JP2006227108A - Manipulation device for fine work of electron microscope - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manipulation device for fine work of an electron microscope constituted by mounting a dual probe which enables an operator not only to observe an extremely fine and minute sample but also to smoothly and surely perform electric measurement and further electric super-fine working while observing an image by the microscope. <P>SOLUTION: In the manipulation device for the minute work of the electron microscope, the dual probe 10 comprising a main probe 11 and a sub probe 12 bonded to the main probe 11 is provided to one or two or more manipulator units driven in X-axis, Y-axis and Z-axis directions and rotatable around a T-axis and/or an R-axis independently of each other. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、極めて微細な顕体試料を、電子顕微鏡の視野下に捉えて、その画像を観察しながら該顕体試料の性能評価等の微細作業を行なうための装置に関するものであり、更に詳しくは、半導体集積回路などの製造工程において、デバイス微小部分等の不良解析、性能評価等の作業を電気的な測定により行なうマニピュレーション装置を提供する。   The present invention relates to an apparatus for capturing an extremely fine specimen sample under the field of view of an electron microscope and performing fine operations such as performance evaluation of the specimen specimen while observing the image. Provides a manipulation apparatus that performs work such as failure analysis of device micro-parts, performance evaluation, and the like by electrical measurement in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit or the like.

従来、半導体デバイス等微小な顕体試料を、単に顕微鏡で観察するだけではなく、顕微鏡下で極めて微細な加工を行なうという所謂微細作業は、一般的に行なわれていた。しかしながら、その対象物が毎年微細化の方向に移行しつつあるのみならず、その分野もエレクトロニクス分野から、遺伝子組み換え作業等の技術を含んだバイオ分野まで多様化しつつある。特に近年、半導体デバイスの高集積化に伴う作業の微細化、高度化に対する要求と重要性に対応して、マイクロマシンを応用し、顕体試料を顕微鏡視野の中に捉えてマニピュレータを用いて電気的な測定、解析作業を行なう技術の重要性はより高まりつつある。   Conventionally, a so-called fine operation in which a very small sample such as a semiconductor device is not only observed with a microscope but also subjected to extremely fine processing under the microscope has been generally performed. However, not only the objects are shifting to miniaturization every year, but the field is also diversifying from the electronics field to the bio field including technologies such as genetic recombination work. In particular, in response to the demands and importance of miniaturization and sophistication associated with high integration of semiconductor devices in recent years, micromachines are applied, and specimen samples are captured in the microscope field of view and electrically operated using a manipulator. The importance of techniques for accurate measurement and analysis work is increasing.

就中、半導体デバイスの微小領域への微細作業(プロービング)を行なう半導体デバイス不良解析用マイクロマニピュレーション装置の開発の要求も多い。このような微細作業は、通常の生産あるいは検査工程における単純な繰り返し作業とは異なり、一つ一つの作業を、オペレーターが顕微鏡の視野下でマニピュレータをマニュアルで動かし、特殊な機能を持たせたプローブ(触針)を作用させて行なうのが実情である。   In particular, there are many demands for developing a micromanipulation apparatus for semiconductor device failure analysis that performs fine work (probing) on a minute region of a semiconductor device. This kind of fine work is different from simple repetitive work in normal production or inspection processes, and each work is performed manually by the operator moving the manipulator under the microscope's field of view. It is the actual situation to work with (stylus).

顕微鏡の視野下において、マニピュレータに取り付けられたマイクロプローブを操作して顕体試料の正確な移動や加工を行なう装置については、例えば特許文献1において開示されており、更にマニピュレータに取り付けられた電気的機能を有するマイクロプローブを操作して顕体試料の電気的特性の測定作業を行なう装置については、例えば特許文献2にて顕微鏡下での微細試料とマイクロプローブの動きを連動せしめ、三次元の方向での位置決め、移動や加工を行ない易くした装置が開示されている。   An apparatus for operating a microprobe attached to a manipulator to accurately move or process a specimen sample under the microscope's field of view is disclosed in, for example, Patent Document 1 and further electrically connected to the manipulator. For an apparatus that operates a microprobe having a function to measure the electrical characteristics of a specimen sample, for example, in Patent Document 2, the movement of the microprobe and the microprobe under the microscope is linked to provide a three-dimensional direction. An apparatus is disclosed that facilitates positioning, movement, and processing.

これらの装置においては、微小な作業に必要とされる顕体試料とプローブを取り付けたマニピュレータの動きは、各々顕体試料を載置する作業台とマニピュレータに搭載したピエゾ素子にフィードバック用の変位検出機能を付加したものが用いられており、これによれば、数10μmレベルの微小移動が可能であり、変位検出手段にもよるが、極めて高い分解能も比較的容易に実現する事が可能である。それぞれのマニピュレータ、即ち、それぞれのプローブにX、Y、Z軸方向への微小直線移動が行なえるようにすることで、三次元レベルでの微細な作業を確実に行なうことを可能にしている。   In these devices, the movement of a manipulator equipped with a specimen and a probe, which are required for micro work, is detected by a work table on which the specimen is placed and a piezo element mounted on the manipulator for detecting displacement for feedback. A function-added one is used. According to this, a minute movement of several tens of μm is possible, and although depending on the displacement detection means, extremely high resolution can be realized relatively easily. . By making minute movements in the X, Y, and Z axis directions to each manipulator, that is, each probe, it is possible to reliably perform a fine work on a three-dimensional level.

従来この種のマイクロマニピュレーション装置を例えばバイオテクノロジー分野に適用する場合は、実際の微細加工作業においてマイクロプローブおよび顕体試料の動きを自在に制御し、マイクロプローブの動きをゆっくりと確実に行ない顕体試料にダメージを与えないことが重要であり、これにより顕体試料の移動、切断、穿孔、切除、剥離、貼り付け、接合といった基本作業を確実に行なうことができる。ここにおいて用いられるマイクロプローブは、それを動かすことによって顕体試料に対する上述の基本作業を好適に行なうことを目的とするものであって、太さや形状、先端の形態を適宜変えることによって多様に対応しうるものである。   Conventionally, when this kind of micromanipulation device is applied to, for example, the biotechnology field, the movement of the microprobe and the specimen is freely controlled in the actual microfabrication work, and the movement of the microprobe is performed slowly and reliably. It is important that the sample is not damaged, so that basic operations such as movement, cutting, drilling, excision, peeling, pasting, and joining of the specimen can be reliably performed. The microprobe used here is for the purpose of suitably performing the above-mentioned basic work on the specimen by moving it, and can be used in various ways by changing the thickness, shape, and shape of the tip as appropriate. It is possible.

