ぼ中点となるように対物レンズ4の電流設定値DRを設
定し直しておくことにより、最も効率的に自動焦点調整
を行うことができる。
In this example, the focus correction lens 6 can adjust the focus at a higher speed and with higher accuracy than the objective lens 4, so that the current setting value of the focus correction lens 6 is set when the automatic focus adjustment is performed. It is desirable to adjust the focus by changing only Therefore, in step 103, as described above, the current setting value DR of the objective lens 4 is reset so that the current setting value DF of the focus correction lens 6 is substantially at the midpoint of the variable range. Automatic focus adjustment can be performed.

【0028】図3(a)は対物レンズ4の電流設定値D
Rの可変範囲、図3(b)は焦点補正レンズ6の電流設
定値DFの可変範囲をそれぞれ示し、ステップ103が
実行されると、図3において電流設定値DR及びDFは
それぞれDR1 及びDF1 に設定される。次に、ステッ
プ104において、焦点補正レンズ6の電流設定値DF
を可変範囲である0〜1023内の一端(例えば0)に
設定する。これは図2において電子ビーム2のZ方向で
の収束点(焦点位置)を、合焦点をサーチする範囲の下
限又は上限に設定することを意味する。その次のステッ
プ105において、図2の電子ビーム2を試料5上で所
定の軌跡に沿って走査させて、2次電子検出器10等を
介して画像メモリ12に画像データSを取り込む。その
後、ステップ106において、取り込まれた画像データ
Sを演算処理して合焦度を示す評価関数f(DF)を計
算する。この評価関数f(DF)は、焦点補正レンズ6
の電流設定値DFを変化させる毎に算出される。
FIG. 3A shows a current setting value D of the objective lens 4.
The variable range of R, FIG. 3B shows the variable range of the current setting value DF of the focus correction lens 6, and when step 103 is executed, the current setting values DR and DF are respectively DR 1 and DF in FIG. Set to 1 . Next, at step 104, the current setting value DF of the focus correction lens 6
Is set to one end (for example, 0) within the variable range of 0 to 1023. This means that the convergence point (focus position) of the electron beam 2 in the Z direction in FIG. 2 is set to the lower limit or the upper limit of the range for searching the in-focus point. In the next step 105, the electron beam 2 of FIG. 2 is scanned on the sample 5 along a predetermined locus to capture the image data S into the image memory 12 via the secondary electron detector 10 and the like. Then, in step 106, the captured image data S is subjected to arithmetic processing to calculate an evaluation function f (DF) indicating the degree of focus. This evaluation function f (DF) is calculated by the focus correction lens 6
It is calculated each time the current setting value DF of is changed.

【0029】具体的に、図4は試料5上での電子ビーム
2の走査軌跡を示し、この図4において、電子ビーム
は、X軸に平行な軌跡19A,19B、並びにこれらの
軌跡を反時計方向にそれぞれほぼ30°、60°、及び
120°回転して得られる軌跡19C,19D、19
E,19F、及び19G,19Hに沿って走査される。
そこで、これら8本の軌跡19A〜19Hを1〜8まで
の範囲で変化する整数iで指定し、i番目の軌跡に沿っ
て得られるj番目(j=1,2,3,…,n)の画像デ
ータSをS(i,j)で表す。nは例えば値が512の整数
である。そして、次のように同一の軌跡上で隣接する点
から得られる画像データの差分{S(i,j)−S(i,j-
1)}の絶対値の和を全画像データの個数Nで除算して
得られる値を評価関数f(DF)とする。
Specifically, FIG. 4 shows a scanning locus of the electron beam 2 on the sample 5. In FIG. 4, the electron beam traces loci 19A and 19B parallel to the X axis and these loci. Trajectories 19C, 19D, 19 obtained by rotating the respective directions by approximately 30 °, 60 °, and 120 °
Scan along E, 19F, and 19G, 19H.
Therefore, the eight loci 19A to 19H are designated by an integer i that changes in the range from 1 to 8, and the j-th locus (j = 1, 2, 3, ..., N) obtained along the i-th locus. The image data S of is represented by S (i, j). For example, n is an integer with a value of 512. Then, the difference between the image data obtained from the adjacent points on the same locus {S (i, j) -S (i, j-
The value obtained by dividing the sum of absolute values of 1)} by the number N of all image data is defined as an evaluation function f (DF).

