JP2013127859A - 被検査試料測定装置及び被検査試料測定装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧子の先端と被検査試料の測定点との位置合わせをユーザの技量に依存せず正確に行うことが可能な、被検査試料測定装置及び被検査試料測定装置の制御方法を提供すること。
【解決手段】走査画像上で圧子２０先端と傾斜軸ＴＡとを一致させた状態で圧子２０を所定角度だけ傾斜させたときの圧子２０先端の該走査画像上での移動量を求め、求めた移動量に基づき圧子２０先端と傾斜軸ＴＡの距離Ｌを算出し、走査画像上で試料Ｓの測定点と傾斜軸ＴＡとを一致させた状態で試料Ｓを所定角度だけ傾斜させたときの試料Ｓの測定点の該走査画像上での移動量を求め、求めた移動量に基づき試料Ｓの測定点と傾斜軸ＴＡの距離ｍを算出し、距離Ｌと距離ｍとに基づいて、圧子２０の先端と試料Ｓの測定点との位置合わせを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、走査型電子顕微鏡の試料室内に備えた圧子により被検査試料に対して荷重を印加して被検査試料の荷重変位特性を測定する被検査試料測定装置及び被検査試料測定装置の制御方法に関する。

従来から、走査型電子顕微鏡の試料室内に備えた圧子により被検査試料の荷重変位特性を測定する被検査試料測定装置が知られている。図１９に、従来の被検査試料測定装置の構成を示す。図１９に示すように、真空装置１００内に設置された走査コイル１１０及び対物レンズ１２０は、電子銃１３０からの電子線Ｂを、真空装置１００における試料室１００ａ内に配置された被検査試料Ｓ上で走査・集束させる。このとき被検査試料Ｓ及び圧子１４０から発生する二次電子は検出器１５０により検出され電子顕微鏡像（走査画像）として画像化される。該走査画像は、図示しない表示手段により表示される。ユーザは、この画像から被検査試料Ｓと圧子１４０の先端との位置関係を認識し、ステージ１６０の移動機構を用いて被検査試料Ｓを圧子１４０の先端の移動範囲内に移動させ、被検査試料Ｓの荷重変位特性の測定を開始する。図１９の構成では、圧子１４０及びトランスデューサ１６０が試料室１００ａ内に固定された固定部１７０に取り付けられるため、圧子１４０の先端が常に電子線Ｂの照射領域（すなわち、電子線Ｂの光軸近傍となる領域）に位置することになり、試料交換やステージ１６０の移動に制約が生じる。また、荷重変位特性の測定を行わない場合には、試料室１００ａを一旦大気開放して、圧子１４０及びトランスデューサ１６０を試料室１００ａから取り外さなければならない。

また、図２０に示すように、一次イオンビームＩＢを被検査試料Ｓの表面に照射して被検査試料Ｓを加工する場合には、被検査試料Ｓの加工面が一次イオンビームＩＢに対して垂直になるようにステージ１６０を傾斜させる。この場合にも、被検査試料Ｓの加工を行う前に、試料室１００ａを一旦大気開放し、圧子１４０及びトランスデューサ１６０を取り外して試料室外に退避しなければならない。

また、上記の構成とは別に、試料と圧子とを同一のステージに配置するように構成された被検査試料測定装置も知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０００−９７８３６号公報

従来の被検査試料測定装置では、ユーザは表示された電子顕微鏡像により被検査試料と圧子との相対位置関係を認識し、被検査試料の測定点を圧子の先端に正確に合わせることが要求された。この作業では、２次元走査画像である電子顕微鏡像の目視によって、水平面での位置合わせのみならず、奥行き方向（垂直方向）の位置合わせをも行う必要があるため、ユーザに過度な負担をかけていた。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、圧子の先端と被検査試料の測定点との位置合わせをユーザの技量に依存せず正確に行うことが可能な、被検査試料測定装置及び被検査試料測定装置の制御方法を提供することができる。

（１）本発明は、走査型電子顕微鏡の試料室内に備えた圧子により被検査試料に対して荷重を印加して被検査試料の荷重変位特性を測定する被検査試料測定装置であって、
前記圧子を移動するための圧子移動機構と、
前記被検査試料を移動するための被検査試料移動機構と、
前記圧子及び前記被検査試料を傾斜軸を中心に傾斜させるための傾斜機構と、
前記圧子及び前記被検査試料の移動及び傾斜を制御して、前記圧子の先端と前記被検査試料の測定点との位置合わせを行う制御部とを含み、
前記制御部が、
前記走査型電子顕微鏡により取得される走査画像上で前記圧子先端と前記傾斜軸とを一致させた状態で前記圧子を所定角度だけ傾斜させたときの前記圧子先端の該走査画像上での移動量を求め、求めた移動量に基づき前記圧子先端と前記傾斜軸の距離を算出し、前記走査型電子顕微鏡により取得される走査画像上で前記被検査試料の測定点と前記傾斜軸とを一致させた状態で前記被検査試料を所定角度だけ傾斜させたときの前記被検査試料の測定点の該走査画像上での移動量を求め、求めた移動量に基づき前記被検査試料の測定点と前記傾斜軸の距離を算出し、前記圧子先端と前記傾斜軸の距離と、前記被検査試料の測定点と前記傾斜軸の距離とに基づいて、前記圧子の先端と前記被検査試料の測定点との位置合わせを行う。