前述の如く、応用範囲の拡大といった見地から、これらの装置を例えば、半導体関連技術、即ちIC、LSI等の電子部品の検査工程に応用する場合においては、顕体試料の移動、切断、穿孔、切除、剥離、貼り付け、接合といった基本的作業よりもむしろ、抵抗値、導電率や電流値あるいは電流波形の測定、電圧印加、絶縁性の確認等の、従来の半導体検査装置で行なわれている、例えば電気的機能性を有する作業が必要となる。しかしながら、従来の半導体デバイス検査装置等で使用されるプローブカードは例えば特許文献3に示されている如く、複数の電気的機能性を有するプローブを有し、それにより半導体素子の特定部分の検査を行なうのであるが、一度プローブの精密な位置を決定してしまった後はその位置を変えることなく、流れ作業で供給される半導体素子に対して単純繰り返し作業で効率よく所定の検査作業を繰り返すことをその最大の特徴とするものである。   As described above, from the viewpoint of expanding the application range, when these devices are applied to, for example, semiconductor-related technologies, that is, inspection processes for electronic components such as ICs and LSIs, the movement of specimens, cutting, drilling, Rather than basic work such as excision, peeling, pasting, and joining, it is performed by conventional semiconductor inspection equipment such as resistance value, conductivity, current value or current waveform measurement, voltage application, insulation confirmation, etc. For example, an operation having electrical functionality is required. However, a probe card used in a conventional semiconductor device inspection apparatus or the like has a probe having a plurality of electrical functionalities as shown in, for example, Patent Document 3, thereby inspecting a specific portion of a semiconductor element. Once the precise position of the probe has been determined, the predetermined inspection work can be repeated efficiently and simply by repeating the semiconductor element supplied by the flow work without changing the position. Is the biggest feature.

また、従来の不良解析装置では、集積回路全体が正常であるかの測定を行なう事は可能だったが、不良箇所を特定するレベルでの測定、検査を行なう事は出来なかった。更に、ある程度不良箇所を特定できる解析装置も開発されてきたが、次世代デバイスに想定される数十nmクラスの回路パターンに対応することは難しく、現状一般化されている駆動機構およびマイクロプローブをより高分解能化する必要があった。また、このような不良解析の駆動機構を実現しても、数十nmクラスの回路パターンを直接測定する場合は、接触圧をnNクラスで制御しなくては回路パターンを破壊してしまう問題がある。更に、駆動機構や接触圧を制御しても、外部や内部からくる振動等のノイズの影響から、回路パターンに接触させた作業ツールがドリフトにより回路パターン外にずれるという問題点が指摘されていた。更に、複数のマイクロプローブ針先端で同時に電圧・電流の印加・測定を行なう場合に、広い領域での測定においては、最低2つ以上の全てのマイクロプローブ針を電子顕微鏡画像の中に映し出す事ができないという問題点も指摘されていた。   In addition, in the conventional failure analysis apparatus, it was possible to measure whether the entire integrated circuit is normal, but it was not possible to perform measurement and inspection at a level for specifying the defective portion. Furthermore, analysis devices that can identify a defective part to some extent have been developed. However, it is difficult to cope with a circuit pattern of several tens of nanometers expected for next-generation devices. It was necessary to increase the resolution. Even when such a failure analysis drive mechanism is realized, when a circuit pattern of several tens of nm class is directly measured, the circuit pattern may be destroyed unless the contact pressure is controlled by the nN class. is there. Furthermore, even if the drive mechanism and contact pressure are controlled, there has been a problem that the work tool brought into contact with the circuit pattern is shifted out of the circuit pattern due to drift due to the influence of noise such as vibration coming from the outside or inside. . Furthermore, when applying and measuring voltage and current simultaneously at the tips of multiple microprobe needles, it is possible to project at least two or more microprobe needles in an electron microscope image when measuring over a wide area. The problem of being unable to do so was also pointed out.

更に、従来のステージ装置では、ステージの操作性が悪かったため、ナノオーダーの微細な作業を実現するにはオペレーターの熟練が必須条件となっていた。また、電子顕微鏡にて作業をおこなう場合は、試料や電極交換時に真空環境および電子顕微鏡に設けてある予備排気室を一度開放する必要もあったため、作業に必要となる時間の短縮も大きな課題であった。   Furthermore, in the conventional stage apparatus, since the operability of the stage was poor, the skill of the operator was an indispensable condition for realizing a fine work on the nano order. Also, when working with an electron microscope, it was necessary to open the vacuum environment and the preliminary exhaust chamber provided in the electron microscope once when exchanging samples and electrodes. there were.

すなわち、上述の従来の装置は、微小部分の固定点間の測定等を連続的に繰り返し行なう作業には適しているが、ある面上の中の任意の作業点を探索し、その位置に自在にマイクロプローブ針先を移動し必要作業を行なうという目的には適していない。新しいIC、LSI等の電子部品の研究開発等に求められる作業は、例えば微細回路パターンが集積されたシリコンデバイスウェーハ上全面を、オペレーターが顕微鏡画像を観察しながら自在にマイクロプローブ針先を操作し、目視で確認しながら任意の箇所で針先を位置決めし、然る後針先を微動せしめ、必要な微細作業を行なうという作業である。特に、ナノレベルでの回路の複雑化、集積度の向上や原材料であるシリコンウェーハサイズの大型化の傾向が顕著である現在、このような微細作業が容易にできる装置の開発が電子部品の研究開発部門等から強く要望されていた。   In other words, the above-described conventional apparatus is suitable for work that continuously repeats measurement between fixed points of a minute part, but searches for an arbitrary work point on a certain surface and freely adjusts its position. However, it is not suitable for the purpose of moving the microprobe needle tip and performing necessary work. The work required for research and development of electronic parts such as new ICs and LSIs is, for example, that the operator freely operates the microprobe needle tip while observing the microscopic image over the entire surface of the silicon device wafer on which fine circuit patterns are integrated. The needle tip is positioned at an arbitrary position while visually confirming, and then the needle tip is finely moved to perform necessary fine work. In particular, the trend of nano-level circuit complexity, improvement in integration, and increase in the size of silicon wafers, which are raw materials, is remarkable. It was strongly requested by the development department.

近年、ナノスケール形状の微小材料の研究や各分野への応用が盛んに取り組まれている。その微小材料を研究・応用するにあたり、ナノスケールの位置決めをおこなう事を可能としたステージが商品化されている。しかし、そのどれもが導入に関する投資金が高額であり、ステージを搭載する電子顕微鏡と同等やそれ以上の金額(最大1億円以上になる)が必要になっているのが現状である。また、これらの位置決めステージも、接触圧検知機構、加熱機構、複数電極制御等の全てを兼備する装置ではない。
特開2000−221409号公報 特開2002−365334号公報 特開平5−55317号公報
In recent years, research on nanoscale-shaped micromaterials and their application to various fields have been actively pursued. Stages that enable nano-scale positioning have been commercialized for research and application of such micromaterials. However, all of them are expensive to introduce, and the current situation is that the amount of money (up to 100 million yen or more) equal to or higher than that of an electron microscope equipped with a stage is required. In addition, these positioning stages are not devices that have all of the contact pressure detection mechanism, the heating mechanism, the multiple electrode control, and the like.
JP 2000-221409 A JP 2002-365334 A JP-A-5-55317

