【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子線やイオンビ
ームなどの荷電粒子線を用いる観察の機能をもつ電子線
式検査または測定または加工装置およびその方法、光学
的高さ検出装置並びに電子線式描画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 electron beam type inspection / measurement / processing apparatus having an observation function using a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam and a method therefor, an optical height detection apparatus, and an electron beam. The present invention relates to a drawing apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】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った。このような課題を解
決するために、従来技術１（特開平５−２５８７０３号
公報）において、検査開始前に予め試料内の数点におい
てその試料面高さに最適な対物レンズの制御電流を測定
しておき、検査時にこれらのデータを補間して各点の焦
点調節を行う方法が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, focusing with an electron microscope is performed by adjusting a control current of an objective lens while observing an electron beam image. Scanning, and the damage to the sample may be a problem. In order to solve such a problem, in prior art 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-258703), before starting the inspection, a control current of an objective lens optimal for the sample surface height is measured at several points in the sample in advance. In addition, a method of interpolating these data at the time of inspection and performing focus adjustment of each point is known.
【０００３】この方法は、各測定点ごとに対物レンズ制
御電流を変化させて得られるＳＥＭ像を画像処理し、最
も先鋭度の高い画像の得られる対物レンズ制御電流を記
録するもので、検査前の最適制御電流の測定に多くの時
間を要し、また、長時間の電子線照射のため試料にダメ
ージを与えるおそれを有するものである。また、ウェハ
の保持方法によっては試料面の高さが検査中に変化する
可能性があるという問題点がある。また、試料の高さを
検出する装置としての従来技術としては、特開昭５８−
１６８９０６号公報、および特開昭６１ー７４３３８号
公報が知られている。In this method, an SEM image obtained by changing an objective lens control current at each measurement point is image-processed, and an objective lens control current that provides an image with the highest sharpness is recorded. It takes a lot of time to measure the optimum control current, and there is a risk of damaging the sample due to long-time electron beam irradiation. Further, there is a problem that the height of the sample surface may change during the inspection depending on the method of holding the wafer. Further, as a prior art as an apparatus for detecting the height of a sample, Japanese Patent Application Laid-Open No.
168906 and JP-A-61-74338 are known.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、電子線装置において、像歪みのない鮮明なＳＥＭ画
像を検出して、ＵＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体ウエハ
等のような被検査対象物上に形成された極微細なパター
ンの欠陥検査や寸法測定を高精度で、且つ高信頼度で実
行しようとする点について、充分考慮されていなかっ
た。In the above prior art, in an electron beam apparatus, a clear SEM image without image distortion is detected and placed on an object to be inspected such as a semiconductor wafer such as ULSI or VLSI. Attempts to perform defect inspection and dimensional measurement of the formed extremely fine pattern with high accuracy and high reliability have not been sufficiently considered.
【０００５】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
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、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、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
した電子線式描画装置、収束イオンビーム加工装置を提
供することにある。[0005] An object of the present invention is to solve the above problems.
The quality of an electron beam image (SEM image) is improved by reducing image distortion due to the deflection and aberration of the electron optical system and a decrease in resolution due to defocus, and the electron beam image (SEM image)
It is an object of the present invention to provide an electron beam type inspection or measurement apparatus and method capable of performing an inspection or a length measurement based on the method 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 measurement apparatus and method for obtaining an image (SEM image), improving inspection performance and stability thereof, and shortening the inspection time. Another object of the present invention is to provide an electron beam type drawing apparatus and a focused ion beam processing apparatus capable of exposing and processing an extremely fine pattern with high resolution without image distortion.
【０００６】[0006]
【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上から発生
する二次電子線像を検出する電子線像検出光学系と、被
検査対象物上に格子状の光束を被検査対象物の斜め上方
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検査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検査
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
手段とを有することを特徴とする電子線式検査または測
定装置である。In order 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. An electron lens having an objective lens for focusing and irradiating the object on the object to be inspected, and a secondary beam 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 detection optical system for detecting an electron beam image, a projection optical system for projecting a lattice-like light beam onto the object to be inspected from obliquely above the object to be inspected, and a grid-like image projected by the projection optical system A detection optical system that forms a grid-like light beam reflected on the surface of the inspection object by the light beam and detects the position of the optical image, and an optical image composed of the grid-like light beam detected by the detection optical system In the area on the inspection object based on the position change of An optical height detecting device configured to optically detect the height of the surface to be inspected, and the electro-optical device based on the height of the surface on the inspection object detected by the optical height detecting device. Focus control means for controlling an electric current or a voltage applied to an objective lens of the system to focus an electron beam on an object to be inspected in a focused state, and a secondary electron beam detected by the electron beam image detecting optical system An electron beam inspection or measurement apparatus comprising: an image processing unit that inspects or measures a pattern formed on an inspection target based on an image.
【０００７】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
象物上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偏向し、
集束して照射される被検査対象物上の領域における表面
の高さを光学的に検出する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
像処理手段とを有する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 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. And the electron beam is deflected by the electron optical system,
An optical height detecting device for optically detecting the height of the surface in an area on the inspected object to be focused and irradiated, and a surface on the inspected object detected by the optical height detecting device Focus control means for controlling a current or a voltage applied to an objective lens of the electron optical system based on the height of the electron beam to focus the electron beam on an object to be inspected in a focused state, and the optical height detection An image distortion including a magnification error of an electron beam image generated based on the focus control by correcting a deflection amount of a deflection element of the electron optical system based on a height of a surface on an inspection object detected by an apparatus. Deflection control means for calibrating the pattern, and image processing means 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. An electron beam inspection or measurement device characterized by .
【０００８】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
象物上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偏向し、
集束して照射される被検査対象物上の領域における表面
の高さを光学的に検出する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検査対象物上の表面の
高さから、該被検査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タラメータに基づ
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有する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 an 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 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. And the electron beam is deflected by the electron optical system,
An optical height detecting device for optically detecting the height of the surface in an area on the inspected object to be focused and irradiated, and a surface on the inspected object detected by the optical height detecting device A focus control current or a focus control voltage based on a calibration parameter between the height of the surface on the inspection object and the focus control current or the focus control voltage, and the calculated focus control current Alternatively, focus control means for controlling the focus control voltage to be applied to the objective lens of the electron optical system to focus the electron beam on the inspection object in a focused state, and the electron beam image detection optical system detects the focus. An electron beam inspection or measurement apparatus comprising: an image processing unit that inspects or measures a pattern formed on an inspection object based on a secondary electron beam image.
【０００９】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有す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上から発生する二
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
域において焦点制御遅れをシフトさせた個所における表
面の高さを光学的に検出する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検査対象物上の焦点
制御遅れをシフトさせた個所における表面の高さから、
該被検査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タ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
画像処理手段とを有する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, in the above-mentioned electron beam type inspection or measuring apparatus, furthermore, the electron optical system may be further provided based on a height of a surface on the inspection object detected by the optical height detecting apparatus. A deflection control unit that corrects an amount of deflection to the deflection element and corrects image distortion including a magnification error of the electron beam image generated based on the focus control. 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. An electron optical system having 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. An optical height detecting device for optically detecting a surface height at a position where a focus control delay is shifted in a region on an inspection object irradiated with an electron beam by an electron optical system, and the optical height From the height of the surface at the position where the focus control delay on the inspected object detected by the detection device is shifted,
A focus control current or a focus control voltage is calculated based on a calibration parameter between the height of the surface on the inspection object and the focus control current or the focus control voltage, and the calculated focus control current or the focus control voltage is calculated. Focus control means for controlling the electron beam to be applied to the objective lens of the electron optical system so as 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. And an image processing means for inspecting or measuring a pattern formed on the object to be inspected on the basis of the above.
【００１０】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検
出された被検査対象物上の焦点制御遅れをシフトさせた
個所における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
手段を有す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上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
位置ずれ補正分シフトさせた個所における表面の高さを
光学的に検出する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検査対象物上の位置ずれ補正分
シフトさせた個所における表面の高さから、該被検査対
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
との間の校正パタ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
段とを有する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, in the above-mentioned electron beam type inspection or measuring apparatus, the height of the surface at the position where the focus control delay on the inspected object detected by the optical height detecting apparatus is shifted. And a deflection control unit for correcting an image distortion including a magnification error of the electron beam image generated based on the focus control by correcting a deflection amount to the deflection element of the electron optical system based on the deviation. 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. An electron optical system having: an electron beam image detecting 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. An optical height detection device for optically detecting the height of the surface at a position shifted by the amount of misalignment correction in a region on the inspection object irradiated with the electron beam by the electron optical system, and the optical height Calibration between the height of the surface on the object to be inspected and the focus control current or the focus control voltage based on the surface height at a position shifted by the correction of the positional deviation on the object to be inspected detected by the detection device. Focus control current based on parameter Is a focus for calculating a focus control voltage and controlling the calculated focus control current or focus control voltage to be applied to the objective lens of the electron optical system to focus the electron beam on the inspected object in a focused state. 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. An electron beam inspection or measurement device.
【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、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位置ずれ補正分シフトさせた
個所における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
手段を有することを特徴とする。また、本発明は、前記
電子線式検査または測定装置における光学的高さ検出装
置は、被検査対象物上に直線状または格子状の光束を被
検査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光束によって被検査対象物の表面
において反射した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
光学像の位置変化に基づいて被検査対象物の表面の高さ
を検出するように構成したことを特徴とする。また、本
発明は、前記電子線式検査または測定装置における光学
的高さ検出装置は、被検査対象物上に直線状または格子
状の光束を被検査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光束によって被検査
対象物の表面において反射した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前記電子光学系の
光軸に対して対称に複数備え、該各々の検出光学系で検
出する光学像の位置変化を合成し、該合成された光学像
の位置変化に基づいて被検査対象物の表面の高さを検出
するように構成したことを特徴とする。The present invention also provides the electron beam inspection or measurement apparatus, further comprising: a height of a surface at a position shifted by an amount corresponding to a position shift correction 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 electron beam image generated based on the focus control by correcting a deflection amount to the deflection element of the electron optical system based on the deviation. Further, according to the present invention, the optical height detecting device in the electron beam type inspection or measuring device is a projection optical system for projecting a linear or lattice light beam onto the inspection object from obliquely above the inspection object. And a detection optical system that forms a light beam reflected on the surface of the inspection object by the light beam projected by the projection optical system and detects the position of the optical image, and the detection optical system detects the position of the optical image. It is characterized in that the height of the surface of the inspection object is detected based on a change in the position of the image. Further, according to the present invention, the optical height detecting device in the electron beam type inspection or measuring device is a projection optical system for projecting a linear or lattice light beam onto the inspection object from obliquely above the inspection object. And a detection optical system that forms a light beam reflected on the surface of the inspection object by the light beam projected by the projection optical system and detects the position of the optical image with respect to the optical axis of the electron optical system. Symmetrically provided, combining the changes in the position of the optical image detected by each of the detection optical systems, and detecting the height of the surface of the inspection object based on the change in the position of the combined optical image. It is characterized by having done.
【００１２】また、本発明は、前記電子線式検査または
測定装置の光学的高さ検出装置における投影光学系で投
影される光束として、白色光を用いることを特徴とす
る。また、本発明は、前記電子線式検査または測定装置
の光学的高さ検出装置における投影光学系で投影される
光束として、Ｓ偏光を用い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上から発生する
二次電子線像を検出する電子線像検出光学系と、被検査
対象物上に格子状の光束を被検査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
の光束によって被検査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検査対象
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
置で検出された被検査対象物上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有することを特
徴とする電子線式検査または測定装置である。Further, the present invention is characterized in that white light is used as a light beam projected by a projection optical system in the optical height detecting device of the electron beam type inspection or measuring device. Further, the present invention is characterized in that S-polarized light is used as a light beam projected by a projection optical system in the optical height detection device of the electron beam inspection or measurement device. Also,
The present invention has 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 optical system, an electron beam image detecting optical system for detecting a secondary electron beam image generated from the inspection object by an electron beam deflected by the electron optical system, focused and irradiated, and an inspection object A projection optical system for projecting a lattice-like light beam onto an object from obliquely above the object to be inspected, and a lattice-like light beam reflected on the surface of the object to be inspected by the lattice-like light beam projected by the projection optical system. A detection optical system for detecting the position of the optical image by imaging the surface of the surface of the object to be inspected based on a change in the position of the optical image composed of a lattice light beam detected by the detection optical system Optical configured to detect height optically A height of a focus position by the electron optical system and a table on which the object to be inspected is placed based on the height of the surface on the object to be inspected detected by the optical height detecting device. Focus control means for controlling the relative position in the vertical direction to focus the electron beam on the object to be inspected in a focused state, and inspecting based on the secondary electron beam image detected by the electron beam image detecting optical system. An electron beam type inspection or measurement apparatus, comprising: an image processing means for inspecting or measuring a pattern formed on an object.
【００１３】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、光学的高さ検出装置により電子
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、格子状の光束からなる光学像の位置変化に基づい
て光学的に検出して該検出された被検査対象物上の表面
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、この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前記被検査対象物上
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, and the height of the surface in the region on the object to be inspected, which is irradiated with the electron beam by the optical height detecting device, is set to a grid shape. Based on the change in the position of the optical image composed of the luminous flux, and controls the current flowing through the objective lens of the electron optical system or the voltage to be applied based on the detected surface height on the inspection object. The electron beam emitted from the electron beam source is deflected by the deflecting element of the electron optical system to be focused on the object to be inspected in a focused state. A secondary electron beam image generated from the object to be inspected by the line is detected by an electron beam image detecting optical system, and a pattern formed on the object to be inspected based on the detected secondary electron beam image is detected. Inspect or measure A child beam inspection or measurement methods.
【００１４】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、光学的高さ検出装置により電子
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
さを光学的に検出して該検出された被検査対象物上の表
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ると共に前記電子光学系の
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し、この補
正偏向して合焦点状態で集束して照射された電子線によ
って前記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。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、光学的高さ検出装置
により電子線が照射される被検査対象物上の領域におけ
る表面の高さを光学的に検出して該検出された被検査対
象物上の表面の高さから、該被検査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タ
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、
この偏向して合焦点状態で集束して照射された電子線に
よって前記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。According to the present invention, the object to be inspected is moved at least in a predetermined direction, and the height of the surface in the region on the object to be inspected irradiated with the electron beam by the optical height detecting device is optically measured. An electron beam emitted from an electron beam source is controlled by controlling a current or a voltage to be applied to an objective lens of the electron optical system based on the detected height of the surface on the inspection object. Deflecting by the deflecting element to focus on the object to be inspected in a focused state, and correcting the deflection amount of the electron optical system to the deflecting element to include a magnification error of the electron beam image generated based on the focus control. The image distortion is calibrated, and a secondary electron beam image generated from the inspection object by the corrected and deflected focused and focused electron beam irradiated by the irradiated electron beam is detected by an electron beam image detection optical system. Based on the detected secondary electron beam image An electron beam inspection or measurement method and performing inspection or measurement of a pattern formed on a test object. Further, the present invention is to move the object to be inspected at least in a predetermined direction, and optically detect the surface height in a region on the object to be inspected which is irradiated with the electron beam by the optical height detecting device. From the detected surface height on the inspection object, a focus control current or a focus control voltage based on a calibration parameter between the surface height on the inspection object and the focus control current or the focus control voltage. Is calculated, and the calculated focus control current or focus control voltage is controlled so as to be applied to the objective lens of the electron optical system to deflect the electron beam emitted from the electron beam source by the deflection element of the electron optical system. Focus on the inspected object 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 irradiated by being deflected and focused in a focused state, and the detected secondary electron beam is detected. An electron beam inspection or measurement method characterized by inspecting or measuring a pattern formed on an object to be inspected based on an image.
【００１５】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、更に、前記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電子
線像の倍率誤差を含む像歪を校正することを特徴とす
る。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、光学的高さ検出装置により電子線が照射
される被検査対象物上の領域における表面の高さを光学
的に検出して該検出された被検査対象物上の焦点制御遅
れをシフトさせた個所における表面の高さから、該被検
査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タ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、この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前記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。The present invention also provides the electron beam type inspection or measurement method, further comprising: determining a deflection amount of the electron optical system to the deflection element based on the detected height of the surface on the inspection object. The image distortion including a magnification error of the electron beam image generated based on the focus control is corrected. Further, the present invention is to move the object to be inspected at least in a predetermined direction, optically detect the height of the surface in the region on the object to be inspected irradiated with an electron beam by an optical height detection device From the detected surface height at the position where the focus control delay on the inspection object is shifted, a calibration parameter between the surface height on the inspection object 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, so that an electron beam emitted from an electron beam source is converted to an electron beam. Deflected by the deflecting element of the optical system and focused on the object to be inspected in a focused state. Electron beam image An electron beam inspection or measurement method, wherein the inspection is performed by a sagittal image detection optical system, and an inspection or measurement of a pattern formed on an inspection object is performed based on the detected secondary electron beam image. It is.