また本発明は、走査型電子顕微鏡の試料室内に備えた圧子により被検査試料に対して荷重を印加して被検査試料の荷重変位特性を測定する被検査試料測定装置の制御方法であって、
前記被検査試料測定装置は、
前記圧子を移動するための圧子移動機構と、
前記被検査試料を移動するための被検査試料移動機構と、
前記圧子及び前記被検査試料を傾斜軸を中心に傾斜させるための傾斜機構とを備え、
前記走査型電子顕微鏡により取得される走査画像上で前記圧子先端と前記傾斜軸とを一致させた状態で前記圧子を所定角度だけ傾斜させたときの前記圧子先端の該走査画像上での移動量を求め、求めた移動量に基づき前記圧子先端と前記傾斜軸の距離を算出する工程と、
前記走査型電子顕微鏡により取得される走査画像上で前記被検査試料の測定点と前記傾斜軸とを一致させた状態で前記被検査試料を所定角度だけ傾斜させたときの前記被検査試料の測定点の該走査画像上での移動量を求め、求めた移動量に基づき前記被検査試料の測定点と前記傾斜軸の距離を算出する工程と、
前記圧子先端と前記傾斜軸の距離と、前記被検査試料の測定点と前記傾斜軸の距離とに基づいて、前記圧子の先端と前記被検査試料の測定点との位置合わせを行う位置合わせ工程とを含む。

本発明によれば、圧子及び被検査試料を傾斜させたときの圧子先端の走査画像上での移動量と、被検査試料の測定点の走査画像上での移動量とをそれぞれ求め、求めた移動量に基づき圧子先端と傾斜軸の距離と、被検査試料の測定点と傾斜軸の距離とをそれぞれ算出し、算出した距離に基づき圧子の先端と前記被検査試料の測定点との位置合わせを行うことで、ユーザの技量に依存しない正確な位置合わせを可能にし、操作性の向上と測定の効率化を図ることができる。

（２）また、本発明に係る被検査試料測定装置では、
前記制御部が、
前記圧子の先端と前記被検査試料の測定点とを前記傾斜軸に一致させる制御を行ってもよい。

また、本発明に係る被検査試料測定装置の制御方法では、
前記位置合わせ工程において、
前記圧子の先端と前記被検査試料の測定点とを前記傾斜軸に一致させる制御を行ってもよい。

本発明によれば、圧子の先端及び被検査試料の測定点を傾斜軸に一致させるので、傾斜機構により圧子及び被検査試料を傾斜させても、画像上における両者の位置移動が生じることなく、圧子の先端と被検査試料の測定点との位置合わせにおける操作性をより向上させることができる。

さらに、本発明によれば、被検査試料を傾斜させてイオンビーム等による加工を行う場合に、加工位置を圧子の先端位置に正確に一致させることが可能となる。

本実施形態に係る被検査試料測定装置の構成の一例を示す図。 本実施形態の第１の手法の処理の一例を示すフローチャート図。 本実施形態の第１の手法について説明するための図。 本実施形態の第１の手法について説明するための図。 本実施形態の第１の手法について説明するための図。 本実施形態の第１の手法について説明するための図。 本実施形態の第１の手法について説明するための図。 本実施形態の第２の手法の処理の一例を示すフローチャート図。 本実施形態の第２の手法について説明するための図。 本実施形態の第２の手法について説明するための図。 本実施形態の第２の手法について説明するための図。 本実施形態の第２の手法について説明するための図。 本実施形態の第２の手法について説明するための図。 変形例について説明するための図。 変形例について説明するための図。 変形例について説明するための図。 変形例について説明するための図。 変形例について説明するための図。 従来技術について説明するための図。 従来技術について説明するための図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．構成
図１に、本実施形態に係る被検査試料測定装置の構成の一例を示す。なお本実施形態の被検査試料測定装置は図１の構成要素（各部）の一部を省略した構成としてもよい。

図１に示すように、被検査試料測定装置は、走査型電子顕微鏡を構成する真空装置１内に設置された、電子銃１０、コンデンサレンズ１２、走査コイル１４、対物レンズ１６、検出器１８、圧子２０、トランスデューサ２２、試料移動機構３０、載置台４０及びステージ５０と、真空装置１外に設置された、増幅器１９、トランスデューサ制御装置２３、ステージ制御装置５９、処理部６０、操作部７０、表示部７２、記憶部７４及び情報記憶媒体７６とを含んでいる。ここで、検出器１８、圧子２０、トランスデューサ２２、試料移動機構３０、載置台４０及びステージ５０は、真空装置１における試料室１ａ内に配置されている。

電子銃１０は、電子銃制御装置（図示省略）により制御され、電子を加速し電子ビームＢを試料室１ａに向けて放出する。コンデンサレンズ１２は、試料Ｓ（被検査試料）に到達する電子ビームＢの照射電流量及び開き角を制御するものであり、コンデンサレンズ制御装置（図示省略）により制御される。対物レンズ１６は、電子ビームＢを試料Ｓの表面で集束させるためのものであり、対物レンズ制御装置（図示省略）により制御される。走査コイル１４は、対物レンズ１６によって集束された電子ビームＢの試料Ｓ上での走査を行うための電磁コイルであり、走査コイル制御装置（図示省略）により制御される。