本発明者等は、上述の問題点に鑑み、顕微鏡観察画像視野下で顕体試料とマイクロプローブの針先を観察しながら、広範囲に亘るマイクロプローブの移動と位置決めを効率的に行ない、同時に操作性および確実性に優れた微細作業を行なうことのできるマニピュレーション装置について鋭意研究を行なったものである。すなわち、本発明者等は、機能性、特に電気的機能とナノレベルの回路等に対応させるために、マイクロプローブ装置のマイクロプローブ(メインプローブ)にナノスケール径の微小針(サブプローブ)を接合させること、つまり、デュアルプローブ化を行なうことで顕体試料の微細部分の電気的測定、加工を効率的に行なうことが可能であることを見出したものである。本発明の目的は半導体素子等の極めて微細かつ精緻な顕体試料の観察のみならず、オペレーターが顕微鏡の画像を観察しながら、電気的測定、さらには電気的超微細加工を、円滑かつ確実に行なうことを可能とするデュアルプローブを載置した電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置を提供することにある。   In view of the above problems, the present inventors efficiently move and position the microprobe over a wide range while simultaneously observing the specimen and the probe tip of the microprobe under the microscope observation image field of view. This is the result of earnest research on a manipulation device that can perform fine work with excellent reliability and reliability. In other words, the present inventors joined a micro-needle (sub-probe) with a nanoscale diameter to a micro-probe (main probe) of a micro-probe device in order to cope with functionality, particularly electrical functions and nano-level circuits. In other words, it has been found that electrical measurement and processing of a fine portion of a specimen sample can be efficiently performed by making a dual probe. The purpose of the present invention is not only to observe extremely fine and precise specimen samples such as semiconductor elements, but also to make electrical measurements and even electrical ultrafine processing smoothly and reliably while the operator observes the microscope image. An object of the present invention is to provide an electron microscope micromanipulation manipulator on which a dual probe is mounted.

上述の目的は、X軸、Y軸、Z軸方向への駆動及びT軸および/またはR軸の回転が各々独立に可能な1つ又は2つ以上のマニピュレータユニットにメインプローブとそれに接合するサブプローブよりなるデュアルプローブを載置することを特徴とする電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置により達成する。そして、この装置におけるサブプローブは電気的機能を有するナノスケールの微小径電極であることが望ましく、電気的測定において、サブプローブを試料の測定個所へ直接接合することで、外部からの振動ノイズ、ドリフトを吸収する機能を持たせ、デュアルプローブはプローブの加熱およびコンタミ抑制のための加熱機構を組み込んだデュアルプローブユニットに取り付けられていることが好ましい。   The above-described object is to provide one or more manipulator units each capable of driving in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and rotating the T-axis and / or the R-axis independently of the main probe and the sub-joint connected thereto. This is achieved by an electron microscope micromanipulation manipulator characterized by mounting a dual probe comprising a probe. The sub-probe in this apparatus is preferably a nano-scale micro-diameter electrode having an electrical function. In electrical measurement, the sub-probe is directly joined to the measurement location of the sample, so that vibration noise from the outside, The dual probe is preferably attached to a dual probe unit that incorporates a heating mechanism for heating the probe and suppressing contamination.

そして、デュアルプローブユニットには、接触圧検知機構および/または加熱機構が取り付けられており、マニピュレータユニットにはデュアルプローブユニットおよび/または交換用サブプローブおよび/またはガス導入微細管が載置され、前記交換用サブプローブが汎用電子顕微鏡の真空観察下又は微細作業時に交換可能であることが望ましい。
更に、本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置において、X軸、Y軸、Z軸方向への駆動及びθ軸の回転が可能な試料台ユニットが搭載され、該試料台ユニットに試料台と交換用サブプローブが載置されている。
前述の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置においては、微細作業は汎用電子顕微鏡の真空環境観察下にて行なわれる。ここでいう汎用電子顕微鏡とは例えば走査型電子顕微鏡(SEM)をいう。
The dual probe unit is equipped with a contact pressure detection mechanism and / or a heating mechanism, and the manipulator unit is mounted with a dual probe unit and / or a replacement sub-probe and / or a gas introduction microtube. It is desirable that the replacement sub-probe is replaceable under vacuum observation of a general-purpose electron microscope or during fine work.
Further, in the manipulation apparatus for fine operation of the electron microscope of the present invention, a sample stage unit capable of driving in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and rotating the θ-axis is mounted, and the sample stage unit is replaced with a sample stage. A sub-probe is mounted.
In the above-described electron microscope fine work manipulation device, the fine work is performed under the observation of the vacuum environment of a general-purpose electron microscope. The general-purpose electron microscope here refers to, for example, a scanning electron microscope (SEM).

本発明になるデュアルプローブ電極を搭載した電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置を用いることにより、従来不可能とされていた数十nmクラスの回路パターン内の、任意の特定点間に複数の電気的機能を有するプローブ針で直接電気的測定をしたり、従来通りのサイズの回路パターンの高信頼電気的測定や微細加工等の微細作業を行なうことが容易にかつ迅速にできるようになった。
更に、本発明になるデュアルプローブ電極を搭載した電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置を用いることにより、従来不可能とされていた有機物に対する細胞等の膜圧測定および微細ナノ加工・実験、その他無機物に対してもミクロ・ナノオーダーでの強度測定および物理特性評価を行なう事ができるようになった。
By using an electron microscope micromanipulation manipulator equipped with a dual probe electrode according to the present invention, a plurality of electrical functions between arbitrary specific points in a circuit pattern of tens of nm class, which has been impossible in the past, It is now possible to easily and quickly carry out electrical measurements directly with a probe needle having the above, or perform fine operations such as highly reliable electrical measurement and microfabrication of a circuit pattern of a conventional size.
Furthermore, by using the electron microscope micromanipulation manipulator equipped with the dual probe electrode according to the present invention, it is possible to measure the membrane pressure of cells, etc. for organic substances, which has been impossible in the past, and to perform micro-nano processing / experiments, and other inorganic substances. However, it has become possible to measure the strength and physical properties on the micro / nano order.

本発明に係る電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置について詳細に述べる。電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置は、マニピュレータユニットおよび/または試料台ユニットには交換用サブプローブが載置されており、デュアルプローブのメインプローブに接合されたサブプローブは前記交換用サブプローブと交換が可能である。サブプローブの交換作業に伴う接合作業は、マニピュレータユニットに載置されたガス導入微細管により独立で駆動して局部的な接合作業が可能であり、微細作業と同じく汎用電子顕微鏡の真空環境観察下で行なうことができるものである。また、サブプローブは、電気的機能を有するナノスケールの微小径電極であることが好ましい。   The manipulation device for fine operation of an electron microscope according to the present invention will be described in detail. In the electron microscope micromanipulation manipulator, a replacement sub-probe is placed on the manipulator unit and / or the sample stage unit, and the sub-probe joined to the main probe of the dual probe can be replaced with the replacement sub-probe. Is possible. The joint work associated with the sub-probe replacement work can be driven locally by a gas-introducing micropipe placed on the manipulator unit, allowing local joint work. It can be done with. The sub-probe is preferably a nano-scale minute electrode having an electrical function.

本発明でいうマニピュレータユニットがT軸および/またはR軸の回転が可能であるとは、マニピュレータユニットがθx軸ないしθy軸および/またはθz軸を中心に自在に上下左右に傾斜しうる構造であることをいい、試料台ユニットのθ軸の回転とは、試料台ユニットに載置されている試料台がθz軸(縦軸)回りを360度回転することが可能であることをいう。   The manipulator unit referred to in the present invention is capable of rotating the T-axis and / or the R-axis so that the manipulator unit can be tilted up, down, left, and right freely around the θx axis, the θy axis, and / or the θz axis. In other words, the rotation of the θ axis of the sample stage unit means that the sample stage placed on the sample stage unit can rotate 360 degrees around the θz axis (vertical axis).