【００１６】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、光学的高さ検出装置により電子
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
さを光学的に検出して該検出された被検査対象物上の位
置ずれ補正分シフトさせた個所における表面の高さか
ら、該被検査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タ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、この偏向して合焦点状
態で集束して照射された電子線によって前記被検査対象
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, and the height of the surface in the region on the object to be inspected which is irradiated with the electron beam by the optical height detecting device is optically measured. From the height of the surface at a position shifted by the detected and detected misregistration correction on the object to be inspected, the difference between the height of the surface on the object to be inspected and the focus control current or the focus control voltage is calculated. The focus control current or the focus control voltage is calculated based on the calibration parameter, and the calculated focus control current or the focus control voltage is controlled so as to be applied to the objective lens of the electron optical system. The 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. Two An electron beam type wherein an electron beam image is detected by an electron beam image detecting optical system, and inspection or measurement of a pattern formed on an inspection object is performed based on the detected secondary electron beam image. Inspection or measurement method.
【００１７】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、光学的高さ検出装置により電子
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、格子状の光束からなる光学像の位置変化に基づい
て光学的に検出して該検出された被検査対象物上の表面
の高さに基づいて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、この偏向して合焦点状態で集束して照射された
電子線によって前記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。また、本発明は、対
象物上に直線状または格子状の光束を対象物の斜め上方
から投影する投影光学系と、該投影光学系で投影された
光束によって対象物の表面において反射した光束を結像
させてその光学像の位置を検出する検出光学系とを所定
の光軸に対して対称に複数備え、該各々の検出光学系で
検出する光学像の位置変化を合成し、該合成された光学
像の位置変化に基づいて対象物の表面の高さを検出する
ように構成した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、前記光学的高さ検出装置におい
て、光学像の位置変化を検出するための検出器として１
次元または２次元のイメージセンサを用いることを特徴
とする。また、本発明は、前記光学的高さ検出装置にお
いて、光学像の位置変化を検出するための検出器とし
て、投影パターンと同様の透過パターンをもったマスク
を振動させ、その背後にフォトダイオード等の光電検出
器を置き、位置変化を同期検波によって検出することを
特徴とする。また、本発明は、 前記光学的高さ検出装
置において、対象物に投影する光束の形状として複数の
長方形状のパターンを繰り返し並べたものを用いること
を特徴とする。また、本発明は、前記光学的高さ検出装
置において、対象物上に投影する光束として、白色光を
用いることを特徴とする。また、本発明は、前記光学的
高さ検出装置において、対象物上に６０度以上の角度で
光束を投影することを特徴とする。また、本発明は、前
記光学的高さ検出装置において、対象物上に投影する光
束として、Ｓ偏光を用いることを特徴とする。また、本
発明は、前記光学的高さ検出装置において、高さ検出手
段を２式もち、対象物上に被測定位置より立てた法線に
対して、該２式の高さ検出手段が対称に配置されるよう
に構成され、該２式の高さ検出手段による高さ検出値を
結合することにより、対象物の高さ変化、傾き変化、或
いは、対象物の表面状態にかかわらず、常に対象物上の
同一の観察位置の高さを正確に検出することを特徴とす
る。また、本発明は、 前記光学的高さ検出装置におい
て、複数のパターンの像のうち高さ測定に用いるパター
ンを１個或いは複数個選択し、これらのパターンを用い
て高さ測定を行うことにより、対象物上での高さ測定位
置を選択できることを特徴とする。また、本発明は、
前記光学的高さ検出装置において、複数の長方形状のパ
ターンを並べた像を用いて、対象物の高さのみならず傾
きを検出し、この情報を用いて対象物上での高さ測定位
置、あるいは、対象物の傾きに起因する検出誤差のうち
少なくとも一方を補正することを特徴とする。また、本
発明は、前記光学的高さ検出装置において、複数の長方
形状のパターンを並べた像を用いて、対象物の断面上の
高さ分布を検出しすることを特徴とする。また、本発明
は、前記光学的高さ検出装置において、複数の長方形状
のパターンを並べた像を、２次元イメージセンサあるい
は複数の１次元イメージセンサを並列に配置したものを
用いて検出し、処理することにより対象物の２次元表面
の高さ分布を検出しすることを特徴とする。Further, according to the present invention, the object to be inspected is moved at least in a predetermined direction, and the height of the surface in the region on the object to be inspected, which is irradiated with the electron beam by the optical height detecting device, is changed to a grid-like shape. Optically detecting the position of the optical image based on the change in the position of the optical image, and placing the focal position by the electron optical system and the object to be inspected based on the detected height of the surface on the object to be inspected. The electron beam emitted from the electron beam source is controlled by controlling the relative position in the height direction with respect to the table to be deflected by the deflecting element of the electron optical system to be focused on the inspection object in a focused state, and this deflection is performed. A secondary electron beam image generated from the object to be inspected by the electron beam focused and irradiated in a focused state is detected by an electron beam image detecting optical system, and based on the detected secondary electron beam image. Inspection of patterns formed on inspected objects Others are electron beam inspection or measurement method and performing measurements. Further, the present invention provides a projection optical system that projects a linear or lattice-like light beam onto an object from obliquely above the object, and a light beam reflected on the surface of the object by the light beam projected by the projection optical system. A plurality of detection optical systems for forming an image and detecting the position of the optical image are provided symmetrically with respect to a predetermined optical axis, and the position change of the optical image detected by each of the detection optical systems is combined, and the combined An optical height detecting device configured to detect the height of the surface of the target object based on a change in the position of the optical image. Further, the present invention provides the optical height detecting device, wherein the detector for detecting a change in the position of the optical image includes one or more detectors.
A two-dimensional or two-dimensional image sensor is used. Further, the present invention provides the optical height detecting device, wherein a detector having a transmission pattern similar to a projection pattern is vibrated as a detector for detecting a change in the position of an optical image, and a photodiode or the like is provided behind the mask. And a position change is detected by synchronous detection. Further, the present invention is characterized in that in the optical height detecting device, a light beam to be projected on a target object is formed by repeatedly arranging a plurality of rectangular patterns as a shape. Further, the present invention is characterized in that, in the optical height detecting device, white light is used as a light beam projected onto the object. Further, the present invention is characterized in that in the optical height detecting device, a light beam is projected onto the object at an angle of 60 degrees or more. Further, the present invention is characterized in that, in the optical height detecting device, S-polarized light is used as a light beam projected onto the object. Further, according to the present invention, in the optical height detecting device, two sets of height detecting means are provided, and the two sets of height detecting means are symmetrical with respect to a normal line on the object from the position to be measured. And by combining the height detection values obtained by the two types of height detection means, regardless of the height change, inclination change, or surface condition of the object, It is characterized in that the height of the same observation position on the object is accurately detected. Further, the present invention provides the optical height detecting device, wherein one or a plurality of patterns used for height measurement are selected from among the images of the plurality of patterns, and the height is measured using these patterns. The height measurement position on the object can be selected. Also, the present invention
In the optical height detection device, using an image in which a plurality of rectangular patterns are arranged, not only the height of the object but also the inclination is detected, and a height measurement position on the object using this information. Alternatively, at least one of a detection error caused by the inclination of the object is corrected. Further, the present invention is characterized in that in the optical height detecting device, a height distribution on a cross section of the object is detected using an image in which a plurality of rectangular patterns are arranged. Further, the present invention provides the optical height detecting device, wherein an image in which a plurality of rectangular patterns are arranged is detected by using a two-dimensional image sensor or a plurality of one-dimensional image sensors arranged in parallel, The processing is characterized in that the height distribution of the two-dimensional surface of the object is detected.
【００１８】また、本発明は、電子源から発せられた電
子を焦点に集束する電子光学系と、被検査物を保持し平
面内を移動可能なステージにより前記被検査物上の任意
の位置を前記電子光学系により観察する手段と、光学的
な方法で電子光学系の観察領域における被検査物表面の
高さを連続的に検出する手段と、その高さ検出結果を用
いて常に電子線像の焦点位置と被検査物の相対位置を維
持する手段を有し、その結果得られる焦点のあった電子
線像を処理して欠陥を検出することにより自動検査を可
能とすることを特徴とする電子線式自動検査装置であ
る。また、本発明は、電子源から発せられた電子を焦点
に集束する電子光学系と、被検査物を保持し平面内を移
動可能なステージにより前記被検査物上の任意の位置を
前記電子光学系により観察する手段と、光学的な方法で
電子光学系の観察領域における被検査物表面の高さを連
続的に検出する手段と、その高さ検出結果を用いて常に
電子線像の焦点位置と被検査物の相対位置を維持する手
段を有し、その結果得られる焦点のあった電子線像を処
理して欠陥を検出することを特徴とする電子線式自動検
査方法である。また、本発明は、前記電子線式自動検査
装置において、高さ検出手段を２式もち、対象物上の電
子光学系による観察位置より立てた法線に対して、該２
式の高さ検出手段が対称に配置されるように構成され、
該２式の高さ検出手段による高さ検出値を合成すること
により、対象物の高さ変化、傾き変化、或いは、対象物
の表面状態にかかわらず、常に対象物上の電子光学系に
よる観察位置の高さを正確に検出し、その高さ検出結果
を用いて常に電子線像の焦点位置と被検査物の相対位置
を維持する手段を有し、その結果得られる焦点のあった
電子線像を処理して欠陥を検出することにより自動検査
を可能とすることを特徴とする。また、本発明は、前記
電子線式自動検査装置において、複数の長方形状のパタ
ーンの像のうち高さ測定に用いるスリットを１個或いは
複数個選択し、これらのスリットを用いて高さ測定を行
うことにより、対象物上での高さ測定位置を選択し、こ
れによってステージ走査と高さ検出器の検出時間遅れ、
或いは、光学系の調整誤差に起因する測定位置ずれを補
正することを特徴とする。また、本発明は、前記電子線
式自動検査装置において、複数の長方形状のパターンを
並べた像を用いて、対象物の高さのみならず傾きを検出
し、この情報を用いて対象物上での高さ測定位置、ある
いは、対象物の傾きに起因する検出誤差のうち少なくと
も一方を補正することを特徴とする。また、本発明は、
前記電子線式自動検査装置において、複数の長方形状の
パターンを並べた像を用いて、対象物の断面上の高さ分
布を検出し、この情報を用いて、対象物の任意の領域に
焦点を合わせることを特徴とする。また、本発明は、前
記電子線式自動検査装置において、複数の長方形状のパ
ターンを並べた像を、２次元イメージセンサあるいは複
数の１次元イメージセンサを並列に配置したものを用い
て検出し、処理することにより対象物の２次元表面の高
さ分布を検出し、この情報を用いて、電子線の焦点を合
わせることを特徴とする。また、本発明は、前記電子線
式自動検査装置において、電子光学系の構成により、該
電子光学系の対物レンズあるいは静電レンズあるいはコ
ンデンサレンズあるいは偏向系のうちの一つあるいは複
数の手段の組み合わせにより、電子線の焦点位置をステ
ージの走査に対して十分な速さで制御する機能を有し、
光学式高さ検出装置により得られる被検査物表面高さを
用いて、被検査物表面と電子線の焦点位置の相対位置が
一定に保たれた状態で電子線像を得られることを特徴と
する。また、本発明は、前記電子線式自動検査装置にお
いて、電子光学系の構成により、該電子光学系の対物レ
ンズあるいは静電レンズあるいはコンデンサレンズある
いは偏向系のうちの一つあるいは複数の手段の組み合わ
せにより、電子線の焦点位置を電子線の走査に対して十
分な速さで制御する機能を有し、光学式高さ検出装置に
より得られる被検査物表面形状分布を用いて、被検査物
表面形状と電子線の焦点位置の軌道との相対位置が一定
に保たれた状態で電子線像を得られることを特徴とす
る。また、本発明は、前記電子線式自動検査装置におい
て、十分な速さで被検査物表面の高さを微調整可能なＺ
ステージを有し、光学式高さ検出装置により得られる被
検査物表面高さを用いて、被検査物表面と電子線の焦点
位置の相対位置が一定に保たれた電子線像を常に得られ
ることを特徴とする。Further, the present invention provides an electron optical system for focusing electrons emitted from an electron source at a focal point, and a stage which holds the inspection object and is movable in a plane so that an arbitrary position on the inspection object can be determined. Means for observing by the electron optical system, means for continuously detecting the height of the surface of the inspection object in the observation region of the electron optical system by an optical method, and an electron beam image always using the height detection result Means for maintaining the relative position between the focal position of the object and the object to be inspected, and enabling automatic inspection by processing the resulting focused electron beam image and detecting defects. It is an electron beam type automatic inspection device. The present invention also provides an electron optical system that focuses electrons emitted from an electron source at a focal point, and a stage that holds an object to be inspected and that can move in a plane to move any position on the object to be inspected. Means for observing by the system, means for continuously detecting the height of the surface of the inspection object in the observation area of the electron optical system by an optical method, and the focal position of the electron beam image always using the height detection result And a means for maintaining the relative position of the object and the object to be inspected, and processing the resulting focused electron beam image to detect defects. Also, the present invention provides the electron beam type automatic inspection apparatus, wherein the height detection means has two sets, and the height detection means is provided for the normal set from the observation position by the electron optical system on the object.
The height detecting means of the formula is configured to be arranged symmetrically,
By combining the height detection values of the two types of height detection means, the observation by the electron optical system on the object is always performed irrespective of the height change, inclination change, or surface condition of the object. It has means for accurately detecting the height of the position and always maintaining the focus position of the electron beam image and the relative position of the inspection object by using the height detection result, and the resulting focused electron beam It is characterized in that automatic inspection is enabled by processing images and detecting defects. Further, the present invention provides the electron beam type automatic inspection apparatus, wherein one or a plurality of slits used for height measurement are selected from a plurality of rectangular pattern images, and height measurement is performed using these slits. By doing so, the height measurement position on the object is selected, thereby delaying the stage scanning and the detection time of the height detector,
Alternatively, it is characterized in that a measurement position shift caused by an adjustment error of the optical system is corrected. Further, according to the present invention, in the electron beam automatic inspection apparatus, not only the height but also the inclination of the object is detected using an image in which a plurality of rectangular patterns are arranged, and the information is detected on the object using this information. And at least one of a height measurement position and a detection error caused by the inclination of the object is corrected. Also, the present invention
In the electron beam type automatic inspection apparatus, a height distribution on a cross section of an object is detected using an image in which a plurality of rectangular patterns are arranged, and using this information, a focus is focused on an arbitrary region of the object. It is characterized by matching. Further, the present invention, in the electron beam type automatic inspection device, detects an image in which a plurality of rectangular patterns are arranged using a two-dimensional image sensor or one in which a plurality of one-dimensional image sensors are arranged in parallel, The process is characterized in that the height distribution of the two-dimensional surface of the object is detected, and this information is used to focus the electron beam. Further, according to the present invention, in the electron beam type automatic inspection device, a combination of one or a plurality of means of an objective lens, an electrostatic lens, a condenser lens, or a deflection system of the electron optical system by the configuration of the electron optical system. With the function of controlling the focal position of the electron beam at a sufficient speed for the scanning of the stage,
An electron beam image can be obtained with the relative position between the surface of the inspection object and the focal position of the electron beam kept constant using the inspection object surface height obtained by the optical height detection device. I do. Further, according to the present invention, in the electron beam type automatic inspection device, a combination of one or a plurality of means of an objective lens, an electrostatic lens, a condenser lens, or a deflection system of the electron optical system by the configuration of the electron optical system. Has a function of controlling the focal position of the electron beam at a sufficient speed with respect to the scanning of the electron beam, and uses the surface shape distribution of the object to be inspected obtained by the optical height detecting device to determine the surface of the object to be inspected. An electron beam image can be obtained in a state where the relative position between the shape and the trajectory of the focal position of the electron beam is kept constant. Further, according to the present invention, there is provided the electron beam type automatic inspection apparatus, wherein the height of the surface of the inspection object can be finely adjusted at a sufficient speed.
An electron beam image with a stage and the relative position between the surface of the inspection object and the focal position of the electron beam is always obtained using the surface height of the inspection object obtained by the optical height detection device. It is characterized by the following.
【００１９】また、本発明は、荷電粒子線の照射に対し
て安定な材質で構成され、その表面に荷電粒子光学系で
観察可能なパターンを有し、少なくとも２カ所以上の点
においてその高さの差が明確である段差あるいは傾斜を
有することを特徴とする校正用標準パターンである。ま
た、本発明は、被検査物を保持するステージ上に固定さ
れた前記標準パターンを用いることを特徴とする高さ検
出装置および荷電粒子光学系の校正方法である。また、
本発明は、被検査物の移動用ステージ上に固定された前
記標準パターンを用いて高さ検出装置および電子光学系
の校正を行うことを特徴とした電子線式自動検査装置で
ある。また、本発明は、試料面高さの変動に応じて、実
時間での電子線の偏向量変更が可能な電子光学系を有
し、電子線の焦点調節と同時に対象物表面の高さ変動に
ともなう倍率を補正する機能を有することを特徴とする
電子線式自動検査装置である。また、本発明は、前記高
さ検出装置の荷電粒子光学系を用いた装置（電子線式測
長装置、走査型電子顕微鏡、電子ビーム露光装置、収束
イオンビーム加工装置）への適用を特徴とする。Also, the present invention is characterized by comprising a material which is stable against irradiation of charged particle beams, has a pattern on its surface which can be observed by a charged particle optical system, and has a height of at least two points. Is a standard pattern for calibration, characterized by having a step or an inclination with a clear difference between the two. Further, the present invention is a height detecting apparatus and a method of calibrating a charged particle optical system, wherein the standard pattern fixed on a stage holding an inspection object is used. Also,
The present invention is an electron beam type automatic inspection apparatus characterized in that a height detection apparatus and an electron optical system are calibrated using the standard pattern fixed on a stage for moving an inspection object. Further, the present invention has an electron optical system capable of changing the deflection amount of the electron beam in real time according to the change in the height of the sample surface. An electron beam type automatic inspection apparatus characterized by having a function of correcting a magnification accompanying the inspection. Further, the present invention is characterized in that the present invention is applied to an apparatus using a charged particle optical system of the height detection apparatus (electron beam length measuring apparatus, scanning electron microscope, electron beam exposure apparatus, focused ion beam processing apparatus). I do.