検出器１８は、集束された電子ビームＢの走査に基づいて試料Ｓ等から放出される二次電子や反射電子（電子ビームＢの走査に基づき試料Ｓ等から生じる信号）を検出する。検出器１８によって検出された検出信号（二次電子や反射電子の強度信号）は、増幅器１９によって増幅された後、処理部６０に供給される。

トランスデューサ２２は、圧子２０を介して試料Ｓに荷重を印加するものであり、トランスデューサ制御装置２３により制御される。圧子２０は、トランスデューサ２２によって印加された荷重を試料Ｓに加えるものである。トランスデューサ２２は、圧子２０を介して試料Ｓに実際に印加された荷重を検出する荷重検出器と、圧子２０を介して荷重を印加したときの試料Ｓの変位量を検出する変位検出器と、圧子２０を微小に移動（微動）させる微動機構とを含む。トランスデューサ２２の荷重検出器及び変位検出器で検出された荷重及び変位量の検出信号は、処理部６０に出力される。

試料移動機構３０（被検査試料移動機構）は、試料Ｓを水平方向（Ｘ−Ｙ方向）及び垂直方向（Ｚ方向）に移動させる試料ステージであり、ステージ制御装置５９により制御される。試料移動機構３０は、試料ＳをＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構と、試料ＳをＹ軸方向に移動させるＹ軸移動機構と、試料ＳをＺ軸方向に移動させるＺ軸移動機構から構成される。試料移動機構３０とトランスデューサ２２は、載置台４０の載置面４０ａに固定される。

ステージ５０は、ステージ制御装置５９により制御され、載置台４０を水平方向及び垂直方向に移動させ、また載置台４０を回転、傾斜させる。ステージ５０は、載置台４０をその載置面４０ａに直交する回転軸を中心に回転させる回転機構５１と、載置台４０をＹ軸方向に直交する方向に移動させるＸ軸移動機構５２と、載置台４０をＹ軸方向に移動させるＹ軸移動機構５３と、載置台４０をその載置面４０ａに直交する方向に微小に移動（微動）させるＺ軸微動機構５４と、載置台４０をＹ軸に平行な傾斜軸ＴＡを中心に回動して傾斜させる傾斜機構５５と、載置台４０をＺ軸方向に移動させるＺ軸移動機構５６から構成される。なお、傾斜機構５５による載置台４０の傾斜がない状態においては、上記回転軸はＺ軸に平行な軸となり、Ｘ軸移動機構５２による載置台４０の移動方向は、Ｘ軸方向に沿う方向となり、Ｚ軸微動機構５４による載置台４０の移動方向は、Ｚ軸方向に沿う方向となる。ここで、Ｘ軸移動機構５２、Ｙ軸移動機構５３及びＺ軸微動機構５４は、圧子２０を移動するための圧子移動機構として機能し、傾斜機構５５は、圧子２０及び試料Ｓを傾斜軸ＴＡを中心に傾斜させるための傾斜機構として機能する。

操作部７０は、ユーザが操作情報を入力するためのものであり、入力された操作情報を処理部６０に出力する。操作部７０の機能は、キーボード、マウス、ボタン、タッチパネル型ディスプレイなどのハードウェアにより実現することができる。

表示部７２は、処理部６０によって生成された画像を表示するものであり、その機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴなどにより実現できる。表示部７２は、処理部６０により生成された、電子顕微鏡像（集束された電子ビームＢの走査に基づく試料Ｓ等の二次電子像或いは反射電子像等の走査像（走査画像））を表示する。これにより、走査画像としての電子顕微鏡像が取得されて表示される。

記憶部７４は、処理部６０のワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭなどにより実現できる。情報記憶媒体７６（コンピュータにより読み取り可能な媒体）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリ（ＲＯＭ）などにより実現できる。処理部６０は、情報記憶媒体７６に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。情報記憶媒体７６には、処理部６０としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記憶することができる。

処理部６０は、上述したコンデンサレンズ制御装置、走査コイル制御装置、対物レンズ制御装置を制御する処理や、トランスデューサ制御装置２３を制御してトランスデューサ２２を動作させる処理や、ステージ制御装置５９を制御してステージ５０及び試料移動機構３０を動作させる処理や、増幅器１９によって増幅された検出器１８からの検出信号を、走査コイル制御装置に供給される電子ビームＢの走査信号と同期された画像データ（電子顕微鏡像となる走査像データ）とする処理などの処理を行う。処理部６０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。

特に本実施形態の処理部６０（本発明の制御部に対応）は、操作部７０からの操作情報や、電子顕微鏡像（走査画像）に対する画像処理の処理結果に基づき圧子２０及び試料Ｓの移動及び傾斜を制御して、圧子２０の先端と試料Ｓの測定点との位置合わせを行う。具体的には、処理部６０は、まず、電子顕微鏡像上で圧子２０先端と傾斜軸ＴＡとを一致させた状態で圧子２０を所定角度だけ傾斜させたときの圧子２０の先端２０ａの電子顕微鏡像上での移動量を求め、求めた移動量に基づき圧子２０の先端２０ａと傾斜軸ＴＡとの間の距離を算出する。次に、電子顕微鏡像上で試料Ｓの測定点と傾斜軸ＴＡとを一致させた状態で試料Ｓを所定角度だけ傾斜させたときの試料Ｓの測定点の電子顕微鏡像上での移動量を求め、求めた移動量に基づき試料Ｓの測定点と傾斜軸ＴＡとの間の距離を算出する。そして、圧子２０の先端２０ａと傾斜軸ＴＡとの間の距離と、試料Ｓの測定点と傾斜軸ＴＡとの間の距離とに基づいて、圧子２０の先端２０ａと試料Ｓの測定点との位置合わせを行う。また、処理部６０は、試料Ｓの測定点を圧子２０の先端２０ａに一致させる制御を行ってもよいし、圧子２０の先端２０ａを試料Ｓの測定点に一致させる制御を行ってもよいし、圧子２０の先端２０ａと試料Ｓの測定点とを傾斜軸ＴＡに一致させる制御を行ってもよい。