微細領域での電気的測定を目的とした本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置に使用するデュアルプローブはデュアルプローブユニットに載置され、該デュアルプローブユニットはマニピュレータユニットに搭載されており、該マニピュレータユニットは、試料台および/または加熱機構が載置された試料台ユニットとは別個に設けられており、各々独立の動きをするものである。更に、該デュアルプローブユニットには加熱機構および接触圧検知機構が取り付けられている。   The dual probe used in the manipulation apparatus for fine operation of the electron microscope of the present invention for the purpose of electrical measurement in a fine region is mounted on a dual probe unit, and the dual probe unit is mounted on the manipulator unit. The unit is provided separately from the sample stage and / or the sample stage unit on which the heating mechanism is placed, and each unit moves independently. Furthermore, a heating mechanism and a contact pressure detection mechanism are attached to the dual probe unit.

デュアルプローブユニットには、絶縁接合されたヒーターによる加熱機構が取付けられている。この加熱機構は、プローブ自体を加熱するのみならず、電子顕微鏡の真空環境内を浮遊する炭化水素が電子ビームにより堆積し汚染する現象(コンタミネーション)の抑制および制御をおこなうことが可能である。例えば、無誘導巻きされたタングステンヒーターやフィルムヒーターを用いることにより、0℃〜200℃の加熱と温度コントロールが可能である。   The dual probe unit is provided with a heating mechanism using an insulation bonded heater. This heating mechanism not only heats the probe itself, but also can suppress and control the phenomenon (contamination) that hydrocarbons floating in the vacuum environment of the electron microscope are deposited and contaminated by the electron beam. For example, by using a non-inductively wound tungsten heater or film heater, heating at 0 ° C. to 200 ° C. and temperature control are possible.

また、デュアルプローブユニットには、接触圧検知機構が取付けられている。この機構は、微細作業時や測定作業時に試料やプローブにダメージを与えないようにすることが目的である。例えば、デュアルプローブに直接あるいはデュアルプローブを固定している箇所へ歪みセンサー等を貼り付けて直接接触圧を検知する。その感度は、分解能100nN以下であることが好ましい。さらに、この接触圧検知機構により試料の強度、膜圧等を測定することも可能である。   Further, a contact pressure detection mechanism is attached to the dual probe unit. The purpose of this mechanism is to prevent damage to the sample and probe during fine work and measurement work. For example, the contact pressure is directly detected by attaching a strain sensor or the like directly to the dual probe or to a place where the dual probe is fixed. The sensitivity is preferably a resolution of 100 nN or less. Furthermore, it is possible to measure the strength, film pressure, etc. of the sample by this contact pressure detection mechanism.

本発明において、微細作業は、顕微鏡視野下でマニピュレータユニットに搭載されたデュアルプローブユニットのプローブ先端と試料台ユニットに載置された顕体試料を観察しながら、前記顕体試料と前記デュアルプローブとを自在に動かしながら行なうものである。また、上述の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置においては、デュアルプローブユニットを搭載したマニピュレータユニットが1つ又は2つ以上設置されていることが肝要である。   In the present invention, the fine work is performed while observing the probe tip of the dual probe unit mounted on the manipulator unit and the specimen sample placed on the sample stage unit under the microscope field of view. It is performed while moving freely. Moreover, in the above-described electron microscope micromanipulation manipulator, it is important that one or two or more manipulator units equipped with a dual probe unit are installed.

本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置のマニピュレータユニットおよび/または試料台ユニットには交換用サブプローブを載置することができる。デュアルプローブのメインプローブに接合されたサブプローブは前記交換用サブプローブとの交換が可能である。前述の通りマニピュレータユニットと試料台ユニットとは各々独立の動きをするものであるから、各々に載置されたデュアルプローブと交換用サブプローブは完全に独立した動きをするものである。従って、デュアルプローブを構成するサブプローブを他の交換用サブプローブと交換する際には、観察チャンバー内の真空を開放せず観察視野内で確認しながら交換作業を行なうことができ、効率的な時間短縮が可能である。交換用サブプローブがマニピュレータユニットに載置されている場合は、他のマニピュレータユニットに載置されたデュアルプローブのサブプローブとの交換に用いられる。   An exchange sub-probe can be placed on the manipulator unit and / or sample stage unit of the manipulation apparatus for fine operation of the electron microscope of the present invention. The sub-probe joined to the main probe of the dual probe can be replaced with the replacement sub-probe. As described above, since the manipulator unit and the sample stage unit move independently from each other, the dual probe and the replacement sub-probe placed on each move completely independently. Therefore, when replacing the sub-probe constituting the dual probe with another replacement sub-probe, the replacement work can be performed while checking the observation field of view without opening the vacuum in the observation chamber. Time can be shortened. When the replacement sub-probe is mounted on the manipulator unit, it is used for replacement with a dual probe sub-probe mounted on another manipulator unit.

本発明にいうデュアルプローブとは、2種類の電極を一体化させたプローブである。その2種類の電極は、ミクロンオーダーでの作業・測定に対応したメインプローブ(マイクロプローブ)とナノオーダーでの作業・測定に対応したサブプローブ(ナノプローブ)から構成されている。各メイン・サブプローブ共に微細作業および電気的測定が可能である。特に電気的測定とは、例えば、電流・電圧の測定や印加、多数電極を使用したコンデンサ等の性能評価を指すものである。   The dual probe referred to in the present invention is a probe in which two types of electrodes are integrated. The two types of electrodes are composed of a main probe (microprobe) corresponding to work / measurement in the micron order and a sub-probe (nanoprobe) corresponding to work / measurement in the nanoorder. Each main and sub probe can perform fine work and electrical measurement. In particular, electrical measurement refers to, for example, measurement and application of current and voltage, and performance evaluation of a capacitor using a large number of electrodes.

上述のデュアルプローブは、ミクロンオーダー領域での電気測定を行なう場合はメインプローブで行ない、ナノオーダー微細領域での電気測定を行なう場合はメインプローブの先端に微小径材料のサブプローブを電気的機能を保ったまま取り付けて、そのサブプローブで電気的特性値の測定作業を行なう。具体的には、ミクロンオーダー領域での測定はメインプローブの先端を測定点に接触させ、この場合はサブプローブも試料に接触しているが問題は無い。ナノオーダー領域での測定の場合は、サブプローブの先端が測定点に接触するようにしてマニピュレータユニットと試料台ユニットを操作して行なう。このとき、メインプローブは試料に接触していない。   The dual probe described above performs the electrical function with the main probe when performing electrical measurements in the micron-order region, and with a sub-probe of a small diameter material at the tip of the main probe when performing electrical measurements in the nano-order minute region. Install it while keeping it, and measure the electrical characteristics with the sub-probe. Specifically, in the measurement in the micron order region, the tip of the main probe is brought into contact with the measurement point. In this case, the sub probe is also in contact with the sample, but there is no problem. In the case of measurement in the nano-order region, the manipulator unit and the sample stage unit are operated so that the tip of the sub probe is in contact with the measurement point. At this time, the main probe is not in contact with the sample.