【００２０】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。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.
【００２１】[0021]
【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.
【００２２】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。なお、ここで言う二次電子とはＳＥＭ画像が得ら
れるのが目的であるので、反射電子と呼ばれることのあ
る二次電子よりエネルギーの高い電子も含むことは言う
までもない。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. Note that the secondary electrons mentioned here are intended to obtain an SEM image, and therefore, needless to say, include electrons having higher energy than secondary electrons which may be called reflected electrons.
【００２３】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、後述する第
２の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を中心に対称的に設置される。各高
さ検出光学装置２００ａの照明光学系は、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とハーフミラー２０５と投影／
検出レンズ２２０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、投影／検出レン
ズ２２０と該投影／検出レンズ２２０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２
１４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. A height detecting device 200 including a height detecting optical device 200a and a height calculating means 200b is configured in substantially the same manner as in a second embodiment described later, and is arranged with respect to the sample 106 around the optical axis 110 of the electron beam. Installed symmetrically. The illumination optical system of each height detection optical device 200a includes a light source 201, a condenser lens 202, a mask 203 having a multi-slit pattern, a half mirror 205,
And a detection lens 220. The detection optical system of each height detection optical device 200a enlarges the projection / detection lens 220 and the intermediate multi-slit image formed by the projection / detection lens 220 to obtain a line image sensor 2a.
The imaging lens 14 includes a magnifying lens 264, a mirror 206, a cylindrical lens (cylindrical lens) 213, and a line image sensor 214.
【００２４】そして、対称的に設置された各高さ検出光
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２１７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。即ち、高さ検出光学装置２００ａによって、左右
の対称な方向からマルチスリット状のパターン投影、検
出を行い、高さ計算手段２００ｂによって、両者の検出
値を平均して常に一定の点１１０の高さを得る構成であ
るので、高さ検出光学装置２００ａは左右に１対存在さ
せる必要がある。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を照明する。
この光のうち、ハーフミラー２０５で反射されたもの
が、投影／検出レンズ２２０によって試料１０６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、反対側の投影／検出レンズ２２０を通ってハ
ーフミラー２０５を通過した光が拡大レンズ２６４の前
に結像される。この中間像は拡大レンズ２６４によって
ラインイメージセンサ２１４上に結像される。このとき
光束のうちハーフミラー２０５を通過した分がラインイ
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２１
３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２００ｂ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マルチ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から試
料の高さを算出し、これら算出された試料の高さを平均
して試料上の電子線の光軸１１０における高さを求め
る。即ち、高さ計算手段２００ｂは、左右それぞれのマ
ルチスリット像のシフト量から試料１０６の高さを算出
する。ここで、左右の検出系２００ａそれぞれに対して
求めた高さ検出値を用いて両者の平均を求め、最終的な
点１１０における高さ検出値とする。高さを検出したい
位置１１０は上方観察系の光軸となる。The illumination optical system of each of the height detecting optical devices 200a symmetrically installed is used to irradiate the electron beam as described above to detect the SEM image. Is projected, and this specular reflection image is formed by the detection optical system of each height detection optical device 200a and detected as a multi-slit image. That is, the height detecting optical device 200a performs projection and detection of a multi-slit pattern from left and right symmetrical directions, and the height calculation means 200b averages the detected values of the two to always obtain the height of the fixed point 110. Therefore, the height detecting optical device 200a needs to be provided in a pair on the left and right. First, the light emitted from the light source 201 is condensed by the condenser lens 202 so that a light source image is formed on the pupil of the projection / detection lens. This light further illuminates the mask 203 on which the multi-slit pattern is drawn.
Of this light, the light reflected by the half mirror 205 is projected onto the sample 106 by the projection / detection lens 220. The multi-slit pattern projected on the sample is specularly reflected, and the light passing through the half mirror 205 through the opposite projection / detection lens 220 is imaged before the magnifying lens 264. This intermediate image is formed on the line image sensor 214 by the magnifying lens 264. At this time, the portion of the light beam that has passed through the half mirror 205 is imaged on the line image sensor 214. In this embodiment, the cylindrical lens 21 is provided before the line image sensor 214.
3, the longitudinal direction of the slit is compressed and narrowed down on the line image sensor 214. Assuming that the magnification of the detection optical system is m, when the height of the sample changes by z, the multi-slit image is shifted entirely by 2 mz · sin θ.
Utilizing this, the height calculation means 200b calculates the shift amount of the multi-slit image from the signal of the multi-slit image detected from the detection optical system of each height detection optical device 200a, and calculates the calculated multi-slit image shift amount. The height of the sample is calculated from the shift amount of the image, and the calculated height of the sample is averaged to determine the height of the electron beam on the sample at the optical axis 110. That is, the height calculating means 200b calculates the height of the sample 106 from the shift amounts of the left and right multi-slit images. Here, using the detected height values obtained for each of the left and right detection systems 200a, an average of the two is calculated, and the result is used as the final detected height value at the point 110. The position 110 where the height is to be detected is the optical axis of the upper observation system.
【００２５】なお、上記高さ検出光学装置２００ａとし
ては、図１５に示す第２の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１０に示す第１の実施例、
または図１６に示す第３の実施例、または図２５、図２
６、図２７、図３０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。
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１０３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、１０３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１
９０によって像回転を補正する必要はない。Although the height detecting optical device 200a has been described in the case where it is constructed in substantially the same manner as the second embodiment shown in FIG. 15, the first embodiment shown in FIG.
Or the third embodiment shown in FIG. 16, or FIGS. 25 and 2
It is clear that the optical systems of the embodiments shown in FIGS. 6, 27 and 30 may be used. The focus control device 109
Height data 190 obtained by height calculating means 200b
The electromagnetic lens or electrostatic lens 103 is driven and controlled based on the above, and the electron beam is focused on the surface of the sample 106.
The deflection signal generator 108 generates a deflection signal 141 to the deflecting element 102. At this time, the deflection signal generator 108 compensates for image magnification fluctuation due to the height fluctuation of the surface of the sample 106 and image rotation due to the control of the electromagnetic lens 103. Then, the deflection signal 141 is corrected based on the height data 190 obtained by the height calculating means 200b. Note that if an electrostatic lens is used instead of the electromagnetic lens as 103, image rotation associated with focus control does not occur, so that it is not necessary to correct the image rotation based on the height data 190. Also, 103
If a configuration is made by combining an electromagnetic lens and an electrostatic lens, and the main convergence function is given to the electromagnetic lens, and the focal position is adjusted by the electrostatic lens, the height data 1
There is no need to correct the image rotation with 90.
【００２６】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。全体制御装置１
２０は、電子線装置（ＳＥＭ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２００ｂ、焦点制御装置１０９、およ
び偏向信号発生装置１０８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。Further, instead of directly controlling the focal position of the electromagnetic lens or the electrostatic lens 103 by the focus control device 109 using the stage 105 as an XYZ stage, the height of the stage 105 may be controlled. Overall control device 1
20 controls the entire electron beam device (SEM device),
The processing result processed by the image processing unit 124 is displayed on the display unit 143 or stored in the storage unit 142 together with the coordinate data on the sample. Also, the overall control device 120
Controls the height calculation means 200b, the focus control device 109, and the deflection signal generation device 108, and realizes high-speed autofocus control in the electron beam device 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.
【００２７】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１０
１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１０６との間に設けたグリッ
ド１１８と、被検査対象物１０６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１２４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）１００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）１
０８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１０
５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１０４で検出しＡ／Ｄ変換
器１２２に入力し焦点の合ったＳＥＭ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１
０５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。ここで強調すべきことは、ステージ移動
とビーム走査と高さ検出とその高さ検出の値によ
る焦点制御、偏向倍率補正を同時に行うことが、常にフ
ォーカスや倍率等の合った高精度な画像を、ステージを
スキャンしながら連続的に高速に得るために重要であ
る。これによって高速、高感度のＳＥＭ像による外観検
査が実現することができる。そして、画像処理回路１２
４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。FIG. 3 shows the configuration of an embodiment of a visual inspection apparatus using SEM images. That is, the appearance inspection apparatus using the SEM image is provided with an electron beam source 10 for generating an electron beam.
1, a beam deflector 102 for scanning a beam to form an image, an objective lens 103 for forming an electron beam on an inspection object 106 composed of a wafer or the like, an objective lens 103 and an inspection object A grid 118 provided between the inspection target 106, a stage 105 for holding and scanning or positioning the inspection target 106, and a secondary detector for detecting secondary electrons generated from the inspection target 106. Electronic detector 104, height detecting optical device 200a, and focal position control device 109 for adjusting the focal position of objective lens 103.
And source potential adjusting means 121 for controlling the voltage of the electron beam source
, A deflection control device (deflection signal generation device) 108 for controlling the beam deflector 102 to realize beam scanning, and a grid potential adjusting means 127 for controlling the potential of the grid 118.
And a sample stage potential adjusting means 125 for adjusting the potential of the sample stage.
An A / D converter 122 for A / D converting a signal from the secondary electron detector 104, an image processing circuit 124 for processing an A / D converted digital image, and an image memory 123 for this purpose. A stage control means 126 for controlling the stage 105;
And a vacuum sample chamber (vacuum container) 100.
The height detection value 190 of the height detection sensor 200 is determined by the focal position controller 109 and the deflection controller (deflection signal generator) 1.
08 is always fed back. Inspection target 106
When inspecting the stage 10, the overall control unit 120 issues an instruction to the stage controller 126 to
5 is continuously moved. At the same time, the overall control unit 120
A command is issued 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 unit 109 drives the electromagnetic lens or the electrostatic lens 103 in accordance with the height detection value 190 obtained from the calculation unit 250, and corrects the focused height of the electron beam. At this time, secondary electrons generated from the sample 106 are detected by the secondary electron detector 104 and input to the A / D converter 122 to continuously obtain a focused SEM image. As described above, in the case of the appearance inspection based on the SEM image, since it is necessary to capture a two-dimensional SEM image over a certain wide area, the beam deflector 102 is driven by driving the beam deflector 102 while continuously moving the stage 105. It is necessary to scan the line in a direction substantially orthogonal to the moving direction of the stage 105 and detect a two-dimensional secondary electron image signal by 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. After that, while continuously moving the stage 105 in the X direction, the beam deflector 102 is driven so that the electron beam is
The secondary electron detector 104 needs to scan in the Y direction which is substantially perpendicular to the direction of movement of the image 05 to detect a two-dimensional secondary electron image signal. What should be emphasized here is that simultaneous movement of the stage, beam scanning, height detection, focus control based on the height detection value, and deflection magnification correction simultaneously produce a high-precision image with the correct focus and magnification. It is important to obtain high speed continuously while scanning the stage. As a result, a high-speed, high-sensitivity visual inspection using an SEM image can be realized. Then, the image processing circuit 12
4 can realize the 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.
【００２８】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。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.
【００２９】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。
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
いて欠陥を判定する。If the repetitive patterns of the object 106 to be inspected (chips or cells in the case of a semiconductor wafer, for example) are strictly equal and if the same detected image can be obtained, the images are compared. In this case, only the defect is mismatched, so that the defect can be recognized.
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. Discrepancies due to the inspected object include exposure, development,
This is due to a subtle difference between repetitive patterns generated during a wafer manufacturing process such as 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 gradation value of (x, y) is g1 (x,
y), a threshold value (permissible value) at the time of determining a defect by comparing with a comparative image (second two-dimensional image) is determined for each pixel in consideration of a pattern displacement, a difference in gradation value, and the like. And a defect is determined based on a threshold value (allowable value) set for each pixel.
【００３０】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.
【００３１】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１０６
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いて、電子線
１１２を細く絞るための対物レンズ３３（１０３）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１
００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 length monitor 107 for position monitoring, 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. The substrate height measuring device 200 to be inspected is
Inspection target 106 placed on stages 31 and 32
Is to measure the height. Then, the focal length of the objective lens 33 (103) for narrowing down the electron beam 112 is dynamically corrected based on the measurement data measured by the substrate height measuring device 200 to be inspected, so that the focal point is always focused on the inspection region. It is configured to be able to irradiate the electron beam in a state where it is present. In FIG. 7, the height measuring device 200 is the inspection room 1
Although it is installed inside the inspection room 100, it may be installed outside the inspection room 100 to project light into the inspection room 100 through a glass window or the like.
【００３２】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１
２０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１
２０’に送り、補正制御回路１２０’によりこの回転ず
れ量に基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１０
６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５
０に表示して観察し、この観察された光学画像に基いて
検査領域の座標を入力手段を用いて全体制御部１２０に
入力することによって、検査領域を全体制御部１２０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１００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 target 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 1
20 can correct this rotation deviation amount by, for example, rotating a rotary stage. The overall control unit 120 determines the amount of rotation deviation by using the correction control circuit 1
20 ', 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 amount of the rotation deviation, whereby the rotation deviation can be corrected. In addition, the optical microscope section 118
6, an optical image of a circuit pattern formed on the semiconductor wafer 3, for example, is detected.
0 is displayed and observed, and the coordinates of the inspection area are input to the overall control unit 120 using the input means based on the observed optical image, thereby setting the inspection area for the overall control unit 120. Can also. 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. Note that the optical microscope unit 118
Although it is inside the inspection room 100 in FIG. 7, it may be arranged outside the inspection room 100 and an optical image of the semiconductor wafer 1 may be detected through a glass window or the like.
【００３３】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.
【００３４】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 unit 140 will be described with reference to FIGS. 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.
【００３５】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８
３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１
４７）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１２
０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１０２４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５００
０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 a detection signal 76 having undergone dark level correction.
Is a Faraday cup (not shown) for detecting the beam current at a correction cycle (for example, 100 kHz line unit).
And is normalized by the beam current 77 monitored in step (1). Since there is no rapid fluctuation in the fluctuation of the electron source, a beam current detected one to several lines before may be used. The shading correction in the shading correction circuit 74 is shown in FIG.
As shown in the figure, the detection signal 78 corrected for the fluctuation of the electron source
In contrast, the light amount fluctuation due to the beam scanning position 79 obtained from the overall control unit 120 is corrected. That is, the shading correction is performed based on the reference brightness data 8 detected in advance.
3 is corrected (normalized) for each pixel.
The shading correction reference data 83 is detected in advance, and the detected image data is temporarily stored in an image memory (for example, 1).
47), and stores the stored image data in a computer or the overall control unit 12 provided in the overall control unit 120.
0 to the host computer connected to the network,
It is created by processing with software in a computer provided in the general control unit 120 or a higher-level computer connected to the general control unit 120 via a network. The shading correction reference data 83 is calculated and held in advance by a host computer connected to the overall control unit 120 via a network, downloaded at the start of an inspection, and the downloaded data is sent to the CPU in the shading correction circuit 74 by the CPU. You may be able to take in. For the full field width, the shading correction circuit 74 has two correction memories of the number of pixels (for example, 1024 pixels) of the width of the normal electron beam, and the time outside the inspection area (the next one from the end of one field inspection to the next one). This is dealt with by switching the memory to (time until the start of the visual field inspection). As the correction data, the number of pixels having the maximum width of the electron beam (for example, 500
0 pixels) and the CPU may rewrite each correction memory by the end of the next one visual field inspection.
【００３６】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。シフトレジスタ等で構成される遅延回路４１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４
１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５０に表
示され、観察することが可能である。As described above, the digital image data (gradation image data) 71 obtained from the electric conversion means (light receiving element) 25 is subjected to dark level correction (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 fluctuation 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. The delay circuit 41 composed of a shift register or the like
The pre-processing circuit 40 delays the digital image signal (gradation image signal) 82 whose image quality has been improved by a predetermined time, and obtains the delay time from the overall control unit 120. D1) In the case of moving time, the delayed signal g0 and the undelayed signal f0
Is an image signal 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 undelayed signal f0 are adjacent to each other. An image signal is obtained at the same location of a matching memory cell, and the above-described cell comparison inspection is performed. Thus, 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 information obtained from the overall control unit 120. As described above,
Digital image signals (gradation image signals) f0 and g0 to be compared are extracted from the image extracting unit 120. Less than,
f0 is called a detected image, and g0 is called a comparison 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 stores the delay circuit 4
1 may be configured, and the second image storage unit 47 is not necessarily required. Further, in the pre-processing circuit 40 and in the second
The electron beam image captured in the image storage unit 47 or the optical image detected by the optical microscope unit 118 is displayed on the monitor 50 and can be observed.
【００３７】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。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.
【００３８】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。 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。In the pixel-by-pixel positioning unit 42, the displacement of the comparison image g0 (x, y) with respect to the detection image f0 (x, y) is set to be between 0 and 1 pixel.
For example, the position of the comparison image is shifted so that the position where the "matching degree" between f0 (x, y) and g0 (x, y) becomes maximum is between 0 and 1 pixel. As a result, for example, as shown in FIG. 3, the detected image f0 (x, y) and the comparison image g0 (x, y) are aligned in a unit 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”. max | f0−g0 |, ΣΣ | f0−g0 |, ΣΣ (f0−g0)2 (Equation 1) max | f0−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.
