JP2018116865A - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】荷電粒子ビーム装置は、試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射光学系と、試料を載置して移動する試料ステージと、試料から分離および摘出する試料片を保持して搬送する試料片移設手段と、試料片が移設される試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、試料片移設手段と対象物との間の導通を検出する導通センサと、試料片移設手段と試料片を接続する際に導通センサが試料片移設手段と試料片との間の導通を検出しない場合、時間管理モードを設定するコンピュータとを備える。
【選択図】図1
Description
従来、試料片のサンプリングを自動でできる技術は十分実現できているとは言えない。
サンプリングを自動で連続的に繰返すことを阻害する原因として、試料片の摘出や搬送に用いるニードルによって試料片を試料から摘出する工程、および試料片を試料片ホルダの柱状部に移設する工程などにおいて、試料片の導電性の有無が不確定であると、各工程を適正かつ効率良く完了することができない、ことなどがある。
例えば、ニードルと試料片の接続または分離が完了したか否か、もしくはニードルに保持される試料片と試料片ホルダの柱状部の接続または分離が完了したか否かを判定する際に、ニードルと試料片または柱状部との間の導通有無によって判定を行うだけでは、試料片の導電性の有無が不確定である場合に適正な判定結果を得ることができない。一方、ニードルと試料片との間の導通有無を判定すること無しに、各工程が継続される所定の時間の経過有無によって判定を行うだけでは、判定に要する時間を短縮することができないことに加えて、判定結果の確実性が低下してしまう。このような事態は、本来目的とする自動で連続的にサンプリングを繰返すことを阻害することになる。
なお、ニードル導通センサ21は、検知するのは上述の電気抵抗に限らず、電流や電圧など、ニードル18と、ステージ12に固定される試料Sまたは試料片ホルダPとの間の電気特性が計測できればよい。
このニードル18とニードル駆動機構19を合わせて試料片移設手段と呼ぶこともある。荷電粒子ビーム装置10は、検出器16によって検出された二次荷電粒子Rに基づく画像データなどを表示する表示装置22と、コンピュータ23と、入力デバイス24と、を備えている。
なお、集束イオンビーム照射光学系14および電子ビーム照射光学系15の照射対象は、ステージ12に固定された試料S、試料片Q、および照射領域内に存在するニードル18や試料片ホルダPなどである。
吸収電流検出器20は、プリアンプを備え、ニードルの流入電流を増幅し、コンピュータ23に送る。吸収電流検出器20により検出されるニードル流入電流と荷電粒子ビームの走査と同期した信号により、表示装置22にニードル形状の吸収電流画像を表示でき、ニードル形状や先端位置特定が行える。
ステージ12は、試料Sを保持する。ステージ12は、試料片ホルダPを保持するホルダ固定台12aを備えている。このホルダ固定台12aは複数の試料片ホルダPを搭載できる構造であってもよい。
図3は試料片ホルダPの平面図であり、図4は側面図である。試料片ホルダPは、切欠き部31を有する略半円形板状の基部32と、切欠き部31に固定される試料台33とを備えている。基部32は、例えば金属によって直径3mmおよび厚さ50μmなどの円形板状から形成されている。試料台33は、例えばシリコンウェハから半導体製造プロセスによって形成され、導電性の接着剤によって切欠き部31に貼着されている。試料台33は櫛歯形状であり、離間配置されて突出する複数(例えば、5本、10本、15本、20本など)で、試料片Qが移設される柱状部(以下、ピラーとも言う)34を備えている。
各柱状部34の幅を違えておくことにより、各柱状部34に移設した試料片Qと柱状部34の画像を対応付けて、さらに対応する試料片ホルダPと対応付けてコンピュータ23に記憶させておくことにより、1個の試料Sから多数個の試料片Qを作製した場合であっても間違わずに認識でき、後続する透過電子顕微鏡等の分析を該当する試料片Qと試料S上の摘出箇所との対応付けも間違いなく行なえる。各柱状部34は、例えば先端部の厚さは10μm以下、5μm以下などに形成され、先端部に取り付けられる試料片Qを保持する。
なお、基部32は、上記のような直径3mmおよび厚さ50μmなどの円形板状に限定されることはなく、例えば長さ5mm、高さ2mm、厚さ50μmなどの矩形板状であってもよい。要するに、基部32の形状は、後続する透過電子顕微鏡に導入するステージ12に搭載できる形状であるとともに、試料台33に搭載した試料片Qの全てがステージ12の可動範囲内に位置するような形状であればよい。このような形状の基部32によれば、試料台33に搭載した全ての試料片Qを透過電子顕微鏡で観察することができる。