また、数十nmクラスの回路パターンを直接測定する場合には、サブプローブの高強度特性を利用してサブプローブを回路パターンへ直接接合(ボンディング)させて必要な測定作業を行なうことができる。この場合、メインプローブと顕体試料の測定点が、サブプローブを介して接合されることとなるので、単に接触している場合と比較して、振動、ドリフト等によるノイズを無視した正確な電気測定を行なうことが可能である。このような方式で測定を行なう場合は、測定作業が終了した時点でサブプローブは切断され使い捨てとなる。   When a circuit pattern of several tens of nm class is directly measured, a necessary measurement work can be performed by directly bonding (bonding) the sub-probe to the circuit pattern using the high-intensity characteristic of the sub-probe. In this case, since the measurement points of the main probe and the specimen are joined via the sub-probe, it is more accurate to ignore noise due to vibration, drift, etc. compared to the case of simply contacting. Measurements can be made. When measurement is performed by such a method, the sub-probe is cut and disposable when the measurement operation is completed.

更に、本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置は、真空下の観察チャンバー内にてマニピュレータユニットに搭載されたガス導入用微細管からなる電子線を利用したCVD接合法等によるサブプローブの交換が可能である。メインプローブとサブプローブは、形状、太さ等の異なるものを選定して組合わせ、多様なデュアルプローブにする事ができる。特に、サブプローブは、真空環境の観察視野内で形状等の選定ができ、試料に最適なプローブを使用することが可能となる。   Furthermore, the electron microscope micromanipulation apparatus according to the present invention is capable of exchanging subprobes by a CVD bonding method using an electron beam composed of a gas introduction microtube mounted on a manipulator unit in an observation chamber under vacuum. Is possible. The main probe and the sub-probe can be selected and combined with different shapes, thicknesses, etc., to make various dual probes. In particular, the shape of the sub-probe can be selected within the observation field of the vacuum environment, and the probe most suitable for the sample can be used.

本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置のデュアルプローブは上述の如くメインプローブ(マイクロプローブ)の先端に、ナノスケールの微小径電極のサブプローブ(ナノプローブ)を、電気特性を保ったまま取り付けた構成である。メインプローブの材料は、非磁性、導電性に優れた材料、例えばタングステン、金、白金、燐青銅等であることが好ましい。また、サブプローブの材料は、ナノオーダーで高強度、電気的特性を有する材料、例えば、カーボンナノチューブ、ナノワイヤー、ナノスプリング等であることが好ましい。   As described above, the dual probe of the electron microscope micromanipulation device of the present invention has a nano-scale micro-electrode sub-probe (nanoprobe) attached to the tip of the main probe (microprobe) while maintaining its electrical characteristics. It is a configuration. The material of the main probe is preferably a non-magnetic and highly conductive material, such as tungsten, gold, platinum, phosphor bronze and the like. The material of the sub-probe is preferably a material having high strength and electrical characteristics on the nano order, such as carbon nanotubes, nanowires, nanosprings, and the like.

メインプローブとサブプローブの接合は、電子顕微鏡視野下で観察しながら本発明装置で行なう。導電性接合方法については、電子線を利用したCVD接合法やコンタミ接合法、カーボンまたは金属デポ(CVD)接合法あるいはナノ粒子接合法等を利用して行なうことができ、特に限定を受けるものではない。接合させる向きは、メインプローブの直線性を保ちながらその端部の上方にサブプローブの端部を重ね合わせるようにし、接合を行なう。即ち、接合部はメインプローブをはさんで顕体試料とは逆の位置にあるようにする。このようにして接合させれば、サブプローブは常にメインプローブの上方に存在するようになり、メインプローブを測定に用いる場合はサブプローブの接合箇所を接触させること無く測定を行なうことが可能である。   The main probe and the sub-probe are joined by the apparatus of the present invention while observing in the electron microscope field of view. The conductive bonding method can be performed using a CVD bonding method or a contamination bonding method using an electron beam, a carbon or metal deposition (CVD) bonding method, a nanoparticle bonding method, or the like, and is not particularly limited. Absent. The joining direction is such that the end of the sub-probe is overlapped above the end of the main probe while maintaining the linearity of the main probe. That is, the junction is positioned opposite to the specimen sample across the main probe. If bonded in this way, the sub-probe always exists above the main probe, and when the main probe is used for measurement, it is possible to perform measurement without bringing the sub-probe bonding portion into contact. .

本発明のデュアルプローブは、デュアルプローブを保持しているデュアルプローブユニットごと、電子顕微鏡の従来の交換方式(エアロックからの交換方法)にて交換が可能である。メインプローブに接合されているサブプローブは、前述の如く、マニピュレータユニットあるいは試料台ユニットに用意している交換用サブプローブ(例えばCNT:カーボンナノチューブ)を、電子線を利用したCVD接合法やコンタミ接合法、カーボンまたは金属デポ(CVD)接合法あるいはナノ粒子接合法等にてマニピュレータユニットに搭載されたガス導入用微細管を使用して接合する。サブプローブは、ほぼ使い捨てであり、測定再現性を保てない状態になった場合は、交換を行なう。メインプローブにおいても交換・洗浄条件は同じとする。また、顕体試料に関しても従来のエアロック開放による予備排気室等からの交換方式で行なうことができる。   The dual probe of the present invention can be exchanged for each dual probe unit holding the dual probe by the conventional exchange method of the electron microscope (the exchange method from the air lock). As described above, the sub-probe bonded to the main probe is a replacement sub-probe (for example, CNT: carbon nanotube) prepared in the manipulator unit or the sample stage unit. Bonding is performed using a gas introduction microtube mounted on a manipulator unit by a legal method, a carbon or metal deposition (CVD) bonding method, a nanoparticle bonding method, or the like. The sub-probe is almost disposable, and is exchanged when measurement reproducibility cannot be maintained. The replacement and cleaning conditions are the same for the main probe. In addition, the specimen specimen can also be exchanged from a preliminary exhaust chamber or the like by opening a conventional air lock.

本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置に用いるマニピュレータユニットと試料台ユニットは別個に独立した動きが可能であり、1つ又は2つ以上あるマニピュレータユニットもそれぞれ独立した動きを行なうものである。前述の動きは、マニピュレータユニットがX軸、Y軸、Z軸方向へ粗動と微動が可能でありかつT軸および/またはR軸の粗動回転が可能であり、試料台ユニットがX軸、Y軸、Z軸方向へ粗動と微動が可能でありかつθ軸の粗動回転が可能であることである。粗動はマイクロモータによる駆動、あるいは精密ネジによる手動が可能であり、微動はピエゾ等の電歪素子、超音波モータ、微動ネジあるいは超磁歪アクチュエータによる駆動等を用いて行なうことができるが、特に超音波モータあるいはピエゾ素子を用いることで駆動範囲が広く、分解能が高くなる。ここでいう粗動とは、mm単位の動き、微動とはnmからμm単位の動きを指す。   The manipulator unit and sample stage unit used in the electron microscope micromanipulation manipulator of the present invention can be independently moved independently, and one or more manipulator units can also be independently moved. The above-described movements are possible when the manipulator unit can perform coarse and fine movements in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, and the T-axis and / or R-axis can be coarsely rotated. Coarse and fine movements in the Y-axis and Z-axis directions are possible, and the θ-axis coarse rotation is possible. Coarse movement can be driven by a micromotor or manually by a precision screw, and fine movement can be performed by using an electrostrictive element such as a piezo, an ultrasonic motor, a fine movement screw or a giant magnetostrictive actuator. By using an ultrasonic motor or a piezo element, the driving range is wide and the resolution is high. The coarse movement here refers to movement in mm, and the fine movement refers to movement in nm to μm.