【００３９】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−ｇ
0|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。 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。The processing content changes depending on which of the above-mentioned formulas (1) is adopted, but here ΣΣ | f0-g
The case where 0 | is adopted is shown. Comparison image g0 (x, y)
Let the shift amount in the x direction be mx and the shift amount in the y direction be my (where mx and my are integers), e1 (mx, my) and s1 (mx,
my) are defined as in the following equations (2) and (3). 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) (Equation 3) In the equation (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 it 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).
【００４０】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 position shift 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).
【００４１】 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。 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。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) Expressions are so-called linear interpolations. 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). 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) * ({Cx * Cy)} (Equation 8) where each of C0, Cx and Cy is represented by the following (Equation 9):
Equation (10) and equation (11) are obtained.
【００４２】 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
いて、上記種々の統計量ΣΣＣｋ＊Ｃｋの算出を行う。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.
【００４３】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。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。 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。The sub CPU 45 calculates the above (Equation 7) using て Ck * Ck calculated by the statistic calculation unit 44.
Equations (8) are calculated 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. The difference image extraction circuit (difference extraction circuit: distance extraction unit) 49 calculates the difference image (distance image) sub (x, sub) of f1 and g1 having a displacement of 2 * δx0 and 2 * δy0.
y). This difference image (distance image) sub (x, y) is
Expression (12) is as follows. 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). 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) Here, A (x, y) is expressed by the relationship of Equation (15), and substantially uses difference amounts δx0 and δy0 of pixels or less to obtain a difference image ( This is a term for correcting the threshold value according to the value of the distance image (sub (x, y)).
【００４４】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。
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, B (x, y) is expressed by the following equation (16), and a small displacement of the pattern edge (a small difference in pattern shape, a small difference between the detected image f1 and the comparative image g1) is obtained. This is a term for allowing the pattern distortion (which locally results in a slight displacement of the pattern edge).
Further, C (x, y) is expressed by the relationship of Expression (17), and the gradation value (shade value) between the detected image f1 and the comparison image g1.
This is a term for allowing a slight difference between. 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.
【００４５】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。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。Dx1 (x, y) is represented by the following equation (18), and represents the change in the gradation value (shade value) between the detected image f1 (x, y) and the next image in 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). Also
max2 is represented by the relationship of Expression (23), and the comparison image g1 (x,
The maximum gradation value (shade value) of the image adjacent to the −1 direction in the x direction and the image adjacent to the −1 direction in the y direction, including the image itself in y).
【００４６】 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。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, thresholds thH (x, y), thL (x, y)
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.
【００４７】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.
【００４８】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.
【００４９】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.
【００５０】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)とに基いて、(数１８)式および(数１９)式により{ｄ
x1(ｘ，ｙ)＋ｄx2(ｘ，ｙ)}なる演算を施す演算回路
と、(数２０)式および(数２１)式により{ｄy1(ｘ，ｙ)
＋ｄy2(ｘ，ｙ)}なる演算を施す演算回路９２と、(数２
２)式および(数２３)式により（max1＋max2）なる演算
を施す演算回路とを有する。更に、しきい値演算回路４
８は、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）
なる演算を施す演算回路と、演算回路から得られる{ｄy
1(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パラメータとに基い
て、(数１５)式の一部と(数１６)式の一部である（{ｄy
1(ｘ，ｙ)＋ｄy2(ｘ，ｙ)}＊δy0±｜{ｄy1(ｘ，ｙ)＋
ｄy2(ｘ，ｙ)}｜＊β）なる演算を施す演算回路と、演
算回路から得られる（max1＋max2）と入力されるγ、ε
パラメータとに基いて、例えば(数１７)式に従って
（(（max1＋max2）／２)＊γ＋ε）なる演算を施す演算
回路とを有する。更に、しきい値演算回路４８は、演算
回路から得られる（{ｄx1(ｘ，ｙ)＋ｄx2(ｘ，ｙ)}＊δ
x0＋｜{ｄx1(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、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、演算回路から得られ
る（{ｄx1(ｘ，ｙ)＋ｄx2(ｘ，ｙ)}＊δx0−｜{ｄx1
(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
て下限のしきい値ちthL(ｘ，ｙ)を出力する加算回路と
を有している。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。That is, the threshold value calculating circuit (permissible range calculating section) 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), the expression (d) is obtained by the expression (18) and the expression (19).
x1 (x, y) + dx2 (x, y)}, an arithmetic circuit for performing the arithmetic operation, and {dy1 (x, y) by the equations (20) and (21)
+ Dy2 (x, y)};
An arithmetic circuit for performing an operation of (max1 + max2) according to the expression 2) and the expression (23). Further, the threshold value calculation circuit 4
8 is {dx1 (x, y) + dx2 (x,
y)} and δx0 obtained from the pixel or less displacement detection unit 43 and the input α parameter,
({Dx1 (x, y) + dx2 (x,
y)} * δx0 ± | {dx1 (x, y) + dx2 (x, y)} | * α)
And a {dy obtained from the arithmetic circuit
1 (x, y) + dy2 (x, y)} and a pixel or less displacement detection unit 43
Based on δy0 obtained from the above and the input β parameter, a part of the equation (15) and a part of the equation (16) ({dy
1 (x, y) + dy2 (x, y)} * δy0 ± | {dy1 (x, y) +
dy2 (x, y)} | * β), and γ and ε input as (max1 + max2) obtained from the arithmetic circuit
And an arithmetic circuit for performing an operation of (((max1 + max2) / 2) * γ + ε) according to, for example, Equation (17) based on the parameters. Further, the threshold value calculation circuit 48 obtains ({dx1 (x, y) + dx2 (x, y)} * δ
x0 + | {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 arithmetic circuit are +
An addition circuit that calculates and outputs an upper limit threshold value thH (x, y) and an arithmetic circuit (((max1 + max2) / 2) *
γ + ε) is obtained from the subtraction circuit and the operation circuit, and ({dx1 (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 subtraction circuit are subjected to + operation to obtain the lower limit threshold value thL (x, y) is output. Note that the threshold value calculation circuit 48 is a CPU
Can also be realized by software processing. The parameters α, β,
γ and 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.
【００５１】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）４９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４
８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。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）１０
６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。In the defect judgment circuit (defect judgment unit) 50, the difference image (distance image) sub (x, y) obtained from the difference image extraction circuit (difference extraction circuit) 49 and the threshold value calculation circuit 4
Using the lower threshold (allowable value indicating the lower allowable range) thL (x, y) and the upper threshold (allowable value indicating the upper allowable range) thH (x, y) obtained from 8 If the following equation (24) is satisfied, the pixel at the position (x, y) is determined to be a non-defective candidate, and if not, the pixel at the position (x, y) is determined to be a defective candidate. 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. As described above, the image processing unit 124 controlled by the overall control unit 120 emits an electron beam and detects the inspection target (sample) 10 which is detected by the electron detector 35 (105).
The feature amount (for example, barycentric coordinates, XY projection length, area, etc.) 88 of the defect candidate portion is obtained according to the coordinates on 6.
【００５２】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１２
４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。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（観察用ＳＥ
Ｍ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。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, Position on Object (Sample) 106 and Image Processing Unit 12
The defect data including the feature amounts calculated from the fourth feature extraction circuit 50a are collected. According to the present embodiment, a position shift of the entire small area (partial image), a minute position shift of each pattern edge, and a minute difference of the gradation value (shade value) are allowed. The 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 electron beam apparatus described above (SE for observation
The means for preventing the electron beam image from deteriorating in the M apparatus and the SEM apparatus for length measurement 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.
【００５３】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）で照明する照明光学系
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２１４と
で構成され、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１０６の高さ
を検出する検出光学系とから構成される。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
An illumination optical system configured to illuminate the multi-slit pattern with S-polarized light at an angle (θ = 60 degrees or more) from the perpendicular to the sample surface 106, for example, and a projection lens 210. A detection lens 215, a detection aperture 216, and a cylindrical lens 213 and a line image sensor 214, which focus regular reflection light on the light receiving surface of the line image sensor 214, a detection aperture 216, and a longitudinal direction of the multi-slit pattern. And a detection optical system that detects the height of the sample surface 106 from the shift amount of the multi-slit image detected by the line image sensor 214.
【００５４】光源２０１を出射した光は、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（格子状）のパターンが描かれたマスク２０３上
を照明する。その結果、マルチスリット状のパターン
は、投影レンズ２１０によって試料面１０６上の高さ測
定位置２１７に投影される。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。
更に、それぞれ形状の異なる複数のパターンが並んだパ
ターンでもよい。また、パターン間の間隔も大小があっ
てもよい。ここで必要なのは、図１１を用いて後述する
ように複数のパターンによる複数の高さ検出値を得て平
均することによって誤差の少ない高さ検出値が得られる
ことである。そこで、これ以降マリチスリット状（格子
状）のパターンとは、形状の異なるあるいは同一の複数
のパターンが不等間隔、あるいは等間隔で配置されたも
ののことと定義する。試料面１０６上に投影されたマル
チスリット状のパターンは、検出レンズ２１５によりＣ
ＣＤ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１０６の高
さがｚだけ変化するとマルチスリット像は、２ｚ・sin
θ・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
１０６の高さを検出することができる。ここで、１１０
は、上方観察系の光軸、即ち高さを検出したい位置とな
る。即ち、上記高さ検出装置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、１１０は上方観
察系の光軸となる。なお、投影レンズ２１０による投影
像のマルチスリット状のパターンのピッチをｐとする
と、試料面１０６上に投影されたパターンのピッチはｐ
／cosθ、イメージセンサ２１４上でのパターンのピッ
チはｐｍとなる。また、照明投影系の倍率をｍ’とする
と、マスク２０３上のパターンのピッチはｐ／ｍ’とな
る。即ち、マスク２０３上に形成されたマルチスリット
状のパターンのピッチはｐ／ｍ’となる。図１１（ａ）
（ｂ）に示すように試料１０６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３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
よる高さ検出値を平均することによって、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。The light emitted from the light source 201 illuminates the mask 203 on which the same pattern, for example, a multi-slit (lattice) pattern in which a rectangular pattern is repeated is drawn. As a result, the multi-slit pattern is projected onto the height measurement position 217 on the sample surface 106 by the projection lens 210. The multi-slit pattern drawn on the mask 203 does not necessarily need to be a slit pattern, and may be any shape such as an ellipse or a square as long as the same pattern is repeated.
Further, a pattern in which a plurality of patterns having different shapes are arranged may be used. Further, the intervals between patterns may be large or small. What is necessary here is that, as will be described later with reference to FIG. 11, a plurality of height detection values based on a plurality of patterns are obtained and averaged to obtain a height detection value with a small error. Therefore, hereinafter, a multi-slit pattern (lattice pattern) is defined as a pattern in which a plurality of patterns having different or identical shapes are arranged at irregular intervals or at equal intervals. The multi-slit pattern projected onto the sample surface 106 is detected by the detection lens 215 as C
An image is formed on a line image sensor 214 such as a CD.
Assuming that the magnification of the detection optical system is m, if the height of the sample surface 106 changes by z, the multi-slit image becomes 2z · sin
The shift is as a whole by θ · m. By utilizing this, the height of the sample surface 106 can be detected from the shift amount of the multi-slit image obtained based on the signal received by the line image sensor 214. Where 110
Is the optical axis of the upper observation system, that is, the position where the height is to be detected. That is, when the height detecting device is used as a height sensor for auto-focusing, 110 is the optical axis of the upper observation system. If the pitch of the multi-slit pattern of the image projected by the projection lens 210 is p, the pitch of the pattern projected on the sample surface 106 is p
/ Cos θ, and the pitch of the pattern on the image sensor 214 is pm. If the magnification of the illumination projection system is m ', the pattern pitch on the mask 203 is p / m'. That is, the pitch of the multi-slit pattern formed on the mask 203 is p / m '. FIG. 11 (a)
As shown in (b), when detecting the height on the boundary having different reflectances on the sample 106, 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 this deviation increases in proportion to the width of the slit. In the embodiment shown in FIG. 3, 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. Furthermore, by averaging 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.
【００５５】さて、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。これには次の様な関係がある。即ち、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、±２ｚ
ｍａｘ・cosθだけデフォーカスする。一方、投影側で
の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。すな
わち、スリット周期ｐが（２ｚｍａｘ・cosθ）＜（ａ
・０．６１ｐ／ＮＡ）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。When the width of the slit is reduced, the detection error is reduced in proportion. However, there is a limit to this. It is not imaged and the contrast drops. This has the following relationship. That is, assuming that the target height detection range is ± zmax, the multi-slit image on the image sensor 214 at this time is ± 2z
Defocus by max · cosθ. On the other hand, if the period of the multi-slit pattern on the projection side is p, and the NA (Numerical Aperture) of the detection lens 215 is NA,
This depth of focus is ± a · 0.61 p / NA. That is, the slit period p is (2zmax · cos θ) <(a
(0.61 p / NA) is a condition 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 the depth of focus is defined in a state where the amplitude is reduced to １ ／, a is about 0.6.
【００５６】さて、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。なお、マルチスリッ
トパターンのそれぞれのパターンは、形状が異なってい
てもよいし、間隔が不等間隔でもよいと既述したが、こ
の効果を示す実施例を示す。本高さ検出装置２００の高
さ検出範囲を大きくするためにスリットの個数を増やす
ことが有効である。これによって常に情報観察系視野中
心付近の試料面１０６上に照射されるスリットが確保で
きる。この場合、スリットの個数が多く過ぎると端のス
リットがレンズ２１０又は２１５あるいはラインイメー
ジセンサ２１４の視野からはずれてしまう。この場合、
個々のスリットが何番目のスリットか判らなくなるの
で、個々のスリットの移動量（２ｍｚ・sinθ）が検出
できなくなる。図４１に示すように１ヶ所だけスリット
を太くしたり、スリット間隔を１ヶ所だけ広くすること
により、このスリットが視野に入っている限り、スリッ
トを特定でき、広い範囲で正常に高さが検出可能とな
る。なお、個々のスリットを特定するためのスリットの
個々の形状を変えたり、各スリット間の間隔を変えるマ
ルチスリットパターンの構成は、図４１の例から種々類
推することは容易である。In the embodiment shown in FIG. 10, the projection stop 211 is located at the front focal position of the projection lens 210, and the detection stop 216 is located at the rear focal position of the detection lens 215. 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. In addition, although it has already been described that the shapes of the multi-slit patterns may be different in shape and the intervals may be unequal, an embodiment showing this effect will be described. It is effective to increase the number of slits in order to increase the height detection range of the height detection device 200. Thereby, a slit which is always irradiated on the sample surface 106 near the center of the visual field of the information observation system can be secured. In this case, if the number of slits is too large, the slit at the end will be out of the field of view of the lens 210 or 215 or the line image sensor 214. in this case,
Since it is difficult to determine the number of the individual slit, it is impossible to detect the amount of movement (2 mz · sin θ) of the individual slit. As shown in Fig. 41, the slits can be specified as thick as possible, and the slits can be specified as long as the slits are in the field of view. It becomes possible. The configuration of the multi-slit pattern for changing the individual shape of the slit for specifying the individual slit or changing the interval between the slits can be easily inferred from the example of FIG. 41 in various ways.
【００５７】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。In the embodiment shown in FIG. 10, a polarizing filter 240 is provided 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.
【００５８】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, a cylindrical lens 213 is provided in front of the line image sensor 214.
Is placed. This is the line image sensor 214
The error is reduced by converging the light on the upper surface, increasing the amount of detected light, and 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.
【００５９】次に試料面１０６の高さ検出アルゴリズム
の一実施の形態について、図１４を用いて説明する。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。） １．ｙ(ｘ)をスキャンし、最大値をとる位置ｘｍａｘを
求める。 ２．ｘｍａｘから左右にピッチｐづつたどっていって、
各ピークの概略の位置を求める。 ３．左端のピーク位置をｘｏとすると、ピークｉの概略
の位置はｘｏ＋ｐ＊ｉとなる。左右の谷の位置はｘｏ＋
ｐ＊ｉ−ｐ／２、ｘｏ＋ｐ＊ｉ＋ｐ／２となる。 ４．ｙｍｉｎ＝ｍａｘ（ｙ(ｘｏ＋ｐ＊ｉ−ｐ／２)、ｙ
(ｘｏ＋ｐ＊ｉ＋ｐ／２)とする。すなわち、左右の谷の
内大きいほうをｙｍｉｎとする。 ５．ｋを０．３前後の定数として、ｙｔｈ＝ｙｍｉｎ＋
ｋ＊（ｙ(ｘｏ＋ｐ＊ｉ)−ｙｍｉｎ）とする。すなわち
振幅（ｙ(ｘｏ＋ｐ＊ｉ)−ｙｍｉｎ）＊ｋを、いき値
（閾値）ｙｔｈとする。 ６．ｘｏ＋ｐ＊ｉ−ｐ／２、ｘｏ＋ｐ＊ｉ＋ｐ／２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。 ７．ｙｇ(ｉ)−ｙｇｏ(ｉ)の加重平均をもとめてこれを
像シフトとする。 ８．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。Next, an embodiment of an algorithm for detecting the height of the sample surface 106 will be described with reference to FIG. Let the total number of slits be n, the pitch be p, and the detected waveform be y (x). Let ygo (i) (i = 0,..., N−1) be the position of the peak corresponding to each slit when the height z = 0.