２．本実施形態の手法
次に本実施形態の手法について図面を用いて説明する。

２−１．第１の手法
まず、圧子先端と試料の測定点との位置合わせを行う第１の手法について、図２のフローチャートを用いて説明する。第１の手法では、試料Ｓの測定点を圧子２０の先端２０ａに一致させることで両者の位置合わせを行う。

まず、処理部６０は、圧子２０先端の座標（位置）と、試料Ｓの測定点の座標（位置）を登録する処理を行う（ステップＳ１０）。ユーザは、表示部７２に表示される電子顕微鏡像上で、圧子２０の先端２０ａの位置と、試料Ｓの測定点（圧子２０の先端２０ａによって荷重が印加される位置）とを、マウス等の操作部７０を用いてそれぞれ指定し、これら指定された位置が登録される。このとき、電子顕微鏡像の中心位置（走査画像の中心位置）が、傾斜軸ＴＡの位置に対応するように、電子ビームＢの走査領域を予め設定しておく。

次に、ステップＳ１０で登録した圧子２０先端の座標に基づき、処理部６０は、ステージ５０のＸ軸移動機構５２及びＹ軸移動機構５３を制御して、圧子２０先端を電子顕微鏡像（走査画像）の中心に移動させる（ステップＳ１２）。図３に示すように、電子顕微鏡像ＥＩの中心位置ＰＣは、電子顕微鏡像ＥＩ上の傾斜軸ＴＡの位置と一致するため、ステップＳ１２の処理により、電子顕微鏡像ＥＩ上で圧子２０の先端２０ａと傾斜軸ＴＡとを一致させることができる。これにより、図４（Ａ）に示すように、圧子２０先端と傾斜軸ＴＡのＸＹ座標を一致させることができる。なお、図３では、電子顕微鏡像ＥＩにおける試料Ｓの像の図示を省略し、図４では、試料Ｓと試料移動機構３０の図示を省略している。

次に、ステージ５０の傾斜機構５５を制御して、載置台４０を角度θだけ傾斜させ（ステップＳ１４）、傾斜させたときの圧子２０先端の移動量Ｄを算出する（ステップＳ１６）。図４（Ａ）に示すように、傾斜軸ＴＡと圧子２０先端の位置がＺ軸方向（垂直方向）にずれていると、図４（Ｂ）に示すように、傾斜軸ＴＡ回りの傾斜によって圧子２０先端がＸ軸方向に移動する。移動量Ｄは、圧子２０先端の電子顕微鏡像上での移動量を画像処理によって求め、求めた移動量に電子顕微鏡像の倍率を掛け合わせることで算出することができる。なお、ここでの移動量Ｄは、Ｘ軸における＋Ｘ軸方向での移動量とする。よって、図４（Ｂ）の例では、移動量Ｄは正の値となる。

次に、ステップＳ１４で算出した移動量Ｄに基づいて、傾斜前における圧子２０先端と傾斜軸ＴＡの距離Ｌを算出する（ステップＳ１８）。移動量をＤとし、傾斜角度をθとすると、距離Ｌは次式により表される。

L=|D|/sinθ (1)
ここで、｜Ｄ｜は、移動量Ｄの絶対値である。

次に、図４（Ｃ）に示すように、トランスデューサ２２の圧子微動機構を制御して、圧子２０を傾斜軸ＴＡから離れる方向に所定距離Δだけ移動させる（ステップＳ２０）。これは、荷重変位特性の測定に必要な空間を圧子２０先端の前方に確保するためである。次に、ステージ５０の傾斜機構５５を制御して、載置台４０の傾斜角度を０度に戻す（ステップＳ２２）。

次に、ステップＳ１０で登録した試料Ｓの測定点の座標に基づき、試料移動機構３０のＸ軸移動機構及びＹ軸移動機構を制御して、試料Ｓの測定点を電子顕微鏡像の中心に移動させる（ステップＳ２４）。上述したように、電子顕微鏡像ＥＩの中心位置ＰＣは、電子顕微鏡像ＥＩ上の傾斜軸ＴＡの位置と一致するため、ステップＳ２４の処理により、図５に示すように、電子顕微鏡像ＥＩ上で試料Ｓの測定点ＭＰ（試料Ｓの被測定部ＭＤにおいて、圧子２０の先端２０ａによって荷重が印加される位置）と傾斜軸ＴＡとを一致させることができる。これにより、図６（Ａ）に示すように、試料Ｓの測定点ＭＰと傾斜軸ＴＡのＸＹ座標を一致させる。なお、図５では、電子顕微鏡像ＥＩにおける圧子２０の像の図示を省略し、図６では、圧子２０とトランスデューサ２２の図示を省略している。