本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置に使用される材料は基本的には非磁性材料である。例えば、アルミ、ステンレス、パーマロイ、銅、燐青銅、チタン、セラミック等を挙げることができる。例外で磁性を有する材料を使用する場合は、その部分をパーマロイ等で磁性カバーを行なって使用する。   The material used for the electron microscope micromanipulation device of the present invention is basically a non-magnetic material. For example, aluminum, stainless steel, permalloy, copper, phosphor bronze, titanium, ceramic, and the like can be given. When using a material having magnetism as an exception, the part is used with a magnetic cover with permalloy or the like.

本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置を用いて、半導体デバイス等の微小部分の不良解析、性能評価等の電気的な測定作業を行なうには、顕微鏡視野下で試料台ユニットの試料台上に載置された試料と1つまたは2つ以上のマニピュレータユニット上のデュアルプローブユニットに載置されたデュアルプローブとを駆動し、デュアルプローブのメインプローブあるいはメインプローブに接合したサブプローブの先端を試料の測定位置に移動し、位置決めし必要な測定を行なう。試料は縦軸を中心とした回転を含め平面上の自在に移動が可能であり、高さ方向の変位も可能である。デュアルプローブは平面上及び高さ方向の自在な移動に加えその傾斜も変えることができるため、試料に対する相対位置および試料に接する角度も自在に変えることができる。即ち、任意の角度で、任意の位置にメインプローブあるいはメインプローブに接合したサブプローブの先端を接触させることが可能である。   Using the electron microscope micromanipulation device of the present invention to perform electrical measurement operations such as defect analysis and performance evaluation of minute parts of semiconductor devices, etc., on the sample stage of the sample stage unit under the microscope field of view. The sample placed and the dual probe placed on the dual probe unit on one or more manipulator units are driven, and the tip of the sub probe joined to the main probe of the dual probe or the main probe is placed on the sample. Move to the measurement position, position and perform the necessary measurements. The sample can be freely moved on a plane including rotation about the vertical axis, and can be displaced in the height direction. Since the dual probe can change the inclination in addition to the free movement on the plane and in the height direction, the relative position with respect to the sample and the angle in contact with the sample can also be freely changed. That is, the tip of the main probe or the sub probe joined to the main probe can be brought into contact with an arbitrary position at an arbitrary angle.

広範囲での電気的測定を行なう場合または異なる試料にて電気的測定を行なう場合に、デュアルプローブの接触に際する、位置決め動作やプロービング動作を、画像処理を行った後にメモリに取り込んでおく。新たな作業における、位置決め動作やプロービング動作に際し、メモリに取り込んでおいた情報と、新たに取り込んだ画像の処理を行った後の情報を比較・検討し、新しい位置決め制御情報およびプロービング制御情報として、制御BOXを介してマニピュレータユニットにフィードバックを行う。つまり、測定評価を行ったデュアルプローブの位置決め情報やプロービング情報を画像情報および/または制御情報としてメモリに保存し、別の測定箇所や別の試料の電気的特性を評価する際にそのメモリに保存した情報をもとに、測定箇所や接触圧等の再現性をとれるよう支援して測定評価を実現することができる。   When performing electrical measurement over a wide range or when performing electrical measurement on different samples, the positioning operation and probing operation for contact with the dual probe are taken into the memory after image processing. Compare and examine the information stored in the memory and the information after processing the newly captured image during positioning and probing operations in new work, and as new positioning control information and probing control information, Feedback is provided to the manipulator unit via the control BOX. In other words, the positioning information and probing information of the dual probe that has been measured and evaluated are stored in the memory as image information and / or control information, and stored in that memory when evaluating the electrical characteristics of another measurement location or another sample. Based on the obtained information, measurement evaluation can be realized by supporting reproducibility of the measurement location and contact pressure.

本発明においては、作業はマルチ表示機能を用いて行なうことができる。マルチ表示機能とは、以前画像処理を行った際に記録しておいた情報、例えば位置決め動作やプロービング動作および/または制御情報などを表示するとともに、現在の位置決め動作やプロービング動作のリアルタイム画像をおよび/または画像処理した後の情報を同時に表示することができる。   In the present invention, the work can be performed using a multi-display function. The multi-display function displays information previously recorded during image processing, such as positioning operation, probing operation, and / or control information, as well as real-time images of the current positioning operation and probing operation. Information after image processing can be displayed simultaneously.

本発明のデュアルプローブは、数十nmクラスの回路パターンを直接測定する場合には、上述ナノスケールの微小径電極を回路パターンへ直接電子線接合させることで、微小径電極が外部からの振動をバネ同様に吸収し、外部や内部からくる振動等のノイズの影響を解決する。また、デュアルプローブには、加熱、nNクラスの接触圧検知機構を導入することで数十nmクラスの回路パターンに対しても安定した電気的測定を達成することができる。   In the dual probe of the present invention, when a circuit pattern of several tens of nanometers is directly measured, the above-mentioned nanoscale minute diameter electrode is directly electron beam bonded to the circuit pattern, so that the minute diameter electrode does not vibrate from the outside. It absorbs in the same way as a spring and solves the effects of noise such as vibration coming from outside or inside. Further, by introducing a heating and nN class contact pressure detection mechanism in the dual probe, it is possible to achieve stable electrical measurement even for circuit patterns of several tens of nm class.

本発明の実施態様を、図面をもって説明する。図1は本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置の概略図である。真空チャンバー1中に単数または複数のマニピュレータユニット2と試料台ユニット3があり、いずれも固定専用ベース4上に搭載されている。5は電子顕微鏡の鏡筒である。試料台ユニット3は電子顕微鏡の視野下に置かれ、マニピュレータユニット2は必要に応じて試料台ユニット3に接近し、そのデュアルプローブの先端は電子顕微鏡の視野下に入りモニター画像に映し出される。オペレーターはモニター画像を見て手動で作業を行なうが、定型作業であれば自動で行なってもよい。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a manipulation apparatus for fine operation of an electron microscope according to the present invention. In the vacuum chamber 1, there are one or a plurality of manipulator units 2 and a sample stage unit 3, both of which are mounted on a fixed base 4. Reference numeral 5 denotes an electron microscope barrel. The sample stage unit 3 is placed under the field of view of the electron microscope, the manipulator unit 2 approaches the sample stage unit 3 as necessary, and the tip of the dual probe enters under the field of view of the electron microscope and is displayed on the monitor image. The operator performs the work manually by looking at the monitor image, but it may be performed automatically if it is a routine work.