(There is a relationship of ygo (i) = ygo (0) + p * i.) Scan y (x) to find the position xmax at which the maximum value is obtained. 2. Following the pitch p from left to right from xmax,
The approximate position of each peak is determined. 3. Assuming that the leftmost peak position is xo, the approximate position of the peak i is xo + p * i. The position of the left and right valleys is xo +
p * ip-2 and xo + p * i + p / 2. 4. ymin = max (y (xo + p * ip / 2), y
(xo + p * i + p / 2). That is, the larger one of the left and right valleys is defined as ymin. 5. Assuming that k is a constant around 0.3, yth = ymin +
k * (y (xo + p * i) -ymin). That is, the amplitude (y (xo + p * i) -ymin) * k is set as a threshold (threshold) yth. 6. The center of gravity of y (x) -yth is obtained for a point where y (x)> yth between xo + p * ip / 2 and xo + p * i + p / 2, and this is defined as yg (i). 7. The weighted average of yg (i) -ygo (i) is obtained, and this is defined as an image shift. 8. The height z is calculated by adding an offset by multiplying the image shift by the detection gain (1 / (2 m · sin θ)).
【００６０】以上によって、試料１０６の表面状態に影
響されにくい高さ検出を実現する。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。As described above, the height detection that is hardly influenced by the surface state of the sample 106 is realized. In this embodiment, the peak of the slit image is used, but a valley between the slit images may be used instead. That is, for the point where y (x) <yth, the barycenter of yth-y (x) is obtained and set as the barycenter of the image of each valley, and the entire image shift is obtained by averaging the movement amount of the image of these valleys. . 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.
【００６１】次に、本発明に係る高さ検出光学装置２０
０ａの第２の実施例について図１５を用いて説明する。
図１０に示す第１の実施例では、マルチスリット状のパ
ターン２０３の投影を斜め上方から行っているため、試
料面１０６が上下すると試料上にパターンの投影される
位置、すなわち試料上測定位置２１７がシフトし、検出
中心１１０からずれることになる。このシフト量は試料
の高さをＺ、投影角度をθとすると、Ｚtanθとなる。
このとき、図１７に示すように試料面１０６がεだけ傾
いていると検出誤差が生じる。この大きさはＺ・tanθ
・tanεである。例えば、Ｚが２００μｍ、θが７０
度、tanεが０．００５とすると、上記検出誤差は２．
７μｍとなる。これが問題となる場合に、図１５に示す
第２の実施例の構成が効果を奏する。すなわち、左右の
対称な方向からパターン投影・検出を行い、両者の検出
値を平均することによって、常に一定の点１１０の高さ
を得る構成である。Next, the height detecting optical device 20 according to the present invention will be described.
A second embodiment 0a will be described with reference to FIG.
In the first embodiment shown in FIG. 10, since the projection of the multi-slit pattern 203 is performed obliquely from above, when the sample surface 106 moves up and down, the position where the pattern is projected on the sample, that is, the measurement position 217 on the sample Shifts from the detection center 110. This shift amount is Ztan θ where Z is the height of the sample and θ is the projection angle.
At this time, if the sample surface 106 is inclined by ε as shown in FIG. 17, a detection error occurs. This size is Z · tanθ
・ It is tanε. For example, Z is 200 μm and θ is 70
And the tan ε is 0.005, the above detection error is 2.
7 μm. If this poses a problem, the configuration of the second embodiment shown in FIG. 15 is effective. In other words, the configuration is such that pattern projection and detection are performed from left and right symmetric directions, and the detected values of both are averaged to always obtain a constant height of the point 110.
【００６２】以下、図１５に示す第２の実施例について
詳細に説明する。ただし、左右対称なので同じ構成要素
が必ず対応位置にあるため、片方については説明を省略
する。対称方向からの投影検出も同様であることを留意
すべきである。光源２０１を出射した光は、マルチスリ
ット状のパターンの描かれたマスク２０３を照明する。
この光のうち、ハーフミラー２０５で反射されたもの
が、投影／検出レンズ２２０によって試料１０６上の２
１７で示す位置に投影される。試料１０６上に投影され
たマルチスリット状のパターンは正反射し、反対側の投
影／検出レンズ２２０によってラインイメージセンサ２
１４上に結像される。このとき、光束のうちハーフミラ
ー２０５を通過した分がラインイメージセンサ２１４上
に結像される。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・si
nθだけ全体的にシフトする。これを利用して、左右そ
れぞれのマルチスリット像のシフト量から試料１０６の
高さを算出する。ここで、左右の検出系それぞれに対し
て求めた高さ検出値を用いて両者の平均を求め、最終的
な点１１０における高さ検出値とする。上記高さ検出装
置をオートフォーカス用の高さセンサとして用いる場合
には、高さを検出したい位置１１０は、上方観察系の光
軸となる。なお、光の一部分を透過し、一部分を反射す
るものであれば、ハーフミラー２０５の代わりに立方体
状のビームスプリッタ等を用いてもよいことはいうまで
もない。また、図１０に示す第１の実施例と同様に円筒
レンズ２１３を用いて、スリットの長手方向を圧縮し
て、ラインセンサ２１４上に絞り込んでももちろんよ
い。Hereinafter, the second embodiment shown in FIG. 15 will be described in detail. However, since the same components are always located at the corresponding positions since they are symmetrical, the description of one of them is omitted. It should be noted that projection detection from a symmetric direction is similar. Light emitted from the light source 201 illuminates a mask 203 on which a multi-slit pattern is drawn.
Of this light, the light reflected by the half mirror 205 is reflected on the sample 106 by the projection / detection lens 220.
It is projected at the position indicated by 17. The multi-slit pattern projected on the sample 106 is specularly reflected, and is reflected by the projection / detection lens 220 on the opposite side.
14 is imaged. At this time, the portion of the light beam that has passed through the half mirror 205 is imaged on the line image sensor 214. Assuming that the magnification of the detection optical system is m, if the height of the sample changes by z, the multi-slit image becomes 2 mz · si
The whole shift by nθ. Using this, the height of the sample 106 is calculated from the shift amounts of the left and right multi-slit images. Here, the average of the height detection values obtained for the left and right detection systems is calculated using the height detection values obtained for each of the left and right detection systems, and is used as the final height detection value at the point 110. When the height detecting device is used as a height sensor for autofocus, the position 110 where the height is to be detected is the optical axis of the upper observation system. Needless to say, a cubic beam splitter or the like may be used instead of the half mirror 205 as long as it transmits a part of the light and reflects a part of the light. Also, as in the first embodiment shown in FIG. 10, the longitudinal direction of the slit may be compressed using the cylindrical lens 213 to narrow down the line sensor 214.
【００６３】次に、本発明に係る高さ検出光学装置２０
０ａの第３の実施例について図１６を用いて説明する。
図１５と同様に常に一定の点１１０の高さを得る構成で
あるが、図１５では、ハーフミラー２０５で光量が１／
２になるので、２回ハーフミラー２０５を透過あるいは
反射することによって光量が１／４に減少する。そこで
ハーフミラー２０５の代わりに偏向ビームスプリッタ２
４１を挿入し、１／４波長板を偏光ビームスプリッタ２
４１と試料１０６の間に挿入することによって、光量の
減少をを１／２で済ませることが可能である。すなわ
ち、光源２０１を出射した光はマルチスリット状のパタ
ーンの描かれたマスク２０３を照明する。この光のう
ち、偏光ビームスプリッタ２４１で反射されたＳ偏向成
分が、１／４波長板２４２を透過することによって、円
偏光に変換される。この光は、投影／検出レンズ２２０
によって試料１０６上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は正反射し、反
対側の投影／検出レンズ２２０によってラインイメージ
センサ２１４上に結像される。このとき１／４波長板２
４２を通ることによって円偏光はＰ偏光に変換される。
この光は偏光ビームスプリッタ２４２を殆ど損失なく通
過して、ラインイメージセンサ２１４上に結像される。
これによって光量の損失を少なくすることが可能にな
る。また、光源２０１として偏光を発生するレーザを用
いて、Ｓ偏光が１番目の偏光ビームスプリッタ２４１に
あたるようにすれば、ここでの光量の損失も殆ど押さえ
るとが可能になる。ここで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、左右それぞれのマルチスリット像のシフト量から試
料１０６の高さを算出する。ここで、左右の検出系それ
ぞれに対して求めた高さ検出値を用いて両者の平均を求
め、最終的な点１１０における高さ検出値とする。高さ
を検出したい位置１１０は、オートフォーカス用の高さ
センサとして用いる場合には、上方観察系の光軸であ
る。また、図１０に示す第１の実施例と同様に円筒レン
ズ２１３を用いて、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上に絞り込んでももちろんよ
い。Next, the height detecting optical device 20 according to the present invention will be described.
A third embodiment 0a will be described with reference to FIG.
Although a constant height of the point 110 is always obtained as in the case of FIG. 15, in FIG.
Therefore, the light amount is reduced to ４ by transmitting or reflecting the half mirror 205 twice. Therefore, instead of the half mirror 205, the deflection beam splitter 2
41, and a quarter-wave plate is used as a polarizing beam splitter 2
By inserting between the sample 41 and the sample 106, it is possible to reduce the amount of light by half. That is, the light emitted from the light source 201 illuminates the mask 203 on which the multi-slit pattern is drawn. Of this light, the S-polarized component reflected by the polarization beam splitter 241 is converted into circularly polarized light by transmitting through the quarter-wave plate 242. This light is transmitted to the projection / detection lens 220.
Is projected on the position 217 on the sample 106. The multi-slit pattern projected on the sample is specularly reflected, and is imaged on the line image sensor 214 by the projection / detection lens 220 on the opposite side. At this time, the 1/4 wavelength plate 2
By passing through 42, the circularly polarized light is converted to P-polarized light.
This light passes through the polarizing beam splitter 242 with almost no loss and is imaged on the line image sensor 214.
This makes it possible to reduce the loss of light quantity. Further, if a laser that generates polarized light is used as the light source 201 so that the S-polarized light impinges on the first polarization beam splitter 241, the loss of the amount of light can be almost suppressed. Here, assuming that the magnification of the detection optical system is m, if the height of the sample changes by z, the multi-slit image is shifted by 2 mz · sin θ as a whole. Using this, the height of the sample 106 is calculated from the shift amounts of the left and right multi-slit images. Here, the average of the height detection values obtained for the left and right detection systems is calculated using the height detection values obtained for each of the left and right detection systems, and is used as the final height detection value at the point 110. When used as a height sensor for autofocus, the position 110 where the height is desired to be detected is the optical axis of the upper observation system. In addition, similarly to the first embodiment shown in FIG. 10, the longitudinal direction of the slit may be compressed using the cylindrical lens 213 to narrow down on the line image sensor 214.
【００６４】更に、図１８を用いて、図１５あるいは図
１６に示す第２あるいは第３の実施例の構成によって、
別の原因による誤差も相殺できることを説明する。図１
８は図１０の一部拡大図で、２１０は投影レンズ、２１
５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１０６の高さがｚだ
け高くなると、検出光の反射位置２１７が高さを検出し
たい位置１１０よりｚ・tanθだけずれる。さらに試料
面１０６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。この移動量に１
／２sinθをかけたものが高さ検出誤差となるので、試
料１０６の傾きεradによる検出誤差は−２εｚ／tan２
θとなる。例えば、ｚが２００μｍ、θが７０度、tan
εが０．００５とすると、上記検出誤差は２．４μｍと
なる。これが問題となる場合にも、図１５あるいは図１
６に示す第２あるいは第３の実施例に示す構成が効果を
奏する。すなわち、上記光てこ効果に起因する誤差は図
１５あるいは図１６に示すように反対方向から投影・検
出を行った場合同じ大きさで、符号が逆となる。そのた
め、左右のイメージセンサによる高さ検出値を平均する
ことにより、誤差が相殺されることになる。そのため
に、試料面１０６の傾きによる誤差を生じない高さ検出
が可能となる。Further, referring to FIG. 18, the configuration of the second or third embodiment shown in FIG. 15 or FIG.
Explain that errors due to other causes can also be offset. FIG.
8 is a partially enlarged view of FIG. 10, 210 is a projection lens, 21
Reference numeral 5 denotes a detection lens. Assuming that a conjugate plane or a focused plane of the image sensor 214 by the detection lens 215 is 218, a shift of the projection light on the conjugate plane 218 is detected on the image sensor 214. When the height of the sample 106 increases by z, the reflection position 217 of the detection light deviates from the position 110 where the height is to be detected by z · tan θ. Further, when the sample surface 106 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 is 2εz ·
Move by cos (π-2θ) / cosθ. This movement amount is 1
/ 2 sin θ is the height detection error, so the detection error due to the slope εrad of the sample 106 is -2εz / tan2
θ. For example, z is 200 μm, θ is 70 degrees, tan
If ε is 0.005, the above detection error is 2.4 μm. When this is a problem, FIG.
The structure shown in the second or third embodiment shown in FIG. That is, the error caused by the optical lever effect has the same magnitude and the opposite sign when projected and detected from the opposite direction as shown in FIG. 15 or FIG. Therefore, the error is canceled by averaging the height detection values obtained by the left and right image sensors. Therefore, the height can be detected without causing an error due to the inclination of the sample surface 106.
【００６５】次に、高さ計算手段２００ｂにおいて、試
料面１０６の高さｚが変化しても、試料面１０６の高さ
を正確に求めることについて図１９を用いて説明する。
図１９（ａ）に示した光学系は、図１０に示すものと同
一であるが、このように、試料面１０６の高さがｚ変化
するとスリット像の検出位置がｚ・tanθだけ変化す
る。ここで、マルチスリット状のパターンを投影してお
り、各スリットがそれぞれ試料上の異なる位置で反射し
ていることから、各スリットの像の移動量は試料上の各
反射位置に対応した高さを示すことになる。すなわち、
図１９（ｂ）に示すように、試料１０６の表面形状デー
タが得られることになる。図１９（ｂ）には、試料面１
０６の高さに応じた検出位置に対する各スリットの検出
高さを示す。破線で示した測定点は、試料１０６が基準
高さにある場合の測定データを示す。試料１０６がｚだ
け高くなると、実線で示すように、各スリットに対応す
る試料上検出位置がｚ・tanθだけ左にずれる。図１０
に示した実施例の説明の中で定義したように、試料面１
０６上でのマルチスリット状のパターンのピッチをｐ／
cosθとすると、上方観察系の視野中心１１０に相当す
るスリットがｚ・tanθ／（ｐ／cosθ）＝ｚ・sinθ／
ｐ個分だけ右へずれる。Next, how the height calculation means 200b accurately obtains the height of the sample surface 106 even when the height z of the sample surface 106 changes will be described with reference to FIG.
The optical system shown in FIG. 19A is the same as that shown in FIG. 10, but as described above, when the height of the sample surface 106 changes by z, the detection position of the slit image changes by z · tan θ. Here, since a multi-slit pattern is projected and each slit reflects at a different position on the sample, the amount of movement of the image of each slit is the height corresponding to each reflection position on the sample. Will be shown. That is,
As shown in FIG. 19B, surface shape data of the sample 106 is obtained. FIG. 19B shows the sample surface 1
The detection height of each slit with respect to the detection position corresponding to the height 06 is shown. Measurement points indicated by broken lines indicate measurement data when the sample 106 is at the reference height. When the sample 106 becomes higher by z, the detection position on the sample corresponding to each slit is shifted to the left by z · tan θ as shown by a solid line. FIG.
As defined in the description of the embodiment shown in FIG.
The pitch of the multi-slit pattern on 06 is p /
Assuming cos θ, the slit corresponding to the field center 110 of the upper observation system is z · tan θ / (p / cos θ) = z · sin θ /
Right shift by p.
【００６６】そこで、高さ計算手段２００ｂは、このス
リットを中心に含む複数のスリットを選んで、これらの
スリットより求めた高さ検出値を平均して、最終的な高
さ検出値とすることで上方観察系の視野中心１１０にお
ける高さを正確に求めることができる。高さ計算手段２
００ｂにおいて、ｚ・sinθ／ｐを計算するためには、
高さｚを知らなければならないが、ここで必要なｚはス
リットの選択のための概略の値でよいため、前回求めた
高さ、または、検出位置ずれの補正を行わずに求めた検
出高さをｚとして用いればよい。なお、この視野中心１
１０に相当する位置は、試料１０６の高さ変化ｚにより
イメージセンサ上ではｚｍ・sinθだけ移動することに
なる。更に、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１０
５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。Then, the height calculating means 200b selects a plurality of slits including this slit as a center, and averages the detected height values obtained from these slits to obtain the final detected height value. Thus, the height of the upper observation system at the field center 110 can be accurately obtained. Height calculation means 2
In 00b, to calculate z · sin θ / p,
It is necessary to know the height z, but since the necessary z may be a rough value for selecting the slit, the height obtained last time or the detected height obtained without correcting the detection position deviation is used. The value z may be used as z. In addition, this visual field center 1
The position corresponding to 10 moves on the image sensor by zm · sin θ due to the height change z of the sample 106. Further, in the case of the appearance inspection based on the SEM images shown in FIGS. 3 and 4, it is necessary to capture a two-dimensional SEM image over a certain wide area.
While continuously moving 5, the beam deflector 102 is driven to scan the electron beam in a direction substantially orthogonal to the moving direction of the stage 105, and the secondary electron detector 104 detects a two-dimensional secondary electron image signal. There is a need. 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 moved stepwise in the Y direction. 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 needs to detect a two-dimensional secondary electron image signal.