次に、ステージ５０の傾斜機構５５を制御して、載置台４０を角度θだけ傾斜させ（ステップＳ２６）、傾斜させたときの試料Ｓの測定点の移動量ｄを算出する（ステップＳ２８）。図６（Ａ）に示すように、傾斜軸ＴＡと測定点ＭＰの位置がＺ軸方向（垂直方向）にずれていると、図６（Ｂ）に示すように、傾斜軸ＴＡ回りの傾斜によって測定点ＭＰがＸ軸方向に移動する。移動量ｄは、測定点ＭＰの電子顕微鏡像上での移動量を画像処理によって求め、求めた移動量に電子顕微鏡像の倍率を掛け合わせることで算出することができる。なお、ここでの移動量ｄも、Ｘ軸における＋Ｘ軸方向での移動量とする。よって、図６（Ｂ）の例では、移動量ｄは負の値となる。

次に、ステップＳ１６で算出した移動量ＤとステップＳ２８で算出した移動量ｄとの差の絶対値が所定の閾値ＴＨ以内であるか否かを判断する（ステップＳ３０）。移動量Ｄと移動量ｄとの差の絶対値が所定の閾値ＴＨ以内でないと判断した場合（ステップＳ３０のＮ）には、圧子２０先端と試料Ｓの測定点ＭＰの位置が一致していないと判断して、ステップＳ２８で算出した移動量ｄに基づいて、傾斜前における測定点ＭＰと傾斜軸ＴＡのＺ軸方向（垂直方向）の距離ｍを算出する（ステップＳ３２）。傾斜角度をθとすると、距離ｍは次式により表される。

m=|d|/sinθ (2)
ここで、｜d｜は、移動量dの絶対値である。

次に、試料移動機構３０のＺ軸移動機構を制御して、試料Ｓを、ステップＳ１８で算出した距離ＬとステップＳ３２で算出した距離ｍの差だけ移動させる（ステップＳ３４）。この差の算出については、距離Ｌ及び距離ｍが、傾斜軸ＴＡに対して＋Ｚ軸方向での距離であるか、或いは−Ｚ軸方向での距離であるかを加味して行われる。ここでは、移動量Ｄ（移動量ｄ）が正の値のときには距離Ｌ（距離ｍ）は−Ｚ軸方向での距離となり、移動量Ｄ（移動量ｄ）が負の値のときには距離Ｌ（距離ｍ）は＋Ｚ軸方向での距離となる。従って、図４（Ａ）に示すように、圧子２０先端の位置は傾斜軸ＴＡから−Ｚ軸方向に距離Ｌだけずれており、図６（Ａ）に示すように、測定点ＭＰの位置は傾斜軸ＴＡから＋Ｚ軸方向に距離ｍだけずれているため、算出される差は、（−Ｌ−ｍ）＝−（Ｌ＋ｍ）となる。よって、図６（Ｃ）に示すように、試料Ｓを試料移動機構３０の−Ｚ軸方向に距離（Ｌ＋ｍ）だけ移動させると、試料Ｓの測定点ＭＰのＺ軸方向の位置を圧子２０先端のＺ軸方向の位置に一致させることができる。なお、ここでは載置台４０が角度θだけ傾斜しているため、試料移動機構３０のＺ軸も角度θだけ傾斜している。

次に、ステップＳ２２の処理に進み、ステップＳ３０において移動量Ｄと移動量ｄの差の絶対値が閾値ＴＨ以内であると判断されるまで、ステップＳ２２〜ステップＳ３４の処理を繰り返す。このようにすると、試料移動機構３０のＺ軸移動機構の動作に誤差がある場合であっても、正確に位置合わせを行うことができる。

ステップＳ３０において、移動量Ｄと移動量ｄの差の絶対値が閾値ＴＨ以内であると判断した場合には、圧子２０の先端と試料Ｓの測定点ＭＰの位置が許容される範囲内で一致したと判断して、図７（Ａ）に示すように、ステージ５０の傾斜機構５５を制御して、載置台４０の傾斜角度を０度に戻す（ステップＳ３６）。

その後、図７（Ｂ）に示すように、トランスデューサ２２の圧子微動機構を制御して、圧子２０を傾斜軸ＴＡに近づく方向に所定距離Δだけ移動させることで、圧子２０先端を試料Ｓの測定点ＭＰに一致させて荷重変位特性の測定を行うことができる。

このように、本実施形態によれば、圧子２０及び試料Ｓを傾斜させたときの圧子２０先端の電子顕微鏡像上での移動量Ｄと、試料Ｓの測定点ＭＰの電子顕微鏡像上での移動量ｄとをそれぞれ求め、求めた移動量Ｄ、ｄに基づき圧子２０先端と傾斜軸ＴＡの距離Ｌと、測定点ＭＰと傾斜軸ＴＡの距離ｍとをそれぞれ算出し、算出した距離Ｌ、ｍに基づいて、試料の測定点ＭＰを圧子２０の先端に一致させる制御を行うことで、ユーザの技量に依存せずに、正確な位置合わせを行うことができる。

２−２．第２の手法
次に、圧子先端と試料の測定点との位置合わせを行う第２の手法について、図８のフローチャートを用いて説明する。第２の手法では、試料Ｓの測定点と圧子２０先端とを傾斜軸ＴＡに一致させることで、試料Ｓの測定点と圧子２０先端との位置合わせを行う。