【0030】[0030]

【数4】f(DF)=Σ|S(i,j)−S(i,j-1)|/N この(数4)において、和記号Σは、添字iについて1
〜8までの範囲で、且つ添字jについて2〜nまでの範
囲の和を示す。(数4)で表される評価関数f(DF)
は、焦点位置で最も値が大きくなる関数である。
F (DF) = Σ | S (i, j) -S (i, j-1) | / N In this (Formula 4), the sum symbol Σ is 1 for the subscript i.
8 to 8 and the sum of the range from 2 to n for the subscript j. Evaluation function f (DF) represented by (Equation 4)
Is a function that has the largest value at the focal position.

【0031】次に、図1のステップ107において、電
流設定値DFが図3(b)の可変範囲の他端(=102
3)に達したかどうかを判定し、達していないときには
ステップ108に移行して、焦点補正レンズ6の電流設
定値DFを所定のステップ量だけ変化させて、図2の電
子ビーム2の焦点位置をZ方向に所定の間隔だけ変化さ
せる。この場合、本例では、それまでに設定されていた
焦点位置(それまでの合焦点)の近傍の領域では密な間
隔で焦点位置を変化させると共に、それまでの合焦点か
ら離れる領域程、粗な間隔で焦点位置を変化させる。
Next, at step 107 in FIG. 1, the current setting value DF is the other end (= 102) of the variable range in FIG.
3) is determined, and if not reached, the process proceeds to step 108, the current setting value DF of the focus correction lens 6 is changed by a predetermined step amount, and the focus position of the electron beam 2 in FIG. Is changed in the Z direction by a predetermined distance. In this case, in this example, the focus position is changed at a close interval in the area near the focus position that has been set up to that point (the focus point up to that point), and the coarser the area that is farther from the focus point that has been set so far. The focus position is changed at regular intervals.

【0032】そのためには、電流設定値DFの変化量と
焦点位置のZ方向への変化量とはほぼ比例するものとし
て、電流設定値DFを図3(b)に示すほぼ中点の位置
DF 1 の近傍では密な間隔で変化させて、位置DF1
ら離れた領域では粗な間隔で変化させればよい。具体的
に本例では、図3(b)に示すように、電流設定値DF
の可変範囲を、位置DF1 を含み値が420〜619の
領域20A、この領域20Aの外側で値が220〜41
9と620〜819との領域20B、及びこの領域20
Bの外側で値が0〜219と820〜1023との領域
20Cに分ける。そして、電流設定値DFを中心の領域
20Aでは、ΔDステップで変化させ、その外側の領域
20Bでは2・ΔDステップで変化させ、最も外側の領
域20Cでは4・ΔDステップで変化させる。この場合
のステップ量のΔDは、一例として4LSB(即ち、1
0進表示の4)とする。
For that purpose, the change amount of the current setting value DF and
It is assumed that the amount of change in the focus position in the Z direction is approximately proportional to
The current setting value DF at the position of the approximately midpoint shown in FIG.
DF 1Near the position of the position DF1Or
It may be changed at a coarse interval in a region distant from it. concrete
In this example, as shown in FIG. 3B, the current setting value DF
Variable range of position DF1Including the value of 420 to 619
Area 20A, values 220-41 outside this area 20A
Area 20B of 9 and 620 to 819, and this area 20
Area outside B of values 0-219 and 820-1023
Divide into 20C. Then, the area around the current setting value DF
In 20A, it is changed in ΔD steps and the area outside
In 20B, it is changed in 2.ΔD steps, and the outermost area is changed.
In the area 20C, it is changed in 4 · ΔD steps. in this case
The step amount ΔD is, for example, 4 LSB (ie, 1
Set to 0) in 4).