【００６７】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, the height detection device 200 always obtains the height of the surface of the inspection object 106 for detecting the secondary electron image signal, and performs automatic focus control to obtain a correct inspection result. There is a need.
【００６８】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。図２０において、ステージ１
０５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、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。すなわち、図２０に示す如く、高さ計算手段２００
ｂは、イメージセンサ２１４から検出される上方観察系
視野中心１１０よりさらにＶＴ／（ｐ／cosθ）個だけ
右方のスリット群の像からの信号を用いて高さに応じた
値を得て、それらを平均して、最終的な高さ検出値とす
ることで遅れ時間を補正した高さを検出することができ
る。なお、試料上での測定位置シフト量ＶＴは、イメー
ジセンサ２１４上ではＶＴｍ・cosθに相当する。以上
説明したように、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。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. In FIG. 20, stage 1
05 is continuously moved from right to left. In this case, the height calculating means 200b calculates the height slightly to the right of the upper observation system visual field center 110 in consideration of the delay time in advance, and based on the calculated height, the focus controller 109 The focus control may be performed by controlling the focus control current or the focus control voltage to the lens 103. 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. That is, as shown in FIG.
b obtains a value corresponding to the height using a signal from the image of the slit group on the right side by VT / (p / cos θ) more than the upper observation system visual field center 110 detected from the image sensor 214, By averaging them and obtaining the final height detection value, the height corrected for the delay time can be detected. The measurement position shift amount VT on the sample corresponds to VTm · cos θ on the image sensor 214. As described above, even if a delay occurs in the focus control, the height calculation unit 200b calculates the height of the surface of the inspection target 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.
【００６９】なお、この実施例では、図１９（ｂ）に示
す試料面１０６の高さ変化による検出位置ずれと図２０
に示す時間遅れの両方を補正したが、図１５、および図
１６に示すような両側投影を用いる場合には、試料面１
０６の高さ変化による検出位置ずれは自動的に相殺され
るので、時間遅れの補正のみを行えば良い。図２１は、
図２０に示すように時間遅れの補正を高さ検出値の平均
を用いるのではなく、検出した試料面１０６の表面形状
に対して直線を当てはめることによって、最終的な高さ
検出値を求める実施例を示したものである。このように
高さ計算手段２００ｂは、各スリットの位置より求めら
れた検出高さデータに対して、例えば最小２乗法による
直線あてはめを行い、得られた直線を用いてイメージセ
ンサ（ＣＣＤ）２１４上で、−ｚｍ・sinθ＋ＶＴｍ・c
osθだけずれた位置の高さを求めて、最終的な検出高さ
とすればいい。図５に示すように、メモリセル部３ｃと
周辺回路部３ｂからなる半導体メモリの様に、試料面の
表面形状が一部は高く一部は低くなっているような場合
に、最小二乗法の代わりにハフ変換等を用いて試料面の
表面形状のうち、例えば高い部分の高さだけを選択的に
検出することも可能である。このように、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の表面形状に合わせて
その高さを算出することになるので、焦点制御装置１０
９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の表面形状に正確に焦点合わせをするこ
とが可能となる。また、図５に示すように、表面の高さ
の異なるメモリセル部３ｃと周辺回路部３ｂからなる半
導体メモリの場合においても、正確に焦点合わせをする
ことが可能となる。In this embodiment, the detection position shift due to the change in the height of the sample surface 106 shown in FIG.
Both of the time delays shown in FIG. 15 and FIG. 16 were corrected.
Since the detected position shift due to the height change of 06 is automatically canceled, only the correction of the time delay needs to be performed. FIG.
As shown in FIG. 20, instead of using the average of the detected height values to correct the time delay, a straight line is applied to the detected surface shape of the sample surface 106 to obtain the final detected height value. This is an example. As described above, the height calculating means 200b performs, for example, a straight line fitting by the least squares method on the detected height data obtained from the positions of the slits, and uses the obtained straight line on the image sensor (CCD) 214. And -zm · sinθ + VTm · c
The height at the position shifted by osθ may be obtained as the final detected height. As shown in FIG. 5, when the surface shape of the sample surface is partially high and partially low, as in the case of a semiconductor memory including the memory cell portion 3c and the peripheral circuit portion 3b, the least square method is used. Instead, it is also possible to selectively detect, for example, only the height of a high portion in the surface shape of the sample surface using Hough transform or the like. As described above, even if the focus control is delayed, the height calculating means 200b calculates the height in accordance with the surface shape of the inspection target 106 for detecting the secondary electron image signal. Control device 10
9 makes it possible to control the focus control current or the focus control voltage to the objective lens 103 to accurately focus on the surface shape of the inspection object 106 for detecting the secondary electron image signal. Further, as shown in FIG. 5, even in the case of a semiconductor memory including a memory cell section 3c and a peripheral circuit section 3b having different surface heights, accurate focusing can be achieved.
【００７０】図１９、図２０、図２１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２１
４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２２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
２２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して次に示す（数２５）式に
よって求めることができる。In the embodiments shown in FIGS. 19, 20, and 21, the detection time delay correction method is described on the premise that the scanning direction of the stage 2 and the projection-detection direction of the multi-slit are substantially parallel. A detection time delay correction method that can be used regardless of the scanning direction and the projection-detection direction of the multi-slit will be described. Line image sensor 21
No. 4 outputs an image signal accumulated during a certain time T1, so that an average image in the period of T1 can be considered to be obtained. That is, the data obtained from the line image sensor 214 has a time delay of T1 / 2. Further, a certain time T2 is required for processing the image by the height calculating means 200b composed of a computer. In total, (T1 /
2) The height detection value indicates past information for the time of + T2. As shown in FIG. 22, the height calculating means 200b converts the detected values obtained at regular intervals into Zm, Z-
(m-1),..., Z-2, Z-1, Z0, the current height Zc can be estimated from these data. For example, as shown in FIG. 22, it is possible to extrapolate this with a straight line from the latest detection value Z0 and the detection value of the immediately preceding eye by a straight line, and obtain the value by the following equation (25).
【００７１】 Ｚc＝Ｚ0＋（(Ｚ0)−(Ｚ-1)）×（（Ｔ１／２）＋Ｔ２）／Ｔ１ （数２５ ） 勿論、外挿直線を３ヶ以上の点Ｚ-m，Ｚ-(m-1)，…Ｚ-
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Ｔ１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だけ後の高さ外挿値Ｚc'も同様に求める。図２
３に示す実施例では、次に示す（数２６）式によって求
める。Zc = Z0 + ((Z0) − (Z−1)) × ((T1 / 2) + T2) / T1 (Equation 25) Of course, three or more extrapolated straight lines Zm and Z− ( m-1), ... Z-
The error may be obtained by applying a smaller error to 2, Z-1, and Z0, or a quadratic function, a cubic function, or the like may be applied to these points. 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, if this is used to feed back the electron beam, the quality of the electron beam image changes abruptly at the interval T1, which may not be preferable. In this case, Zc
It is better to interpolate and change little by little at short time intervals. In this case, besides the extrapolated height detection value Zc, the time a
A height extrapolation value Zc 'after T1 is obtained in the same manner. FIG.
In the embodiment shown in FIG. 3, it is obtained by the following (Equation 26).
【００７２】 Ｚc ＝(Ｚ-1)＋（（(Ｚ-1)−(Ｚ-3)）／(２Ｔ１)）×２．５Ｔ１ Ｚc'＝(Ｚ0)＋（（(Ｚ0)−(Ｚ-2)）／(２Ｔ１)）×２．５Ｔ１ （数２ ６） これらＺcとＺc'とを用いて時刻ａよりｔだけ後の高さ
Ｚ1を内挿を用いて次に示す（数２７）式によって求め
ることができる。 Ｚ1＝Ｚc＋（Ｚc'−Ｚc）ｔ／Ｔ1 （数２７） 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ードバックをか
けることが可能である。Zc = (Z−1) + (((Z−1) − (Z−3)) / (2T1)) × 2.5T1 Zc ′ = (Z0) + (((Z0) − (Z− 2)) / (2T1)) × 2.5T1 (Equation 26) Using these Zc and Zc ', the height Z1 after time t from the time a is interpolated and the following equation (Equation 27) is used. Can be determined by: Z1 = Zc + (Zc'-Zc) t / T1 (Equation 27) As described above, the detection time delay accompanying the CCD accumulation time and the height calculation time is corrected, and the height of the inspection object 106 changes every moment. Also, a height detection value with a small error is obtained,
It is possible to apply a feedback to an electron optical system that stably controls an electron beam.
【００７３】更に、図２や図３や図４や図７に示す電子
光学系においては、その焦点位置を焦点制御電流または
焦点制御電圧によって高速に制御可能なので、図２４に
示す実施例による焦点合わせも可能である。即ち、焦点
制御装置１０９は、電子線の１回の走査中に対物レンズ
１０３への焦点制御電流または焦点制御電圧を制御して
動的に焦点位置を変化させて、高さ検出光学装置２００
ａによって検出され、高さ計算手段２００ｂによって算
出された試料面１０６の表面形状に合わせることが可能
になる。高さ計算手段２００ｂは、高さ検出光学装置２
００ａのイメージセンサ２１４から得られるマルチスリ
ット状のパターンの像信号から試料面１０６の表面形状
を算出することができるので、焦点制御装置１０９は、
電子線の１回の走査中に、上記算出された試料面１０６
の表面形状に合わせて対物レンズ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を実現する
ことができる。これによって半導体メモリのように被検
査対象に大きい段差構造を持つ場合でも、つねに正確な
焦点があうように制御することが可能となる。Further, in the electron optical system shown in FIGS. 2, 3, 4 and 7, the focus position can be controlled at high speed by a focus control current or a focus control voltage. Matching is also possible. That is, the focus control device 109 controls the focus control current or the focus control voltage to the objective lens 103 during one scan of the electron beam to dynamically change the focus position, and the height detection optical device 200
a, it is possible to match the surface shape of the sample surface 106 calculated by the height calculating means 200b. The height calculating means 200b is provided with the height detecting optical device 2
Since the surface shape of the sample surface 106 can be calculated from the image signal of the multi-slit pattern obtained from the image sensor 214a of the 00a, the focus control device 109
During one scan of the electron beam, the calculated sample surface 106
The focus control can be performed by controlling the focus control current or the focus control voltage to the objective lens 103 in accordance with the surface shape of. As a result, even when the object to be inspected has a large step structure as in the case of a semiconductor memory, it is possible to perform control so that an accurate focus is always provided.
【００７４】次に図１５および図１６に示した両側投影
方式における別の実施例を図２５に示す。即ち、図２５
に示す実施例は、図１０に示す実施例の光学系を２式用
意して並設し、検出方向を反対の向きにしたもので、図
１５および図１６に示すようにハーフミラー２０５を用
いて左右の光学系を共有するものと同等の機能を実現す
ることができる。即ち、図２５に示す実施例において
も、試料面１０６の上下によって検出位置２１７は左右
に動き、２つの光学系による検出位置２１７の中心の位
置１１０を常に一定にすることができる。そのため、こ
れらの光学系から得た高さ検出値を平均することによっ
て一定位置１１０の高さを検出する事ができる。これに
よって、高さ変動による検出位置ずれ起因の検出誤差を
生じない高さ検出器が構成可能である。しかしながら、
マルチスリット状のパターンが投影される位置が異なる
ことから、被検査対象１０６の表面に段差やうねりがあ
る場合には、点１１０上に検出光があたっていないた
め、検出誤差が生じることになる。従って、被検査対象
の表面の段差やうねりが小さい場合には、適用可能であ
る。更に、図１５および図１６に示した両側投影方式に
おける別の実施例を図２６に示す。即ち、図２６に示す
実施例は、２つの光学系で、照明とイメージセンサを共
有する構成である。光源２０１から発生した光は、マル
チスリット状のマスクパターン２０３を照明する。マル
チスリット２０３を通った光は、ハーフミラー２０５を
通り、レンズ２６４で平行光に変換し、ミラー２０６で
反射させ、分岐光学系（ル−フミラ−）２６６で２つの
マルチスリット光に分岐し、分岐された各マルチスリッ
ト光をミラー２６５で反射させ、投影／検出レンズ２２
０によりミラー２６７を介して投影して試料１０６上の
測定位置２１７にマスクパターン２０３の像を結ぶ。こ
のときの入射角をθとする。試料表面１０６で反射した
対なる各マルチスリット光は、投影光と同じ光路を戻っ
てハーフミラー２０５に達する。即ち、試料表面１０６
で反射した対なる各マルチスリット光は、各ミラー２６
７で反射され、各投影／検出レンズ２２０をとおり、各
ミラー２６５で反射され、分岐光学系２６６で反射さ
れ、ミラー２０６で反射されてレンズ２６４で合成され
てハーフミラー２０５に達する。このハーフミラー２０
５で反射した光は、イメージセンサ２１４上に結像す
る。センサ２１４上では、分岐光学系２６６で２方向に
分けられた光が再び重ね合わされるため、照明系とイメ
ージセンサ２１４が１式ずつで済み、また、高さ計算手
段２００ｂも波形を１個だけ処理すればよいため負荷が
軽くなり、両側投影による検出位置ずれを生じない高さ
検出を安価に実現できる。FIG. 25 shows another embodiment of the double-sided projection system shown in FIGS. That is, FIG.
In the embodiment shown in FIG. 10, two sets of the optical systems of the embodiment shown in FIG. 10 are prepared and juxtaposed, and the detection directions are set in opposite directions, and a half mirror 205 is used as shown in FIGS. Thus, a function equivalent to that sharing the left and right optical systems can be realized. That is, also in the embodiment shown in FIG. 25, the detection position 217 moves left and right by the up and down of the sample surface 106, and the center position 110 of the detection position 217 by the two optical systems can always be kept constant. Therefore, the height of the fixed position 110 can be detected by averaging the height detection values obtained from these optical systems. This makes it possible to configure a height detector that does not cause a detection error due to a detection position shift due to a height variation. However,
Since the position where the multi-slit pattern is projected is different, if there is a step or undulation on the surface of the inspection target 106, a detection error will occur because the detection light does not hit the point 110. . Therefore, the present invention can be applied to a case where a step or undulation on the surface of the inspection target is small. FIG. 26 shows another embodiment of the two-sided projection system shown in FIGS. That is, the embodiment shown in FIG. 26 has a configuration in which illumination and an image sensor are shared by two optical systems. Light generated from the light source 201 illuminates the mask pattern 203 having a multi-slit shape. The light that has passed through the multi-slit 203 passes through a half mirror 205, is converted into parallel light by a lens 264, is reflected by a mirror 206, and is split into two multi-slit lights by a split optical system (Lu-Fumilar) 266. Each split multi-slit light is reflected by a mirror 265, and the projection / detection lens 22
The image of the mask pattern 203 is projected at the measurement position 217 on the sample 106 by projecting the image through the mirror 267 by using 0. The incident angle at this time is defined as θ. Each pair of multi-slit light reflected on the sample surface 106 returns along the same optical path as the projection light and reaches the half mirror 205. That is, the sample surface 106
Each pair of multi-slit light reflected by the
7, passes through each projection / detection lens 220, is reflected by each mirror 265, is reflected by the branch optical system 266, is reflected by the mirror 206, is synthesized by the lens 264, and reaches the half mirror 205. This half mirror 20
The light reflected by 5 forms an image on the image sensor 214. On the sensor 214, the light split in two directions by the branching optical system 266 is superimposed again, so that only one illumination system and one image sensor 214 are required, and the height calculation means 200b also has only one waveform. Since the processing may be performed, the load is reduced, and height detection that does not cause a detection position shift due to both-side projection can be realized at low cost.
【００７５】別の実施例として、鏡２０６を角度を電気
的に制御できるものに代えて、イメージセンサ２１４が
受光するイメージセンサ２１４上のスリット状のパター
ン像の位置が常に一定になるように鏡２０６を制御する
と、検出光の試料上の照射位置２１７を試料１０６の高
さｚによらず一定に保つことができる。このように制御
したとき、鏡２０６の回転角と高さｚが比例するので鏡
２０６の回転角を検出することによって試料高さｚを検
出することができる。検出位置がずれない別の構成の実
施例を図２７に示す。光学系の配置は図１０に示した実
施例と同一であるが、検出器全体を上下できるようにな
っている。常にイメージセンサ２１４上のスリットの位
置が一定になるように検出器全体の高さを制御すると、
検出光の照射位置２１７を試料１０６の高さｚによらず
一定に保つことができる。このときの検出器全体の高さ
ｚが試料１０６の高さｚと一致する。この構成の別の利
点を説明する。図１０に示した実施例では、レンズ２１
５に倍率色収差が存在すると、試料面２１７の色によっ
て、マルチスリットのイメージセンサ２１４上の像の位
置がずれることになる。すなわち、検出高さに誤差が生
じる。このため、レンズ２１５の色収差を低く押さえな
ければならなかった。これに対して、図２７に示す構成
では、常に、光軸上にマルチスリットパターンの中心が
くるように制御されている。色収差は光軸上では生じな
いので、レンズの色収差や像歪みが検出誤差につながら
ない。このため、安価なレンズで検出誤差の小さい高さ
検出器を構成することが可能となる。更に、試料の高さ
変化による検出マルチスリットパターンのデフォーカス
が生じないので、個々のスリットのサイズをレンズの解
像限界に近いところまで細くすることができ、更に試料
の反射率分布による高さ検出誤差を低減できるという利
点もある。As another embodiment, instead of the mirror 206 having an electrically controllable angle, the mirror 206 is controlled so that the position of the slit-shaped pattern image on the image sensor 214 received by the image sensor 214 is always constant. By controlling 206, the irradiation position 217 of the detection light on the sample can be kept constant regardless of the height z of the sample 106. Under such control, the rotation angle of the mirror 206 is proportional to the height z, so that the sample height z can be detected by detecting the rotation angle of the mirror 206. FIG. 27 shows another embodiment in which the detection position is not shifted. The arrangement of the optical system is the same as that of the embodiment shown in FIG. 10, but the whole detector can be moved up and down. If the height of the entire detector is controlled so that the position of the slit on the image sensor 214 is always constant,
The irradiation position 217 of the detection light can be kept constant regardless of the height z of the sample 106. At this time, the height z of the entire detector coincides with the height z of the sample 106. Another advantage of this configuration will be described. In the embodiment shown in FIG.