図８のステップＳ４０〜ステップＳ４６は、図２のステップＳ１０〜ステップＳ１６と同様である。まず、処理部６０は、圧子２０先端の座標と、試料Ｓの測定点の座標を登録する処理を行う（ステップＳ４０）。

次に、ステップＳ４０で登録した圧子２０先端の座標に基づき、処理部６０は、ステージ５０のＸ軸移動機構５２及びＹ軸移動機構５３を制御して、圧子２０先端を電子顕微鏡像の中心に移動させる（ステップＳ４２）。すなわち、図３に示すように、電子顕微鏡像ＥＩ上で圧子２０の先端２０ａと傾斜軸ＴＡとを一致させ、図９（Ａ）に示すように、圧子２０先端と傾斜軸ＴＡのＸＹ座標を一致させる。なお、図９、図１０では、試料Ｓと試料移動機構３０の図示を省略している。

次に、図９（Ｂ）に示すように、ステージ５０の傾斜機構５５を制御して、載置台４０を角度θだけ傾斜させ（ステップＳ４４）、傾斜させたときの圧子２０先端の移動量Ｄを算出する（ステップＳ４６）。

次に、ステップＳ４６で算出した移動量Ｄの絶対値が所定の閾値ＴＨ以内であるか否かを判断する（ステップＳ４８）。移動量Ｄの絶対値が所定の閾値ＴＨ以内でないと判断した場合（ステップＳ４８のＮ）には、圧子２０先端と傾斜軸ＴＡが一致していないと判断して、ステップＳ４６で算出した移動量Ｄに基づいて、圧子２０先端と傾斜軸ＴＡの距離Ｌを、式（１）により算出する（ステップＳ５０）。

次に、ステージ５０のＺ軸微動機構５４を制御して、載置台４０をステップＳ５０で算出した距離Ｌだけ移動させる（ステップＳ５２）。図９（Ａ）に示すように、圧子２０先端の位置は傾斜軸ＴＡから−Ｚ軸方向に距離Ｌだけずれているため、図９（Ｃ）に示すように、圧子２０（載置台４０）をステージ５０の＋Ｚ軸方向に距離Ｌだけ移動させると、圧子２０先端を傾斜軸ＴＡに一致させることができる。なお、ここではＺ軸微動機構５４が傾斜機構５４により角度θだけ傾斜させているため、Ｚ軸微動機構５４のＺ軸が角度θだけ傾斜している。

次に、ステージ５０の傾斜機構５５を制御して、載置台４０の傾斜角度を０度に戻す（ステップＳ５４）。次に、ステップＳ４２の処理に進み、ステップＳ４８において移動量Ｄの絶対値が閾値ＴＨ以内であると判断されるまで、ステップＳ４２〜ステップＳ５４の処理を繰り返す。このようにすると、Ｚ軸微動機構５４の動作に誤差がある場合であっても、正確に位置合わせを行うことができる。

ステップＳ４８において、移動量Ｄの絶対値が閾値ＴＨ以内であると判断した場合には、圧子２０の先端と傾斜軸ＴＡの位置が許容される範囲内で一致したと判断して、図１０（Ａ）に示すように、ステージ５０の傾斜機構５５を制御して、載置台４０の傾斜角度を０度に戻す（ステップＳ５６）。次に、図１０（Ｂ）に示すように、トランスデューサ２２の圧子微動機構を制御して、圧子２０を傾斜軸ＴＡから離れる方向に所定距離Δだけ移動させる（ステップＳ５８）。これは、荷重変位特性の測定に必要な空間を圧子２０先端の前方に確保するためである。

図８のステップＳ６０〜ステップＳ６４は、図２のステップＳ２４〜ステップＳ２８と同様である。次に、ステップＳ４０で登録した試料Ｓの測定点の座標に基づき、試料移動機構３０のＸ軸移動機構及びＹ軸移動機構を制御して、試料Ｓの測定点を電子顕微鏡像の中心に移動させる（ステップＳ６０）。すなわち、図５に示すように、電子顕微鏡像ＥＩ上で試料Ｓの測定点ＭＰと傾斜軸ＴＡとを一致させ、図１１（Ａ）に示すように、試料Ｓの測定点ＭＰと傾斜軸ＴＡのＸＹ座標を一致させる。なお、図１１、図１２では、圧子２０とトランスデューサ２２の図示を省略している。

次に、図１１（Ｂ）に示すように、ステージ５０の傾斜機構５５を制御して、載置台４０を角度θだけ傾斜させ（ステップＳ６２）、傾斜させたときの試料Ｓの測定点ＭＰの移動量ｄを算出する（ステップＳ６４）。

次に、ステップＳ６４で算出した移動量ｄの絶対値が所定の閾値ＴＨ以内であるか否かを判断する（ステップＳ６６）。移動量ｄの絶対値が所定の閾値ＴＨ以内でないと判断した場合（ステップＳ６６のＮ）には、試料Ｓの測定点ＭＰと傾斜軸ＴＡが一致していないと判断して、ステップＳ６４で算出した移動量ｄに基づいて、測定点ＭＰと傾斜軸ＴＡの距離ｍを、式（２）により算出する（ステップＳ６８）。