集束イオンビーム照射光学系14は、イオンを発生させるイオン源14aと、イオン源14aから引き出されたイオンを集束および偏向させるイオン光学系14bと、を備えている。イオン源14aおよびイオン光学系14bは、コンピュータ23から出力される制御信号に応じて制御され、集束イオンビームの照射位置および照射条件などがコンピュータ23によって制御される。イオン源14aは、例えば、液体ガリウムなどを用いた液体金属イオン源やプラズマ型イオン源、ガス電界電離型イオン源などである。イオン光学系14bは、例えば、コンデンサレンズなどの第1静電レンズと、静電偏向器と、対物レンズなどの第2静電レンズと、などを備えている。イオン源14aとして、プラズマ型イオン源を用いた場合、大電流ビームによる高速な加工が実現でき、大きな試料Sの摘出に好適である。
電子ビーム照射光学系15は、電子を発生させる電子源15aと、電子源15aから射出された電子を集束および偏向させる電子光学系15bと、を備えている。電子源15aおよび電子光学系15bは、コンピュータ23から出力される制御信号に応じて制御され、電子ビームの照射位置および照射条件などがコンピュータ23によって制御される。電子光学系15bは、例えば、電磁レンズや偏向器などを備えている。
コンピュータ23は、試料室11の外部に配置され、表示装置22と、操作者の入力操作に応じた信号を出力するマウスやキーボードなどの入力デバイス24とが接続されている。
コンピュータ23は、入力デバイス24から出力される信号または予め設定された自動運転制御処理によって生成される信号などによって、荷電粒子ビーム装置10の動作を統合的に制御する。
図5は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10による自動サンプリングの動作のうち初期設定工程の流れを示すフローチャートである。先ず、コンピュータ23は、自動シーケンスの開始時に操作者の入力に応じて後述する姿勢制御モードの有無等のモード選択、テンプレートマッチング用の観察条件、および加工条件設定(加工位置、寸法、個数等の設定)、ニードル先端形状の確認などを行なう(ステップS010)。
ホルダ固定台12aに複数の試料片ホルダPが設置され、各試料片ホルダPに複数の柱状部34が設けられている場合、各試料片ホルダPに固有の認識コードと、該当試料片ホルダPの各柱状部34に固有の認識コードとを予め定めておき、これら認識コードと各柱状部34の座標およびテンプレート情報とを対応付けてコンピュータ23が記憶してもよい。
また、コンピュータ23は、上記認識コード、各柱状部34の座標、およびテンプレート情報と共に、試料Sにおける試料片Qが摘出される部位(摘出部)の座標、および周辺の試料面の画像情報をセットで記憶してもよい。
また、例えば岩石、鉱物、および生体試料などの不定形な試料の場合、コンピュータ23は、低倍率の広視野画像、摘出部の位置座標、および画像などをセットにして、これらの情報を認識情報として記憶してもよい。この認識情報を、薄片化した試料Sと関連付けし、または、透過電子顕微鏡像と試料Sの摘出位置と関連付けして記録してもよい。
この位置登録処理において、先ず、コンピュータ23は、粗調整の動作として、ステージ駆動機構13によってステージ12を移動し、試料片ホルダPにおいて試料台33が取り付けられた位置に照射領域を位置合わせする。次に、コンピュータ23は、微調整の動作として、荷電粒子ビーム(集束イオンビームおよび電子ビームの各々)の照射により生成する各画像データから、事前に試料台33の設計形状(CAD情報)から作成したテンプレートを用いて試料台33を構成する複数の柱状部34の位置を抽出する。そして、コンピュータ23は、抽出した各柱状部34の位置座標と画像を、試料片Qの取り付け位置として登録処理(記憶)する(ステップS023)。この時、各柱状部34の画像が、予め準備しておいた柱状部の設計図、CAD図、または柱状部34の標準品の画像と比較して、各柱状部34の変形や欠け、欠落等の有無を確認し、もし、不良であればその柱状部の座標位置と画像と共に不良品であることもコンピュータ23は記憶する。
次に、現在登録処理の実行中の試料片ホルダPに登録すべき柱状部34が無いか否かを判定する(ステップS025)。この判定結果が「NO」の場合、つまり登録すべき柱状部34の残数mが1以上の場合には、処理を上述したステップS023に戻し、柱状部34の残数mが無くなるまでステップS023とS025を繰り返す。一方、この判定結果が「YES」の場合、つまり登録すべき柱状部34の残数mがゼロの場合には、処理をステップS027に進める。