If the chromatic aberration of magnification exists in 5, the position of the image on the multi-slit image sensor 214 is shifted depending on the color of the sample surface 217. That is, an error occurs in the detection height. For this reason, the chromatic aberration of the lens 215 has to be kept low. On the other hand, in the configuration shown in FIG. 27, the control is always performed so that the center of the multi-slit pattern is on the optical axis. Since chromatic aberration does not occur on the optical axis, chromatic aberration and image distortion of the lens do not lead to detection errors. For this reason, it is possible to configure a height detector with a small detection error with an inexpensive lens. Furthermore, since the detection multi-slit pattern is not defocused due to a change in the height of the sample, the size of each slit can be reduced to a position close to the resolution limit of the lens, and the height due to the reflectance distribution of the sample is further reduced. There is also an advantage that a detection error can be reduced.
【００７６】次に、図２８を用いて、スリットの方向を
適当に選択することによって、検出誤差をさらに低減す
る方法について述べる。半導体装置を試料として検査ま
たは観察する場合、半導体装置上パターンは通常、図２
８に示すように長方形状の各チップの中にメモリマット
部３ｃ等の領域が形成されている。通常メモリマット部
は細かいパターンが形成されているために、光が散乱・
回折されやすく、低反射率部となる。この境界部にスリ
ットが照射されるとき、反射光像としての検出パターン
の対称性が崩れ、検出誤差を生じることになる。これに
対して、スリットの長手方向をを図２８に示したように
パターンに対してψ傾けて照射すると、パターンの境界
線がスリットを横切る部分のスリットの長さＬに対する
割合が減少するため、パターンの境界部の反射率の差に
よる検出パターンの対称性の乱れが少なくなる。すなわ
ち、検出誤差が小さくなる。これによってマルチスリッ
トによる誤差低減に加えて、さらに誤差低減の効果を得
ることができる。図２８に示す実施例では、投影・検出
方向とスリットの長手方向が直交しているが、必ずしも
この必要はない。すなわちマルチスリット状のパターン
を形成したマスク２０３を回転する事によって試料１０
６上での投影されたスリットの長手方向の角度を制御で
きる。このとき、シリンドリカルレンズ２１３およびラ
インイメージセンサ２１４も試料１０６を見込む方向に
対してマスク２０３と同じ角度だけ回転させる必要があ
る。この角度をηとすると、試料１０６上での投影され
たスリットの方向は、arctan（sinη／（cosηcos
θ））だけ投影方向に対して回転することになる。Next, a method for further reducing the detection error by appropriately selecting the direction of the slit will be described with reference to FIG. When inspecting or observing a semiconductor device as a sample, the pattern on the semiconductor device usually has a pattern shown in FIG.
As shown in FIG. 8, a region such as the memory mat portion 3c is formed in each rectangular chip. Normally, since the memory mat section has a fine pattern, light
It is easily diffracted and becomes a low reflectance part. When the boundary is irradiated with the slit, the symmetry of the detection pattern as a reflected light image is broken, and a detection error occurs. On the other hand, when the longitudinal direction of the slit is irradiated at an angle of ψ with respect to the pattern as shown in FIG. 28, the ratio of the boundary of the pattern across the slit to the length L of the slit decreases, The disturbance of the symmetry of the detection pattern due to the difference in the reflectance at the boundary between the patterns is reduced. That is, the detection error is reduced. Thereby, in addition to the error reduction by the multi-slit, the effect of further reducing the error can be obtained. In the embodiment shown in FIG. 28, the projection / detection direction is orthogonal to the longitudinal direction of the slit, but this is not always necessary. That is, the sample 10 is rotated by rotating the mask 203 on which the multi-slit pattern is formed.
The longitudinal angle of the projected slit on 6 can be controlled. At this time, the cylindrical lens 213 and the line image sensor 214 also need to be rotated by the same angle as the mask 203 with respect to the direction in which the sample 106 is viewed. If this angle is η, the direction of the projected slit on the sample 106 is arctan (sin η / (cos η cos
θ)) with respect to the projection direction.
【００７７】すでに試料面１０６の高さｚによって検出
位置がずれる現象にたいして、マルチスリットによって
投影方向の検出位置を補正する方法および、両側投影に
よって位置ずれを相殺したりする方法について説明した
が、つぎに、スリットの長手方向すなわち投影方向と直
交する方向の検出位置ずれの低減方法について述べる。
図２９（ａ）に示すようにスリットの長手方向が試料上
の反射率の異なる領域にまたがって投影されると、検出
光がスリット長手方向に強度分布をもつ。この場合、試
料の高さ分布はこの検出光光量分布に応じた重みをもっ
て高さ検出値に反映される。すなわち、高さ検出値は反
射率の高い領域の情報を大きく反映することになり、高
さを測りたい点１１０からずれた点の高さを計測してい
ることになる。これによる検出誤差はスリットの長手方
向のサイズＬを小さくすればそれに比例して小さくなる
ことになる。しかし、検出光量が減ってしまう上に試料
表面の反射率の局所的な変動に左右されやすくなるた
め、無制限に小さくするする訳にはいかない。そこで、
図１５、図１６、図２６、図２７で示した実施例のよう
に、両側から検出光を投影する構成において、図２９
（ｂ）に示すように左右からのスリットの投影位置が重
ならないように投影位置をスリットの長手方向へずら
す。すると、この実施例の場合、検出方向１のマルチス
リットパターンのみが２つの領域にまたがって投影され
ることとなり、検出方向２による高さ検出値は誤差を生
じない。そのため、検出方向１と検出方向２による高さ
検出値の平均をとることによって、誤差は１／２にな
る。図２９（ｂ）に示す実施例では、投影方向１と投影
方向２の投影領域の幅を合わせてＬになるようにスリッ
トの長さを半分のＬ／２にしているので、図２９（ａ）
に比べて、スリット長手方向の検出位置ずれが全体で１
／４に低減される。The method of correcting the detection position in the projection direction by the multi-slit and the method of canceling the position shift by the bilateral projection have already been described for the phenomenon that the detection position is shifted by the height z of the sample surface 106. Next, a description will be given of a method of reducing the detection position shift in the longitudinal direction of the slit, that is, the direction orthogonal to the projection direction.
As shown in FIG. 29A, when the longitudinal direction of the slit is projected over regions of different reflectance on the sample, the detection light has an intensity distribution in the longitudinal direction of the slit. In this case, the height distribution of the sample is reflected on the detected height value with a weight corresponding to the detected light amount distribution. In other words, the height detection value largely reflects the information of the region having a high reflectance, and the height of a point shifted from the point 110 whose height is to be measured is measured. If the size L of the slit in the longitudinal direction is reduced, the detection error due to this will be reduced in proportion to it. However, since the amount of detected light is reduced and the reflectance is easily influenced by local variations in the reflectance of the sample surface, it cannot be reduced without limit. Therefore,
In the configuration in which the detection light is projected from both sides as in the embodiments shown in FIGS. 15, 16, 26, and 27, FIG.
As shown in (b), the projection position is shifted in the longitudinal direction of the slit so that the projection positions of the slit from the left and right do not overlap. Then, in the case of this embodiment, only the multi-slit pattern in the detection direction 1 is projected over the two regions, and no error occurs in the height detection value in the detection direction 2. Therefore, by averaging the height detection values in the detection direction 1 and the detection direction 2, the error is reduced to １ ／. In the embodiment shown in FIG. 29 (b), the length of the slit is set to half L / 2 so that the width of the projection area in the projection direction 1 and the projection area 2 together becomes L. )
In comparison, the detection position shift in the slit longitudinal direction is 1
/ 4.
【００７８】次に、図３０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１０６の
高さ分布を検出することが可能になる。さて、図３０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２１５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。Next, an embodiment for obtaining a two-dimensional distribution of the height of the sample 106 will be described with reference to FIG. Light source 201
Illuminates the mask 203 on which a repetitive pattern of, for example, a rectangular pattern is drawn. this is,
The light is projected at a position 217 on the sample 106 by the projection lens 210. The multi-slit pattern projected on the sample is formed on a two-dimensional image sensor 214 such as a CCD by a detection lens 215. Assuming that the magnification of the detection system is m, if the height of the sample changes by z, the slit image becomes 2 mz.
・ Shift by sinθ. Since this shift amount reflects the height of the point where the slit irradiates the sample, it is possible to use this to detect the height distribution of the sample 106 in the irradiation range of the multi-slit. In the embodiment shown in FIG. 30, the stop 211 is located at the front focal position of the projection lens 210, and the stop 216 is located at the rear focal position of the detection lens 215. This is because lenses 210 and 215
Is made to be sample-side telecentric so as 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.
【００７９】また、図３０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。次に、高さ計算手段２００
ｂ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１４と異なる実施例について説明す
る。図３１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。ｇｒ
（ｘ）＝ｗ（ｘ）・cos（ｉ２πｘ／ｐ）とｇｉ（ｘ）
＝ｗ（ｘ）・sin（ｉ２πｘ／ｐ）を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φ＝arctan（Ｉ／Ｒ）となる。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、この例では重み関数ｗ
（ｘ）と波形ｙ（ｘ）の幅をほぼ等しくしていたが、重
み関数ｗ（ｘ）の幅を波形ｙ（ｘ）に対して小さくする
ことにより、マルチスリットパターン像のうちの重み関
数ｗ（ｘ）と重なっている部分を選択して、この部分の
移動量を求めることも可能である。マルチスリットパタ
ーン存在範囲のうち右半分を取出す重み関数と左半分を
取出す重み関数をもちいて、試料上測定位置に対して左
半分と右半分の高さを求めて、その結果を用いて試料の
高さと傾きを同時に求めることも可能である。As in the embodiment shown in FIG. 30, a polarizing filter 240 may be added in front of 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. Next, the height calculating means 200
A description will be given of an embodiment different from FIG. FIG. 31 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 and w (x) is an appropriate real correlation function. When the correlation function w (x) is a Gaussian function, w (x) is particularly called a Gabor filter. If the function disappears smoothly at both ends, then w (x)
(X) may be any function. In the above description, a complex function was used, but when expressed in real numbers, it is as follows. gr
(X) = w (x) · cos (i2πx / p) and gi (x)
= W (x) · sin (i2πx / p) is summed with y (x), and the results are R and I, respectively. Then y (x)
Is φ = arctan (I / R). However, since this phase wraps around from -π to π, tracking is performed so that no jump occurs from the previous detection phase, and the phases are joined, or the approximate position of the peak is separately obtained, and a phase of 2π order is obtained. Obtain approximate values. In this example, the weight function w
(X) and the width of the waveform y (x) are almost equal, but by reducing the width of the weight function w (x) with respect to the waveform y (x), the weight function of the multi-slit pattern image It is also possible to select a portion overlapping w (x) and determine the movement amount of this portion. Using the weight function to extract the right half and the weight function to extract the left half of the multi-slit pattern existence range, obtain the height of the left half and the right half with respect to the measurement position on the sample, and use the result to It is also possible to obtain the height and the inclination at the same time.
【００８０】さらに、上記アルゴリズムでは既知のマル
チスリット状のパターンのピッチｐに合わせたフィルタ
ーを構成してこれを用いて位相を検出していたが、かわ
りにｙ（ｘ）にＦＦＴ（ファーストフーリエトランスフ
ォーム）をかけ、スペクトルのピークにあたる位相を求
めることによって、波形ｙ（ｘ）の位相を検出すること
も可能である。Further, in the above algorithm, a filter is formed in accordance with the pitch p of the known multi-slit pattern, and the phase is detected by using the filter. Form) and determining the phase corresponding to the peak of the spectrum, the phase of the waveform y (x) can be detected.
【００８１】次に、図３２を用いて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説明する。図１４の
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１４の実施例と同様に各スリッ
トのピークと両側の谷の位置を求め、その振幅から適当
な閾値ｙthを求める。次に、この閾値ｙthを挟む２点を
探し（ｘi、ｙi）、（ｘi+1、ｙi+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、
ｘi ＋（ｘi+1−ｘi）（ｙth−ｙi）／（ｙi+1−ｙi）
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の位置とする。Next, another embodiment of the slit movement amount measuring algorithm will be described with reference to FIG. In the embodiment of FIG. 14, the displacement of the slit image is measured using the center of gravity, but in the present method, the height is converted based on the position of the edge of the slit image. First, similarly to the embodiment of FIG. 14, the peak of each slit and the positions of the valleys on both sides are obtained, and an appropriate threshold value yth is obtained from the amplitude. Next, two points sandwiching the threshold value yth are searched for (xi, yi) and (xi + 1, yi + 1). Then
The x coordinate of the point where the line segment that connects these two points intersects the threshold is
xi + (xi + 1-xi) (yth-yi) / (yi + 1-yi)
It is represented by This operation is performed for each of the left and right inclined portions of the slit, the position of the intersection between the threshold value and the line segment is determined, and the midpoint is defined as the position of the slit.
【００８２】また、スリットのピーク位置をスリットの
位置とすることも可能である。ピーク位置を画素以下の
精度で求めるために、補間を行う。補間にはいろいろな
手法が考えられるが、例えば、２次関数補間を行うと、
極大値の前後３点を（ｘ１−Δｘ、ｙ０）、（ｘ１、ｙ
１）、（ｘ１＋Δｘ、ｙ２）とすると、ピーク位置は、
ｘ１＋Δｘ（ｙ２−ｙ０）／｛２（２・ｙ１−ｙ２−ｙ
０）｝で表される。The peak position of the slit can be set as the position of the slit. Interpolation is performed to determine the peak position with an accuracy of less than a pixel. Various methods can be considered for interpolation. For example, when a quadratic function interpolation is performed,
The three points before and after the maximum value are (x1-Δx, y0), (x1, y
1), (x1 + Δx, y2), the peak position is
x1 + Δx (y2-y0) / ｛2 (2 · y1-y2-y
0)｝.
【００８３】上記方法は全てスリットの位置を求めると
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１４の重心を求める
アルゴリズム、図３２の閾値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。The above method has been described on the premise that the position of the slit is determined. Instead, the light-shielding portion between the slits, that is, the position of the valley of the detected waveform is determined, and the movement of this position is detected. It is also possible to determine the height of the object. 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 better to find the position of the valley where the waveform disturbance is small.
It is possible to detect the height of the sample by detecting the position of the slit image with a small error regardless of the state of the reflectance of the sample. As a method of detecting the position of the valley, an algorithm for obtaining the center of gravity of FIG. 14 for the waveform −y (x) whose sign is inverted, an algorithm for obtaining a point crossing the threshold value of FIG. 32 by interpolation, or the like may be used. .
【００８４】次に図３３を用いて、リニアイメージセン
サを用いずにマルチスリット像の位置を検出する方法に
ついて述べる。図３３（ａ）に示す如く、光源２０１を
出射した光はマルチスリット状のパターンの描かれたマ
スク２０３を照明する。これは、投影レンズ２１０によ
って試料１０６上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は検出レンズ２１５
でマスクパターン２４５上に結像される。このマスクパ
ターン２４５を通過した光量が光電検出器２４６によっ
て検出される。マスクパターン２４５は２０３と同一の
ピッチを持ったパターンでこれがｈを中心にしてａsin
２πｆtで振動している。これに同期して、光電検出器
２４６の出力２４８が振動する。これを同期検波するこ
とマルチスリット像と振動するマスクパターン２４５の
位置ずれの方向がわかる。これをパターン２４５の振動
中心ｈにフィードバックすれば常にマルチスリット像と
振動するマスクパターン２４５の位置を一致させること
ができる。この時のパターン２４５の振動中心ｈは２ｍ
ｚ・sinθに等しいので、これから試料の高さを求める
ことができる。これをブロック線図で表したのが、図３
３（ｂ）である。発振器２４９がａsin２πｆtの正弦波
状の信号を発生する。これは、掛け算器２５１で、光電
検出器２４６からの信号ｖ（ｔ）（２４８）と掛け合わ
されて、ローパスフィルタ２５２を通る。この信号がマ
スク２４６のマルチスリット像からの位置ずれを示して
いるので、これを減算器２５３（ゲイン２５５から得ら
れるｈ（＝２ｍｚ・sinθ）が減算される。）、積分器
２５４、ゲイン２５５からなる一時遅れループに入力さ
れる。この出力がマスク２４５の振動中心ｈとなる、こ
の信号に発振器２４９からの信号ａsin２πｆtを加算し
た駆動信号２４７によってマスク２４５を駆動する。こ
れによってマルチスリット像とマスクパターン２４５の
振動中心の位置ｈを一致した状態に保つことができる。Next, a method of detecting the position of a multi-slit image without using a linear image sensor will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 33A, the light emitted from the light source 201 illuminates a mask 203 on which a multi-slit pattern is drawn. This is projected onto the position 217 on the sample 106 by the projection lens 210. The multi-slit pattern projected on the sample is
Is imaged on the mask pattern 245. The amount of light that has passed through the mask pattern 245 is detected by the photoelectric detector 246. The mask pattern 245 is a pattern having the same pitch as 203,
Vibrating at 2πft. In synchronization with this, the output 248 of the photoelectric detector 246 oscillates. By performing synchronous detection on this, the direction of misalignment between the multi-slit image and the vibrating mask pattern 245 can be determined. If this is fed back to the vibration center h of the pattern 245, the position of the multi-slit image and the position of the vibrating mask pattern 245 can always be matched. The vibration center h of the pattern 245 at this time is 2 m
Since it is equal to z · sin θ, the height of the sample can be determined from this. This is represented by a block diagram in FIG.