次に、試料移動機構３０のＺ軸微動機構を制御して、試料ＳをステップＳ６８で算出した距離ｍだけ移動させる（ステップＳ７０）。図１１（Ａ）に示すように、試料Ｓの測定点ＭＰの位置は傾斜軸ＴＡから＋Ｚ軸方向に距離ｍだけずれているため、図１２に示すように、試料Ｓを試料移動機構３０の−Ｚ軸方向に距離ｍだけ移動させると、試料Ｓの測定点ＭＰを傾斜軸ＴＡに一致させることができる。なお、ここでは載置台４０が角度θだけ傾斜しているため、試料移動機構３０のＺ軸も角度θだけ傾斜している。

次に、ステージ５０の傾斜機構５５を制御して、載置台４０の傾斜角度を０度に戻す（ステップＳ７２）。次に、ステップＳ６０の処理に進み、ステップＳ６６において移動量ｄの絶対値が閾値ＴＨ以内であると判断されるまで、ステップＳ６０〜ステップＳ７２の処理を繰り返す。このようにすると、試料移動機構３０のＺ軸移動機構の動作に誤差がある場合であっても、正確に位置合わせを行うことができる。

ステップＳ６６において、移動量ｄの絶対値が閾値ＴＨ以内であると判断した場合には、試料Ｓの測定点ＭＰと傾斜軸ＴＡの位置が許容される範囲内で一致したと判断して、図１３（Ａ）に示すように、ステージ５０の傾斜機構５５を制御して、載置台４０の傾斜角度を０度に戻す（ステップＳ７４）。

その後、図１３（Ｂ）に示すように、トランスデューサ２２の圧子微動機構を制御して、圧子２０を傾斜軸ＴＡに近づく方向に所定距離Δだけ移動させることで、圧子２０先端を試料Ｓの測定点ＭＰに一致させて荷重変位特性の測定を行うことができる。

このように、本実施形態の第２の手法によれば、圧子２０の先端と試料Ｓの測定点ＭＰとをユーザの技量に依存せずに、正確に傾斜軸ＴＡに一致させることができる。試料Ｓの測定点ＭＰと圧子２０の先端とを傾斜軸ＴＡに一致させると、イオンビーム等による試料Ｓの加工を行う際に試料Ｓを傾斜させた場合でも測定点ＭＰの位置を固定することができ、試料の測定点の加工を容易にするとともに、加工位置を圧子の先端位置に一致させることができる。

３．変形例
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

例えば、上記実施形態では、ステージ５０のＸ軸移動機構５２、Ｙ軸移動機構５３及びＺ軸微動機構５４を制御して、圧子２０を移動させる場合について説明したが、図１４に示すように、圧子２０及びトランスデューサ２２を移動するためのトランスデューサ移動機構２４を載置台４０に設けて、ステージ制御装置５９を介してトランスデューサ移動機構２４を制御することで圧子２０を移動させるように構成してもよい。すなわち、図１４に示す例においては、トランスデューサ移動機構２４が、本発明の圧子移動機構として機能する。トランスデューサ移動機構２４は、圧子２０をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構と、圧子２０をＹ軸方向に移動させるＹ軸移動機構と、圧子２０をＺ軸方向に移動させるＺ軸移動機構から構成される。図１４に示す構成では、図２のステップＳ１２及び図６のステップ４２において、トランスデューサ移動機構２４のＸ軸移動機構及びＹ軸移動機構を制御することで、圧子２０先端を電子顕微鏡像の中心に移動させ、図８のステップＳ５２において、トランスデューサ移動機構２４のＺ軸移動機構を制御することで、圧子２０を距離Ｌだけ移動させることができる。

また、図１５に示すように、試料ＳをＹ軸に平行な軸を中心に回動して傾斜させる試料傾斜機構３２と、試料ＳをＺ軸に平行な軸を中心に回転させる試料回転機構３４とを試料移動機構３０に設けるようにしてもよい。図１５に示す構成では、一次イオンビームＩＢを試料Ｓの表面に照射して試料Ｓを加工する場合に、試料傾斜機構３２を制御して、試料Ｓの加工面が一次イオンビームＩＢに対して垂直になるように試料Ｓを傾斜させる。この場合には、トランスデューサ移動機構２４を制御して、圧子を試料Ｓから離れた位置に移動させる。すなわち、図１５の構成では、試料Ｓの加工前に試料室１ａを大気開放して圧子２０及びトランスデューサ２２を真空外に退避する必要が無くなる。

図１６は、図１５の構成を電子線Ｂの照射方向から見たときの構成を模式的に示す図である。図１５の構成において、試料回転機構３４を制御して試料ＳをＺ軸と平行な軸を中心に回転させることで、図１６に示すように、試料Ｓの加工端面を、試料室１ａ（真空容器）内に配置されたＥＤＳ（エネルギー分散型X線分析装置）、ＥＢＳＤ（電子線後方散乱回折解析装置）及び圧子２０の各分析装置に正対させることができる。すなわち、イオンビームＩＢによる加工から、各分析装置による試料Ｓの分析を、真空内における一連の作業で行うことができる。