図2は本発明のマニピュレータユニットの説明図である。マニピュレータユニット2は、X軸、Y軸、Z軸およびT軸および/またはR軸の回転軸方向に自在の駆動が可能な粗動ステージ6をベースとし、その上にX軸、Y軸、Z軸方向に微動が可能な微動ステージ7が設置されている。微動ステージ7上にはデュアルプローブユニット8が載置され、デュアルプローブユニット8にはデュアルプローブ10が載置されている。即ち、デュアルプローブ10は顕体試料9とは独立してX軸、Y軸、Z軸方向への自在な駆動およびT軸、R軸回り傾斜が自在に可能であり、複数のデュアルプローブ10はあらゆる方向、あらゆる角度から顕体試料9を操作することができる。デュアルプローブ10は、メインプローブ11とその先端に接合されたサブプローブ12より構成される。また、ヒーター13はデュアルプローブ10の近くに設置され、歪センサー14はメインプローブ11の基点あたりに設置される。また、マニピュレータユニット2には、ガス導入微細管15、交換用サブプローブ16を載せたサブプローブ台17も搭載することが可能となっている。   FIG. 2 is an explanatory diagram of the manipulator unit of the present invention. The manipulator unit 2 is based on a coarse movement stage 6 that can be freely driven in the rotation axis directions of the X axis, Y axis, Z axis and T axis and / or R axis, on which the X axis, Y axis, Z axis A fine movement stage 7 capable of fine movement in the axial direction is provided. A dual probe unit 8 is placed on the fine movement stage 7, and a dual probe 10 is placed on the dual probe unit 8. That is, the dual probe 10 can be freely driven in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and tilted around the T-axis and R-axis independently of the specimen 9. The specimen 9 can be manipulated from any direction and any angle. The dual probe 10 includes a main probe 11 and a sub-probe 12 joined to the tip thereof. The heater 13 is installed near the dual probe 10 and the strain sensor 14 is installed around the base point of the main probe 11. The manipulator unit 2 can also be equipped with a sub-probe base 17 on which a gas introduction micropipe 15 and a replacement sub-probe 16 are mounted.

図3は本発明の試料台ユニット3の説明図である。試料台ユニット3は、X軸、Y軸、Z軸およびθ軸の回転軸方向に自在の駆動が可能な粗動ステージ6'をベースとし、その上にX軸、Y軸、Z軸方向に微動が可能な微動ステージ7'が載置されている。微動ステージ7'上には試料台18があり、その上に顕体試料9および交換用サブプローブ16を載せたサブプローブ台17が載置されている。更に試料台18にはヒーター19が設置されている。即ち、顕体試料9はX軸、Y軸、Z軸方向への自在な駆動およびθ軸回転が自在に可能である。   FIG. 3 is an explanatory diagram of the sample stage unit 3 of the present invention. The sample stage unit 3 is based on a coarse movement stage 6 ′ that can be driven freely in the rotation axis directions of the X axis, Y axis, Z axis, and θ axis, and further in the X axis, Y axis, and Z axis directions. A fine movement stage 7 'capable of fine movement is placed. A sample stage 18 is provided on the fine movement stage 7 ′, and a sub-probe stage 17 on which the specimen 9 and the replacement sub-probe 16 are placed is placed thereon. Furthermore, a heater 19 is installed on the sample stage 18. That is, the specimen 9 can be freely driven in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and can be rotated by the θ-axis.

図4は本発明のデュアルプローブユニットの説明図である。デュアルプローブ10はマニピュレータユニット上のデュアルプローブユニット8上に搭載されており、電気的導通がなされる。そのデュアルプローブ10のメインプローブ11の基点あたりにヒーター13および歪センサー14が設置されている。測定等の作業にあたってはメインプローブ11あるいはメインプローブ11に接合されたサブプローブ12の先端を試料台上の試料20の測定点へ接触させて行なう。試料台18の上には交換用サブプローブ16を載せたサブプローブ台17が載置されている。サブプローブ12を交換用サブプローブ16と交換するには、マニピュレータユニット2と試料台ユニット3または、試料台ユニット3を使用せず上記以外のマニピュレータユニット2を操作してメインプローブ11が交換用サブプローブ16と直線性を保ちながら接近させ、顕微鏡の真空領域観察下で、例えば、気体、液体金属等を電子線を利用したCVD接合法を用いて接合させる。その他、電子線を利用したコンタミ接合法、カーボンまたは金属デポ(CVD)接合法あるいはナノ粒子接合法等も有効である。   FIG. 4 is an explanatory diagram of the dual probe unit of the present invention. The dual probe 10 is mounted on the dual probe unit 8 on the manipulator unit, and is electrically connected. A heater 13 and a strain sensor 14 are installed around the base point of the main probe 11 of the dual probe 10. When performing the measurement or the like, the main probe 11 or the tip of the sub probe 12 joined to the main probe 11 is brought into contact with the measurement point of the sample 20 on the sample table. A sub-probe base 17 on which a replacement sub-probe 16 is placed is placed on the sample base 18. In order to replace the sub probe 12 with the replacement sub probe 16, the manipulator unit 2 and the sample stage unit 3 or the manipulator unit 2 other than the above are operated without using the sample stage unit 3, and the main probe 11 is replaced with the replacement sub probe 12. The probe 16 is brought close to the probe 16 while maintaining linearity, and, for example, a gas, a liquid metal, or the like is bonded using a CVD bonding method using an electron beam under observation of a vacuum region of a microscope. In addition, a contamination bonding method using an electron beam, a carbon or metal deposition (CVD) bonding method, a nanoparticle bonding method, or the like is also effective.

図5は本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置による測定作業の際のデュアルプローブの動きを示す概略図である。回路パターン21上のミクロンオーダーの部分22に対してはメインプローブ11の先端を接触せしめ、ナノオーダーの部分23に対してはサブプローブ12の先端を接触させるようにして測定を行なう。   FIG. 5 is a schematic view showing the movement of the dual probe during the measurement work by the manipulation apparatus for fine operation of the electron microscope of the present invention. Measurement is performed by bringing the tip of the main probe 11 into contact with the micron-order portion 22 on the circuit pattern 21 and bringing the tip of the sub-probe 12 into contact with the nano-order portion 23.

図6は本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置による作業の際の画像処理の概略を示した説明図である。基本となる位置決め環境のSEM画像データを制御PC 26に取り込みメモリ画像(A)24とする。そのメモリ画像(A)24と実際に作業中のSEM画像(B)25とを画像処理して比較をおこない、その差分からメモリ画像(A)24と同じ環境となるように位置制御情報を制御BOX27にてマニピュレータユニット2へフィードバックし、測定箇所を変えた場合での測定環境の再現性を保ちながら測定する。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing an outline of image processing in the operation by the manipulation apparatus for fine operation of the electron microscope of the present invention. The SEM image data of the basic positioning environment is taken into the control PC 26 and used as a memory image (A) 24. The memory image (A) 24 and the SEM image (B) 25 that is actually working are image-processed and compared, and position control information is controlled based on the difference so that the same environment as the memory image (A) 24 is obtained. The measurement is fed back to the manipulator unit 2 with the BOX 27 and measurement is performed while maintaining the reproducibility of the measurement environment when the measurement location is changed.