【0033】これにより、領域20Aで焦点位置がZ方
向に例えばほぼ10μm間隔で変化するものとすると、
領域20Aでは焦点位置はほぼ20μm間隔で変化し、
領域20Cでは焦点位置はほぼ40μm間隔で変化す
る。そのように焦点位置を変化させてはステップ105
に戻って画像データのサンプリングを行って、ステップ
106で評価関数f(DF)の計算を行うという動作を
繰り返す。そして、ステップ107において、電流設定
値DFが可変範囲の他端に達したときには、ステップ1
09に移行して、評価関数f(DF)のピーク位置を求
める。
As a result, assuming that the focal position in the area 20A changes in the Z direction at intervals of, for example, approximately 10 μm,
In the area 20A, the focus position changes at intervals of about 20 μm,
In the area 20C, the focus position changes at intervals of approximately 40 μm. If the focus position is changed as described above, step 105
Then, the operation of sampling the image data and calculating the evaluation function f (DF) in step 106 is repeated. When the current setting value DF reaches the other end of the variable range in step 107, step 1
In step 09, the peak position of the evaluation function f (DF) is obtained.

【0034】図5は、焦点補正レンズ6の電流設定値D
Fを変化させたときに得られる合焦度を示す評価関数f
(DF)の一例を示し、この図5において、評価関数f
(DF)の値がピークとなるときの電流設定値DFの値
DFmax はほぼ440である。即ち、図5ではピークが
あるため、更にステップ111に移行してそのピークが
図3(b)の中心の領域20A内にあるかどうかを調べ
る。図5の場合には、ピークとなる値DFmax は領域2
0A内にあるため、ステップ114に移行して、焦点補
正レンズ6の電流設定値DFをそのピークの値DFmax
に設定する。これにより、自動焦点調整が完了し、図2
において、試料5の表面が合焦点となる。そこで、ステ
ップ115に移行してその試料5の観察を行う。
FIG. 5 shows the current setting value D of the focus correction lens 6.
Evaluation function f showing the degree of focus obtained when F is changed
An example of (DF) is shown in FIG.
The value DF max of the current setting value DF when the value of (DF) reaches a peak is approximately 440. That is, since there is a peak in FIG. 5, the process further moves to step 111, and it is checked whether or not the peak is in the central region 20A of FIG. 3B. In the case of FIG. 5, the peak value DF max is in the region 2
Since it is within 0 A, the process proceeds to step 114, and the current setting value DF of the focus correction lens 6 is set to the peak value DF max.
Set to. With this, the automatic focus adjustment is completed, and FIG.
At, the surface of the sample 5 becomes the focal point. Therefore, the process proceeds to step 115 and the sample 5 is observed.

【0035】次に、ステップ109において、図5の電
流設定値DFの可変範囲内に評価関数f(DF)のピー
クが無いときには、ステップ110に移行して、その評
価関数f(DF)の値が大きくなる方向に、図3(a)
の対物レンズ4の電流設定値DRを所定量だけ変化させ
る。このときの焦点位置の変化量は、焦点補正レンズ6
による焦点位置の可変範囲の幅より僅かに少ない程度と
する。その後、ステップ104に移行して再び合焦点を
サーチする。なお、このようにステップ109で評価関
数f(DF)のピークがない確率は極めて低いため、ス
テップ110が実行される確率も極めて低いものであ
る。但し、ステップ109で評価関数f(DF)にピー
クがないときには、オペレータに対してアラームを発す
るようにしてもよい。
Next, at step 109, when there is no peak of the evaluation function f (DF) within the variable range of the current setting value DF of FIG. 5, the routine proceeds to step 110, where the value of the evaluation function f (DF) is In the direction of increasing
The current setting value DR of the objective lens 4 is changed by a predetermined amount. The amount of change in the focus position at this time is determined by the focus correction lens 6
The width is slightly smaller than the width of the variable range of the focal position due to. After that, the process proceeds to step 104 and the in-focus point is searched again. Since the probability that the evaluation function f (DF) does not have a peak in step 109 is extremely low, the probability that step 110 is executed is also extremely low. However, when the evaluation function f (DF) has no peak in step 109, an alarm may be issued to the operator.