また、図１７に示すように、載置台４０に配置される試料移動機構３０、試料回転機構３４、試料傾斜機構３２、試料Ｓ、トランスデューサ移動機構２４、トランスデューサ２２及び圧子２０を一体として、仕切り弁２の開閉により主真空容器である試料室１ａと予備室である副真空容器３との間を移動可能に構成してもよい。試料室１ａ内には、載置台４０上の各機器（試料移動機構３０、試料回転機構３４、試料傾斜機構３２及びトランスデューサ２２）に電源を供給するための電源コネクタ４２が配置されている。電源コネクタ４２は、載置台４０上の各機器が副真空容器３から試料室１ａに搬送されたときに、載置台４０上の各機器と接点を確保するように構成されている。図１７のように構成すると、試料室１ａの大気開放を伴わずに試料Ｓの測定を行うことができる。

また、図１８に示すように、試料回転機構３４を省略して、ステージ５０の回転機構５１の駆動力を試料移動機構３０に伝達する回転伝達機構４４を設けてもよい。このように構成すると、電源コネクタ４２との接続により載置台４０の回転が制限された状況下であっても、ステージ５０の回転機構５１を制御して、試料移動機構３４、試料傾斜機構３２及び試料Ｓを一体として回転させることができる。

１ 真空装置、１ａ 試料室、２ 仕切り弁、３ 副真空容器、１０ 電子銃、１２ コンデンサレンズ、１４ 走査コイル、１６ 対物レンズ、１８ 検出器、１９ 増幅器、２０ 圧子、２０ａ 圧子先端、２２ トランスデューサ、２３ トランスデューサ制御装置、２４ トランスデューサ移動機構、３０ 試料移動機構、３２ 試料傾斜機構、３４ 試料回転機構、４０ 載置台、４０ａ 載置面、４２ 電源コネクタ、４４ 回転伝達機構、５０ ステージ、５１ 回転機構、５２ Ｘ軸移動機構、５３ Ｙ軸移動機構、５４ Ｚ軸微動機構、５５ 傾斜機構、５６ Ｚ軸移動機構、５９ ステージ制御装置、６０ 処理部、７０ 操作部、７２ 表示部、７４ 記憶部、７６ 情報記憶媒体

Claims (4)

1. 走査型電子顕微鏡の試料室内に備えた圧子により被検査試料に対して荷重を印加して被検査試料の荷重変位特性を測定する被検査試料測定装置であって、
   前記圧子を移動するための圧子移動機構と、
   前記被検査試料を移動するための被検査試料移動機構と、
   前記圧子及び前記被検査試料を傾斜軸を中心に傾斜させるための傾斜機構と、
   前記圧子及び前記被検査試料の移動及び傾斜を制御して、前記圧子の先端と前記被検査試料の測定点との位置合わせを行う制御部とを含み、
   前記制御部が、
   前記走査型電子顕微鏡により取得される走査画像上で前記圧子先端と前記傾斜軸とを一致させた状態で前記圧子を所定角度だけ傾斜させたときの前記圧子先端の該走査画像上での移動量を求め、求めた移動量に基づき前記圧子先端と前記傾斜軸の距離を算出し、前記走査型電子顕微鏡により取得される走査画像上で前記被検査試料の測定点と前記傾斜軸とを一致させた状態で前記被検査試料を所定角度だけ傾斜させたときの前記被検査試料の測定点の該走査画像上での移動量を求め、求めた移動量に基づき前記被検査試料の測定点と前記傾斜軸の距離を算出し、前記圧子先端と前記傾斜軸の距離と、前記被検査試料の測定点と前記傾斜軸の距離とに基づいて、前記圧子の先端と前記被検査試料の測定点との位置合わせを行う、被検査試料測定装置。
2. 請求項１において、
   前記制御部が、
   前記圧子の先端と前記被検査試料の測定点とを前記傾斜軸に一致させる制御を行う、被検査試料測定装置。
3. 走査型電子顕微鏡の試料室内に備えた圧子により被検査試料に対して荷重を印加して被検査試料の荷重変位特性を測定する被検査試料測定装置の制御方法であって、
   前記被検査試料測定装置は、
   前記圧子を移動するための圧子移動機構と、
   前記被検査試料を移動するための被検査試料移動機構と、
   前記圧子及び前記被検査試料を傾斜軸を中心に傾斜させるための傾斜機構とを備え、
   前記走査型電子顕微鏡により取得される走査画像上で前記圧子先端と前記傾斜軸とを一致させた状態で前記圧子を所定角度だけ傾斜させたときの前記圧子先端の該走査画像上での移動量を求め、求めた移動量に基づき前記圧子先端と前記傾斜軸の距離を算出する工程と、
   前記走査型電子顕微鏡により取得される走査画像上で前記被検査試料の測定点と前記傾斜軸とを一致させた状態で前記被検査試料を所定角度だけ傾斜させたときの前記被検査試料の測定点の該走査画像上での移動量を求め、求めた移動量に基づき前記被検査試料の測定点と前記傾斜軸の距離を算出する工程と、
   前記圧子先端と前記傾斜軸の距離と、前記被検査試料の測定点と前記傾斜軸の距離とに基づいて、前記圧子の先端と前記被検査試料の測定点との位置合わせを行う位置合わせ工程とを含む、被検査試料測定装置の制御方法。
4. 請求項３において、
   前記位置合わせ工程において、
   前記圧子の先端と前記被検査試料の測定点とを前記傾斜軸に一致させる制御を行う、被検査試料測定装置の制御方法。

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