3 (b). The oscillator 249 generates a sinusoidal signal of asin2πft. This is multiplied by the signal v (t) (248) from the photoelectric detector 246 by the multiplier 251 and passes through the low-pass filter 252. Since this signal indicates the displacement of the mask 246 from the multi-slit image, the signal is subtracted from the subtracter 253 (h (= 2 mz · sin θ) obtained from the gain 255), the integrator 254, and the gain 255. Is input to a temporary delay loop consisting of This output becomes the vibration center h of the mask 245. The mask 245 is driven by a drive signal 247 obtained by adding a signal asin2πft from the oscillator 249 to this signal. As a result, the position h of the center of vibration of the multi-slit image and the mask pattern 245 can be kept in agreement.
【００８５】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３５に示すよう
な校正用の標準パターン１３０を図３４に示すように被
検査対象物１０６を保持したステージ２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 SEM device for visual inspection 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. 35 is fixedly arranged on a sample stage on the stage 2 holding the inspection object 106 as shown in FIG. The standard pattern 130 for calibration is
It 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.
【００８６】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３６（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３６（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３６（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
法は、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 standard pattern 130 for calibration 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 By the above measurement, the relationship between the actual height of the sample surface and the optimal focus control current or focus control voltage can be obtained 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
A calibration curve 0 indicates a calibration curve representing the relationship between the actual height of the sample surface and the height detection value measured by the height detecting optical device 200a and the height calculating means 200b, as shown in FIG. 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 value detected by the height detection optical device 200a and the like, the sample surface actual height and the focus control current or the focus control voltage, instead of separately obtaining them. Alternatively, a calibration curve between the value detected by the height detecting optical device 200a or the like shown in FIG. 36C 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 of the calibration standard pattern 130.
【００８７】即ち、図３８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。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≦Ｎ
ｎ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Ｓ４
１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Ｚｄ
ｎ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３６（ｃ）に示す校正
曲線を得るか、または試料片１３０の各位置ｎの実高さ
寸法Ｚｎが既知ならば、Ｚｄｎ、Ｚｎ、Ｉｎから図３６
（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１２０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（Ｓ４４）となる。That is, as shown in FIG. 38, calibration is performed using the standard pattern 130 for calibration. 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. Next, in step S39, the overall control unit 120 instructs the image processing unit 124 to obtain image distortion correction parameters including image magnification correction, image rotation correction, and the like at each height Zn on the calibration sample piece 130, It is stored in the storage means 142.
Next, in step S40, the position n on the sample piece 130
Is changed to n = n + 1, and in step S41, n ≦ N
Steps S31 to S39 are repeated until n is reached.
A focus control signal In that maximizes the sharpness of the image at the height Zdn of each sample piece and image distortion correction parameters including image magnification correction, image rotation correction, and the like are obtained. Next, step S4
If n ≦ Nn is NO in Step 1, in Step S42, the overall control unit 120 sets the uncorrected height detection value Zd
The calibration curve shown in FIG. 36 (c) is obtained from the focus control signal In 2 at which the sharpness of the image at the height Zdn of each of the sample pieces n is maximized, or the actual height dimension Zn at each position n of the sample piece 130 is obtained. If Z is known, Zdn, Zn, and In
(A) Obtain the calibration curves shown in (b). Then, in step S43, the overall control unit 120 obtains parameters of the calibration curve (for example, coefficients of polynomial approximation), stores the parameters in the storage unit 142, and ends (S44).
【００８８】なお、図３５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３７（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３７（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３５、図３７
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。Note that the calibration standard pattern 130 shown in FIG. 35 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. 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. 37B. When the particle beam device has a Z stage, FIGS.
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.
【００８９】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３９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１
４２から校正パラメータを取り出して、高さ計算手段２
００ｂ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。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Ｓ７
５とステップＳ７６とを並列に実行する。ステップＳ３
７において、全体制御部１２０は、ステージ制御装置１
２６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１２
０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１０８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Ｓ
ＥＭ画像を求めて外観検査を行う。A description will now be given, with reference to the processing flow shown in FIG. 39, of performing the visual inspection based on the SEM image by performing calibration using the calibration parameters obtained as described above in the SEM apparatus shown in FIG. 2 or FIG. I do. That is, it is started in step S70. Next, in step S71, the overall control unit 120 sets the storage unit 1
The calibration parameters are extracted from the height calculation means 42 and the height calculation means 2
00b is loaded with the height detection device calibration parameter, the focus control device 109 is loaded with the height-focus control signal calibration parameter, and the deflection control device 108 is loaded with image distortion correction parameters such as image magnification correction. Next, in step S72, the overall control unit 120 instructs the stage control device 126 to move the stage to the stage scanning start position.
Next, step S73, step S74, and step S7
5 and step S76 are executed in parallel. Step S3
7, the overall control unit 120 controls the stage control device 1
26, 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 12
0 indicates to the height calculating means 200b, and the real-time height detection obtained from the height detecting optical device 200a and the corrected detection height information 190 based on the height detecting device calibration parameter obtained by the height calculating means 200b. Output to the focus control device 109 and the deflection control device 108. 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 the focus control device 108 and the deflection control device 109 perform scanning of the electron beam and the correction detection height. Focus correction based on the height-focus control signal calibration parameter based on the correction, and deflection distortion correction based on image distortion correction parameters such as image magnification correction based on the correction detection height are continuously performed. Further, at the same time, in step S76, the overall control unit 120 instructs the image processing unit 124,
An appearance inspection is performed for an EM image.
【００９０】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１
２４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Ｓ７９）。Next, in step S77, at the stage scanning end position, the overall control unit 120 sets the image processing means 1
The inspection result received from the display unit 24 is displayed 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. In step S78, the process ends when the inspection ends (step S79).
【００９１】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、本発明中の光
学式高さ検出器を適用することが可能である。その場
合、図２および図３に示す実施例において、電子銃１０
１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、本発明中の光学式高さ検出器を適用可能であ
る。この場合、図２および図３に示す実施例において、
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。In the embodiment described above, the SEM apparatus (electron beam apparatus) has been described. However, the optical height detector according to the present invention is also applied to other focused charged beam apparatuses such as a focused ion beam apparatus. It is possible to In that case, in the embodiment shown in FIGS.
What is necessary is just to replace 1 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. In addition, the optical height detector according to the present invention can be applied to a processing device in a broad sense including a drawing device using an electron beam. In this case, in the embodiment shown in FIGS. 2 and 3,
Although the secondary electron detector 104 is not always necessary, it is desirable to use the secondary electron detector 104 in the same manner for monitoring the processing state and aligning the sample.
【００９２】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４０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４０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
４０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。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, an automatic focusing mechanism is similarly used by using the height detecting device. Obviously, it can be configured. 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. 40 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,
The light is reflected by the half mirror 195 and forms an image 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,
Although the focusing is performed by moving the objective lens 193 up and down, 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,
Of course, focusing may be performed by raising and lowering the entire optical system including 195, 196, 197, and 194. The optical appearance inspection apparatus may be configured by adding the image processing means 124 shown in FIGS. 2 and 3 to the configuration 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.
【００９３】[0093]
【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。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.
【００９４】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。Further, according to the present invention, in the electron beam type inspection apparatus, the detection of the surface height of the object to be inspected and the control of the electron optical system can be executed in real time. Inspection can be performed by obtaining a high-resolution electron beam image (SEM image) without image distortion, so that the inspection performance and its stability can be improved and the inspection time can be shortened. 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検出
光学装置の第２の実施例である両側投影によって側定位
置ずれを相殺する構成を示す図である。FIG. 15 is a view showing a configuration for canceling a lateral fixed position shift by two-sided projection, which is a second embodiment of the height detecting optical device in the height detecting 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
光学装置の第３の実施例である偏光板を用いて検出誤差
を低減する構成を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a configuration for reducing a detection error by using a polarizing plate, which is a third embodiment of the height detecting optical device in the height detecting device according to the present invention.
【図１７】本発明に係る高さ検出光学装置の実施例にお
いて、試料が傾いた場合の検出位置ずれによる検出誤差
をなくすることを説明するための図である。FIG. 17 is a diagram for explaining that in the embodiment of the height detecting optical device according to the present invention, a detection error due to a detection position shift when the sample is tilted is eliminated.
【図１８】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をなくすることを説明
するための図である。FIG. 18 is a view for explaining eliminating a detection error due to a tilt of a sample in the embodiment of the height detecting optical device according to the present invention.
【図１９】本発明に係る高さ検出装置において、スリッ
トの選択による試料面の高さによる検出位置ずれを起こ
さない高さ検出を説明するための図である。FIG. 19 is a diagram for explaining height detection that does not cause a detection position shift due to the height of the sample surface due to selection of a slit 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、スリッ
トの選択による検出時間遅れと試料の走査による検出位
置ずれを補正できる高さ検出を説明するための図であ
る。FIG. 20 is a diagram for explaining height detection that can correct a detection time delay due to slit selection and a detection position shift due to sample scanning 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、検出さ
れた表面形状データを用いて任意の点の高さ検出を実現
する方法の説明図である。FIG. 21 is an explanatory diagram of a method of realizing the height detection of an arbitrary point using the detected surface shape data in the height detection device according to the present invention.
【図２２】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
めのずである。FIG. 22 is a view 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２３】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
めのずである。FIG. 23 is a view 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２４】本発明に係る高さ検出装置から検出された表
面形状データを用いて電子線の動的焦点調節を行う説明
図である。FIG. 24 is an explanatory diagram for performing dynamic focus adjustment of an electron beam using surface shape data detected by the height detection 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両側
投影によって測定位置ずれを相殺する構成の別の実施例
を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing another embodiment of a configuration for canceling a measurement position shift by bilateral projection in the height detecting optical device according to the present invention.
【図２６】本発明に係る高さ検出光学装置において両側
投影によって測定位置ずれを相殺する構成の別の実施例
を示す図である。FIG. 26 is a view showing another embodiment of a configuration for canceling a measurement position shift by bilateral projection in the height detecting optical device according to the present invention.
【図２７】本発明に係る高さ検出光学装置において検出
器を上下させることにより常に同一の位置を検出する実
施例を示す図である。FIG. 27 is a diagram showing an embodiment in which the same position is always detected by moving the detector up and down in the height detecting optical device according to the present invention.
【図２８】本発明に係る高さ検出光学装置による投影ス
リットの方向と試料上パターンを示す図である。FIG. 28 is a diagram showing a direction of a projection slit and a pattern on a sample by the height detecting optical device according to the present invention.
【図２９】本発明に係る高さ検出光学装置による検出位
置ずれとその減少の方法を示す図である。FIG. 29 is a diagram showing a detection position shift by the height detection optical device according to the present invention and a method of reducing the same.
【図３０】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. 30 is a diagram showing a configuration example for measuring a height distribution on a surface by the height detecting optical device according to the present invention.
【図３１】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. 31 is a diagram 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３２】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. 32 is a diagram showing an embodiment for measuring the edge position of a slit, which is a height detection algorithm processed by height calculation means in the height detection device according to the present invention.
【図３３】本発明に係る高さ検出装置において振動する
マスクによってマルチスリット像の位置を測定する実施
例を示す図である。FIG. 33 is a diagram showing an example in which the position of a multi-slit image is measured by a vibrating mask in the height detection device according to the present invention.
【図３４】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. 34 is a view showing an electron beam apparatus or the like in which a standard pattern for calibration is arranged on an XY stage.
【図３５】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. 35 is a perspective view showing an embodiment of a calibration standard pattern having an inclined portion.
【図３６】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. 36 is a view for explaining a calibration curve obtained using a standard pattern for calibration in the electron beam apparatus and the like according to the present invention.
【図３７】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. 37 is a perspective view showing another embodiment of the standard pattern for calibration.
【図３８】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. 38 is a diagram showing a processing flow for obtaining calibration parameters.
【図３９】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. 39 is a view showing a schematic flow of inspecting 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４０】本発明に係る光学式外観検査の一実施の形態
を示す概略構成図である。FIG. 40 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of an optical appearance inspection according to the present invention.
【図４１】個々のスリットを特定して個々のスリットの
移動量（２ｍｚ・sinθ）が検出でき、広い範囲で正常
に高さ検出ができるマルチスリット状パターン（格子状
パターン）の実施例を示す図である。FIG. 41 shows an embodiment of a multi-slit pattern (lattice pattern) in which individual slits are specified, the amount of movement of each slit (2 mz · sin θ) can be detected, and the height can be normally detected in a wide range. FIG.
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）、１
０３（３３）…対物レンズ、１０４…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、１０８…偏向制御装置、
１０９…焦点制御装置、１１０…上方観察系の光軸、１
１５…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）、１２
５…試料台電位調整手段、１２６…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、１４２…記憶装置、１４３…表示手段、２００…高
さ検出装置、２００ａ…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、２１３…シリンドリカルレンズ、２１４…ラ
インイメージセンサ、２１５…検出レンズ、２１６…検
出絞り、２１７…高さ測定位置、２２０…投影・検出レ
ンズ、２４０…偏光フィルタ、２４１…偏光ビームスプ
リッタ、２４２…１／４波長板、２４５…振動マスク、
２４６…光電検出器、２４７…マスク駆動信号、２４８
…検出信号、２５１…乗算器、２５２…ローパスフィル
タ、２５３…減算器、２５４…積分器、２５５…ゲイン
要素、２６４…レンズ、２６５…反射鏡、２６６…ルー
フミラー。Reference numeral 24: transmission means, 32: condenser lens, 37: retarding electrode, 38: ground electrode, 40: preprocessing circuit, 100: electron beam apparatus (inspection room), 101 (31)
Electron source, 102 (34): deflection element (scanning deflector), 1
03 (33): Objective lens, 104: Secondary electron detector,
2, 105: stage, 106: sample (object to be inspected), 107: laser measuring system, 108: deflection control device,
109: Focus control device, 110: Optical axis of upper observation system, 1
Reference numeral 15: 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), 12
5: sample stage potential adjusting means, 126: stage controller,
127: grid potential adjusting means, 130: standard pattern, 142: storage device, 143: display means, 200: height detecting device, 200a: height detecting optical device, 200b ...
Height calculation means, 201: light source, 202: condenser lens, 203: multi-slit mask, 205: half mirror, 206: reflecting mirror, 210: projection lens, 211 ...
Projection stop, 213: cylindrical lens, 214: line image sensor, 215: detection lens, 216: detection stop, 217: height measurement position, 220: projection / detection lens, 240: polarizing filter, 241: polarizing beam splitter, 242 ... 1/4 wavelength plate, 245 ... vibration mask,
246: photoelectric detector, 247: mask drive signal, 248
.., Detection signal, 251, multiplier, 252, low-pass filter, 253, subtractor, 254, integrator, 255, gain element, 264, lens, 265, reflecting mirror, 266, roof mirror.
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｊ 37/22 ５０２ Ｈ０１Ｊ 37/22 ５０２Ｈ 37/244 37/244 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ (72)発明者 品田 博之 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (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Continued on the front page (51) Int.Cl.6 Identification symbol FI H01J 37/22 502 H01J 37/22 502H 37/244 37/244 H01L 21/66 H01L 21/66 J (72) Inventor Hiroyuki Shinada Kokubunji, Tokyo 1-280, Higashi-Koigakubo, Hitachi Central Research Laboratories, Ltd. (72) Inventor Yasutoshi Usami 882 Ma, Hitachinaka-shi, Ibaraki Pref.Measurement Division, Hitachi, Ltd.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10220677AJPH11149895A (en) | 1997-08-11 | 1998-08-04 | Electron beam type inspection or measuring device and method, height detecting device and electron beam type drawing device |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-216604 | 1997-08-11 | ||
| JP21660497 | 1997-08-11 | ||
| JP10220677AJPH11149895A (en) | 1997-08-11 | 1998-08-04 | Electron beam type inspection or measuring device and method, height detecting device and electron beam type drawing device |
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|---|---|
| JPH11149895Atrue JPH11149895A (en) | 1999-06-02 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP10220677APendingJPH11149895A (en) | 1997-08-11 | 1998-08-04 | Electron beam type inspection or measuring device and method, height detecting device and electron beam type drawing device |
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|---|---|
| JP (1) | JPH11149895A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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