【0036】また、ステップ111において、評価関数
f(DF)のピーク位置が中心の領域20A内に無い場
合には、ステップ112に移行して、試料5の観察で要
求されている電流設定値DFの変化の間隔(要求精度)
が、そのピークが存在する領域(20B又は20C)で
の焦点位置の設定間隔(ステップ精度)以上に粗いかど
うかを調べる。そして、その要求精度がそのステップ精
度より粗いときには、ステップ114に移行して焦点補
正レンズ6の電流設定値DFを、評価関数f(DF)が
ピークとなるときの値DFmax に設定する。
If the peak position of the evaluation function f (DF) is not in the central region 20A in step 111, the process proceeds to step 112 and the current setting value DF required for observing the sample 5 is set. Change interval (accuracy required)
, It is checked whether the peak is rougher than the set interval (step accuracy) of the focal position in the region (20B or 20C) where the peak exists. Then, when the required accuracy is rougher than the step accuracy, the routine proceeds to step 114, where the current setting value DF of the focus correction lens 6 is set to the value DF max at which the evaluation function f (DF) reaches its peak.

【0037】一方、ステップ112において、その要求
精度がそのステップ精度より細かいときには、ステップ
113に移行して、評価関数f(DF)がピークとなる
ときの値DFmax を中心とした所定の幅の領域で、焦点
補正レンズ6の電流設定値DFをその要求精度より細か
いステップ精度で変化させて、それぞれ合焦度を示す評
価関数f(DF)を算出した後、ステップ114に移行
して電流設定値DFをピーク位置に設定する。この場合
は、合焦点を検出するまでの時間が長くなり、動作速度
は遅くなるが、頻度としては少ないので許容できるもの
である。
On the other hand, in step 112, when the required accuracy is smaller than the step accuracy, the routine proceeds to step 113, where a predetermined width centered on the value DF max at which the evaluation function f (DF) reaches a peak. In the area, the current setting value DF of the focus correction lens 6 is changed with a step accuracy smaller than the required accuracy to calculate the evaluation function f (DF) showing the degree of focus, and then the process proceeds to step 114 to set the current. Set the value DF to the peak position. In this case, the time to detect the in-focus point is long and the operation speed is slow, but the frequency is low, so that it is acceptable.

【0038】上述のように本実施例によれば、所定のサ
ーチ範囲内での焦点位置の設定間隔は、一定間隔ではな
く、自動焦点調整指示を受けた段階での焦点位置を中心
に、その近傍の範囲は細かく取り、中心から遠くなる程
粗く取るようにしている。即ち、合焦点の存在する確率
が高い範囲程、焦点位置を密に変化させてサーチしてい
るため、合焦点検出の効率を高めることができると共
に、合焦点の近傍で評価関数f(DF)をより正確に作
成することができる。
As described above, according to the present embodiment, the set intervals of the focus positions within the predetermined search range are not fixed intervals, but the focus positions at the stage when the automatic focus adjustment instruction is received, as the center. The area in the vicinity is finely divided, and the farther from the center, the coarser the area. That is, since the focus position is densely changed and the search is performed in a range in which the in-focus point is higher, the efficiency of in-focus point detection can be improved and the evaluation function f (DF) near the in-focus point. Can be created more accurately.