図7は本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置によるデュアルプローブユニット評価実験の結果を示したグラフである。デュアルプローブユニットに載置されたデュアルプローブを顕体試料へ押し付けていったときの接触圧と電気的通電を測定した結果をグラフ化した。そのときの接触圧検知機構が検知した力変位の結果が28で約1000nNまでの力検出が可能であった。また、押し付けていったときに測定された電流値の結果が29で約-15nAでの測定が可能であった。 FIG. 7 is a graph showing the results of a dual probe unit evaluation experiment using the electron microscope micromanipulation manipulation apparatus of the present invention. The results of measuring the contact pressure and the electrical current when the dual probe placed on the dual probe unit was pressed against the specimen were graphed. The result of the force displacement detected by the contact pressure detection mechanism at that time was 28, and force detection up to about 1000 nN was possible. Further, the current value measured when pressing was 29, and measurement at about -15 nA was possible.

本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置の概略図。1 is a schematic diagram of a manipulation device for fine operation of an electron microscope according to the present invention. 本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置のマニピュレータユニットの説明図。Explanatory drawing of the manipulator unit of the manipulation apparatus for electron microscope fine work of this invention. 本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置の試料台ユニットの説明図。Explanatory drawing of the sample stand unit of the manipulation apparatus for electron microscope fine work of this invention. 本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置のデュアルプローブユニットの説明図。Explanatory drawing of the dual probe unit of the manipulation apparatus for electron microscope fine work of this invention. 本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置による測定作業の際のデュアルプローブの動きを示す概略図。The schematic diagram which shows the motion of the dual probe in the case of the measurement operation | work by the manipulation apparatus for electron microscope fine work of this invention. 本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置による作業の際の画像処理の概略を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the outline of the image processing in the case of the operation | work by the manipulation apparatus for electron microscope fine work of this invention. 本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置によるデュアルプローブユニット評価実験の結果を示したグラフ。The graph which showed the result of the dual probe unit evaluation experiment by the manipulation apparatus for electron microscope fine work of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 真空チャンバー 2 マニピュレータユニット
3 試料台ユニット 4 固定専用ベース
5 電子顕微鏡の鏡筒 6 粗動ステージ
7 微動ステージ 8 デュアルプローブユニット
9 顕体試料 10 デュアルプローブ
11 メインプローブ 12 サブプローブ
13 ヒーター 14 歪センサー
15 ガス導入微細管 16 交換用サブプローブ
17 サブプローブ台 18 試料台
19 ヒーター 20 試料
21 回路パターン 22 ミクロンオーダー
23 ナノオーダー 24 メモリ画像(A)
25 SEM画像(B) 26 制御PC
27 制御BOX 28 力変位の結果
29 電流値の結果
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Manipulator unit 3 Sample stand unit 4 Fixed base 5 Electron microscope barrel 6 Coarse moving stage 7 Fine moving stage 8 Dual probe unit 9 Visual specimen 10 Dual probe 11 Main probe 12 Sub probe 13 Heater 14 Strain sensor 15 Gas introduction micro tube 16 Replacement sub probe 17 Sub probe table 18 Sample table 19 Heater 20 Sample 21 Circuit pattern 22 Micron order 23 Nano order 24 Memory image (A)
25 SEM image (B) 26 Control PC
27 Control BOX 28 Result of force displacement 29 Result of current value

Claims (8)

X軸、Y軸、Z軸方向への駆動及びT軸および/またはR軸の回転が各々独立に可能な1つ又は2つ以上のマニピュレータユニットにメインプローブとそれに接合するサブプローブよりなるデュアルプローブを載置することを特徴とする電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置。 Dual probe comprising one or more manipulator units capable of driving in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and rotation of the T-axis and / or R-axis, respectively, and a main probe and a sub-probe joined thereto. A manipulation apparatus for fine operation of an electron microscope, characterized in that サブプローブが、電気的機能を有するナノスケールの微小径電極である請求項1記載の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置。 The manipulation apparatus for fine operation of an electron microscope according to claim 1, wherein the sub-probe is a nanoscale minute-diameter electrode having an electrical function. デュアルプローブが、加熱機構を組込んだデュアルプローブユニットに取り付けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置。 3. The manipulation apparatus for fine operation of an electron microscope according to claim 1, wherein the dual probe is attached to a dual probe unit incorporating a heating mechanism. デュアルプローブユニットに、接触圧検知機構が取り付けられていることを特徴とする請求項1乃至3の何れかの項に記載の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置。 The manipulation apparatus for fine operation of an electron microscope according to any one of claims 1 to 3, wherein a contact pressure detection mechanism is attached to the dual probe unit. マニピュレータユニットにデュアルプローブユニットおよび/または交換用サブプローブおよび/またはガス導入微細管が載置され、前記交換用サブプローブが汎用電子顕微鏡の真空観察下又は微細作業時に交換可能であることを特徴とする請求項1乃至4の何れかの項に記載の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置。 A dual probe unit and / or a replacement sub-probe and / or a gas introduction microtube are mounted on the manipulator unit, and the replacement sub-probe can be replaced under vacuum observation of a general-purpose electron microscope or during micro work. The manipulation apparatus for fine operation of an electron microscope according to any one of claims 1 to 4. 請求項1乃至5の何れかの項に記載の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置において、X軸、Y軸、Z軸方向への駆動及びθ軸の回転が可能な試料台ユニットが搭載され、該試料台ユニットに試料台と交換用サブプローブおよび/または加熱機構が載置されていることを特徴とする電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置。 In the manipulation apparatus for fine operation of an electron microscope according to any one of claims 1 to 5, a sample stage unit capable of driving in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and rotating the θ-axis is mounted, A manipulation apparatus for fine operation of an electron microscope, characterized in that a sample stage, a sub probe for replacement and / or a heating mechanism are mounted on the sample stage unit. 請求項1乃至6の何れかの項に記載の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置を使用して顕体試料に対し微細作業を行うに際し、従前の作業における位置決め動作もしくはプロービング動作の画像を処理してメモリに取り込んでおき、新たな微細作業において、位置決め動作やプロービング動作にフィードバックすることを可能とするとともに、それら画像のマルチ表示が可能であることを特徴とする微細作業方法。 When performing a fine work on a specimen using the electron microscope fine work manipulation device according to any one of claims 1 to 6, an image of a positioning operation or a probing operation in a previous work is processed. A fine work method characterized in that it can be taken into a memory and fed back to a positioning operation and a probing operation in a new fine work, and multi-display of these images is possible. 請求項1乃至6の何れかの項に記載の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置のデュアルプローブを使用して電気的測定を行うに際し、電気的機能を有するナノスケールの微小径電極であるサブプローブを測定試料へ直接接合して測定すると共にメインプローブによる電気的測定をも行なうことが可能であることを特徴とした電気的測定方法。
A sub-probe that is a nanoscale micro-diameter electrode having an electrical function when performing electrical measurement using the dual probe of the manipulation apparatus for fine operation of an electron microscope according to any one of claims 1 to 6. An electrical measurement method characterized in that it is possible to perform measurement by directly bonding to a measurement sample and also performing electrical measurement using a main probe.
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