【0039】なお、上述実施例では、焦点位置を高い応
答速度で微調整するために対物レンズ4の他に焦点補正
レンズ6を設けているが、この焦点補正レンズ6を省い
た場合にも本発明は適用できる。対物レンズ4のみを使
用して合焦を行う場合には、対物レンズ4の焦点調整電
流IRをそれまでの合焦点の近傍で細かいステップで変
化させて、その合焦点から離れた領域では粗いステップ
で変化させればよい。また、但し、対物レンズ4のみを
用いて合焦を行う場合には、表1において対物レンズ4
の電流設定値DRの範囲を10ビットより広くすること
が望ましい。また、対物レンズ4のみを使用する場合と
は、図2において対物レンズ4と焦点補正レンズ6とを
まとめて1つの対物レンズとみなす場合と等価でもあ
る。
In the above-described embodiment, the focus correction lens 6 is provided in addition to the objective lens 4 in order to finely adjust the focus position at a high response speed. The invention is applicable. When focusing is performed using only the objective lens 4, the focus adjustment current IR of the objective lens 4 is changed in fine steps in the vicinity of the focus point so far, and in a coarse step in a region away from the focus point. You can change it with. However, when focusing is performed using only the objective lens 4, the objective lens 4 in Table 1 is used.
It is desirable that the range of the current set value DR of is wider than 10 bits. Further, the case of using only the objective lens 4 is also equivalent to the case of collectively considering the objective lens 4 and the focus correction lens 6 in FIG. 2 as one objective lens.

【0040】また、本発明は走査型電子顕微鏡のみなら
ず、例えば線幅測定機等のように荷電粒子線を対物レン
ズを介して試料上で収束させる装置全般に適用できるも
のである。このように、本発明は上述実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得る。
Further, the present invention can be applied not only to a scanning electron microscope but also to all devices for converging a charged particle beam on a sample via an objective lens, such as a line width measuring instrument. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明の第1の自動焦点調整方法によれ
ば、合焦点の予想位置の近傍では密に、その予想値から
離れた領域では粗に焦点位置を変化させて合焦点を求め
ているため、合焦点を決定するまでの時間が平均的に短
縮できる利点がある。この場合、第2工程の終了後に評
価関数が最大になるときの駆動電流が、予想合焦電流か
ら離れた第2の領域にあるときには、その評価関数が最
大になるときの駆動電流を含む領域で密に対物レンズの
駆動電流を変化させてそれぞれその評価関数を得た後、
第3工程に移行する場合には、合焦点が予想位置から大
きく離れている場合でも、高精度に合焦点を検出できる
利点がある。
According to the first automatic focus adjustment method of the present invention, the focus position is obtained by changing the focus position densely in the vicinity of the predicted position of the focus point and roughly in the region away from the predicted value. Therefore, there is an advantage that the time to determine the focus point can be shortened on average. In this case, when the drive current when the evaluation function becomes maximum after the end of the second step is in the second region away from the expected focus current, the region including the drive current when the evaluation function becomes maximum After densely changing the drive current of the objective lens with each to obtain its evaluation function,
In the case of shifting to the third step, there is an advantage that the in-focus point can be detected with high accuracy even if the in-focus point is far away from the expected position.

【0042】また、第2工程の終了後にその評価関数が
対物レンズの駆動電流に対して単調に増加又は減少して
いるときに、第1工程における予想合焦電流をずらして
その第2工程を実行する場合には、最初の合焦点のサー
チ範囲内に合焦点が入っていないときでも、正確に合焦
点を検出できる利点がある。更に、本発明の第2の自動
焦点調整方法によれば、補正レンズの駆動電流を変化さ
せることにより、合焦点の予想位置の近傍では密に、そ
の予想値から離れた領域では粗に焦点位置を変化させて
合焦点を求めているため、合焦点を決定するまでの時間
が平均的に短縮できる利点がある。更に、補正レンズの
駆動電流を制御する方式であるため、焦点調整の応答速
度が速い利点がある。
When the evaluation function monotonously increases or decreases with respect to the driving current of the objective lens after the completion of the second step, the expected focusing current in the first step is shifted to perform the second step. When executed, there is an advantage that the in-focus point can be accurately detected even when the in-focus point is not within the search range of the first in-focus point. Furthermore, according to the second automatic focus adjustment method of the present invention, by changing the drive current of the correction lens, the focus position is densely near the predicted position of the in-focus point and roughly in the area away from the predicted value. Since the in-focus point is obtained by changing, there is an advantage that the time until the in-focus point is determined can be shortened on average. Further, since it is a method of controlling the drive current of the correction lens, there is an advantage that the response speed of focus adjustment is fast.

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

【図1】本発明による自動焦点調整方法の一実施例を示
すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of an automatic focus adjustment method according to the present invention.

【図2】実施例で使用される走査型電子顕微鏡を示す構
成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a scanning electron microscope used in Examples.

【図3】図2の対物レンズ4用の電流設定値DR、及び
焦点補正レンズ6用の電流設定値DFの可変範囲を示す
図である。
3 is a diagram showing a variable range of a current setting value DR for the objective lens 4 and a current setting value DF for the focus correction lens 6 of FIG.

【図4】合焦度の評価関数を求めるための試料上での電
子ビームの走査軌跡の一例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a scanning trajectory of an electron beam on a sample for obtaining an evaluation function of a focus degree.

【図5】焦点補正レンズ6の電流設定値DFを変えた場
合の評価関数f(DF)の変化の一例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of changes in the evaluation function f (DF) when the current setting value DF of the focus correction lens 6 is changed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電子銃 2 電子ビーム 3 コンデンサーレンズ 4 対物レンズ 5 試料 6 焦点補正レンズ 7 X方向偏向コイル 8 Y方向偏向コイル 9 2次電子 10 2次電子検出器 11 電流/電圧変換器 12 画像メモリ 13 CRTディスプレイ 14 制御回路 15 中央処理装置 16 試料台 17 試料台制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron gun 2 Electron beam 3 Condenser lens 4 Objective lens 5 Sample 6 Focus correction lens 7 X direction deflection coil 8 Y direction deflection coil 9 Secondary electron 10 Secondary electron detector 11 Current / voltage converter 12 Image memory 13 CRT display 14 control circuit 15 central processing unit 16 sample stage 17 sample stage control unit

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 荷電粒子線を対物レンズを介して試料に
照射する装置における前記対物レンズの焦点位置の調整
方法において、 前記対物レンズの駆動電流を焦点位置を予想位置に設定
するための予想合焦電流に設定する第1工程と;前記予
想合焦電流を含む第1の領域では密に、該第1の領域の
外側の第2の領域では粗になる間隔で前記対物レンズの
駆動電流を変化させ、それぞれ前記試料から発生する荷
電粒子より得られる画像を処理して合焦度を示す評価関
数を得る第2工程と;前記対物レンズの駆動電流を前記
第2工程で得られる評価関数が最大になるときの駆動電
流に設定する第3工程と;を有し、 次に焦点調整を行う際に前記第1工程における前記予想
位置をそれまでの工程で設定されている焦点位置として
前記第1工程から第3工程までを繰り返すことを特徴と
する自動焦点調整方法。
1. A method of adjusting a focal position of an objective lens in an apparatus for irradiating a sample with a charged particle beam through an objective lens, comprising: a predictive value for setting a drive current of the objective lens to a predicted position. A first step of setting a pyroelectric current; a drive current of the objective lens is densely arranged in a first area including the expected focus current and coarsely arranged in a second area outside the first area. A second step of changing and processing an image obtained from charged particles respectively generated from the sample to obtain an evaluation function indicating the degree of focus; and a drive current of the objective lens is an evaluation function obtained in the second step. And a third step of setting the drive current at the time of maximum, and the next time the focus adjustment is performed, the predicted position in the first step is set as the focus position set in the previous steps. 1st process to 3rd Automatic focusing method characterized by repeated up degree.
【請求項2】 荷電粒子線を対物レンズを介して試料に
照射する装置における前記対物レンズの焦点位置の調整
方法において、 前記対物レンズの焦点位置を所定範囲で補正する補正レ
ンズを使用し、 前記補正レンズの駆動電流を該駆動電流の可変範囲の中
点に設定し、前記対物レンズの駆動電流を、前記対物レ
ンズ及び前記補正レンズよりなる合成系の焦点位置を予
想位置に設定するための予想合焦電流に設定する第1工
程と;前記可変範囲の中点を含む第1の領域では密に、
該第1の領域の外側の第2の領域では粗になる間隔で前
記補正レンズの駆動電流を変化させ、それぞれ前記試料
から発生する荷電粒子より得られる画像を処理して合焦
度を示す評価関数を得る第2工程と;前記補正レンズの
駆動電流を前記第2工程で得られる評価関数が最大にな
るときの駆動電流に設定する第3工程と;を有し、 次に焦点調整を行う際に前記第1工程における前記予想
位置をそれまでの工程で設定されている焦点位置として
前記第1工程から第3工程までを繰り返すことを特徴と
する自動焦点調整方法。
2. A method of adjusting a focal position of the objective lens in an apparatus for irradiating a sample with a charged particle beam through an objective lens, wherein a correcting lens for correcting the focal position of the objective lens within a predetermined range is used, Prediction for setting the drive current of the correction lens to the midpoint of the variable range of the drive current and setting the drive current of the objective lens to the expected position of the focus position of the composite system including the objective lens and the correction lens A first step of setting a focusing current; densely in a first region including the midpoint of the variable range,
In the second region outside the first region, the drive current of the correction lens is changed at a coarse interval, and an image obtained from the charged particles generated from the sample is processed to evaluate the degree of focus. A second step of obtaining a function; and a third step of setting the drive current of the correction lens to the drive current when the evaluation function obtained in the second step is maximum; At this time, the automatic focus adjustment method is characterized in that the predicted position in the first step is used as the focus position set in the previous steps and the first to third steps are repeated.
【請求項3】 前記第2工程の終了後に前記評価関数が
最大になるときの駆動電流が、前記予想合焦電流から離
れた前記第2の領域にあるときには、前記評価関数が最
大になるときの駆動電流を含む領域で密に前記対物レン
ズの駆動電流を変化させてそれぞれ前記評価関数を得た
後、前記第3工程に移行することを特徴とする請求項1
記載の自動焦点調整方法。
3. When the drive current when the evaluation function becomes maximum after the end of the second step is in the second region away from the expected focusing current, when the evaluation function becomes maximum 2. The driving current of the objective lens is densely changed in a region including the driving current of 1 to obtain the evaluation function, and then the process proceeds to the third step.
The described automatic focus adjustment method.
【請求項4】 前記第2工程の終了後に前記評価関数が
前記対物レンズの駆動電流に対して単調に増加又は減少
しているときに、前記第1工程における前記予想合焦電
流をずらして前記第2工程を実行することを特徴とする
請求項1記載の自動焦点調整方法。
4. When the evaluation function monotonously increases or decreases with respect to the drive current of the objective lens after the end of the second step, the expected focusing current in the first step is shifted to change the estimated focus current. The automatic focus adjusting method according to claim 1, wherein the second step is executed.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010016007A (en) * 2009-10-22 2010-01-21 Hitachi High-Technologies Corp Charged particle beam adjustment method, and charged particle beam device
WO2016182202A1 (en) * 2015-05-14 2016-11-17 주식회사 지니틱스 Method for controlling lens actuation for quick auto-focusing and apparatus for same
JP2020187980A (en) * 2019-05-17 2020-11-19 株式会社日立製作所 Inspection device
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