そして、コンピュータ23は、登録すべき試料片ホルダPが無いか否かを判定する(ステップS027)。この判定結果が「NO」の場合、つまり登録すべき試料片ホルダPの残数nが1以上の場合には、処理を上述したステップS020に戻し、試料片ホルダPの残数nが無くなるまでステップS020からS027を繰り返す。一方、この判定結果が「YES」の場合、つまり登録すべき試料片ホルダPの残数nがゼロの場合には、処理をステップS030に進める。
これにより、1個の試料Sから数10個の試料片Qを自動作製する場合、ホルダ固定台12aに複数の試料片ホルダPが位置登録され、そのそれぞれの柱状部34の位置が画像登録されているため、数10個の試料片Qを取り付けるべき特定の試料片ホルダPと、さらに、特定の柱状部34を即座に荷電粒子ビームの視野内に呼び出すことができる。
なお、この位置登録処理(ステップS020、S023)において、万一、試料片ホルダP自体、もしくは、柱状部34が変形や破損していて、試料片Qが取り付けられる状態に無い場合は、上記の位置座標、画像データ、コード番号と共に、対応させて『使用不可』(試料片Qが取り付けられないことを示す表記)などとも登録しておく。これによって、コンピュータ23は、後述する試料片Qの移設の際に、『使用不可』の試料片ホルダP、もしくは柱状部34はスキップされ、次の正常な試料片ホルダP、もしくは柱状部34を観察視野内に移動させることができる。
このテンプレート作成工程において、先ず、コンピュータ23は、ステージ駆動機構13によってステージ12を一旦移動させる。続いて、コンピュータ23は、ニードル駆動機構19によってニードル18を初期設定位置に移動させる(ステップS030)。初期設定位置は、集束イオンビームと電子ビームがほぼ同一点に照射でき、両ビームの焦点が合う点(コインシデンスポイント)であって、直前に行ったステージ移動によって、ニードル18の背景には試料Sなどニードル18と誤認するような複雑な構造が無い、予め定めた位置である。このコインシデンスポイントは、集束イオンビーム照射と電子ビーム照射によって同じ対象物を異なった角度から観察することができる位置である。
コンピュータ23は、電子ビームを走査しながらニードル18に照射することによってニードル18に流入する吸収電流を検出し、吸収電流画像データを生成する。この時、吸収電流画像には、ニードル18と誤認する背景が無いため、背景画像に影響されずにニードル18を認識できる。コンピュータ23は、電子ビームの照射によって吸収電流画像データを取得する。吸収電流像を用いてテンプレートを作成するのは、ニードルが試料片に近づくと、試料片の加工形状や試料表面のパターンなど、ニードルの背景にはニードルと誤認する形状が存在することが多いため、二次電子像では誤認するおそれが高く、誤認防止するため背景に影響を受けない吸収電流像を用いる。二次電子像は背景像に影響を受けやすく、誤認のおそれが高いのでテンプレート画像としては適さない。このように、吸収電流画像ではニードル先端のカーボンデポジション膜を認識できないので、真のニードル先端を知ることはできないが、テンプレートとのパターンマッチングの観点から吸収電流像が適している。
万一、ニードル18の先端形状が変形や破損等により、試料片Qを取り付けられる状態に無い場合(ステップS042;NG)には、ステップS043から、図20のステップS300に飛び、ステップS050以降の全ステップは実行せずに自動サンプリングの動作を終了させる。つまり、ニードル先端形状が不良の場合、これ以上の作業が実行できず、装置操作者によるニードル交換の作業に入る。ステップS042におけるニードル形状の判断は、例えば、1辺200μmの観察視野で、ニードル先端位置が所定の位置から100μm以上ずれている場合は不良品と判断する。なお、ステップS042において、ニードル形状が不良と判断した場合、表示装置22に『ニードル不良』等と表示して(ステップS043)、装置の操作者に警告する。不良品と判断したニードル18は新たなニードル18に交換するか、軽微な不良であればニードル先端を集束イオンビーム照射によって成形してもよい。
ステップS042において、ニードル18が予め定めた正常な形状であれば次のステップS044に進む。
図6(A)は、ニードル18(タングステンニードル)の先端にカーボンデポジション膜DMの残渣が付着している状態を説明するためにニードル先端部を拡大した模式図である。ニードル18は、その先端が集束イオンビーム照射によって切除されて変形しないようにしてサンプリング操作を複数回繰返して用いるため、ニードル18先端には試料片Qを保持していたカーボンデポジション膜DMの残渣が付着する。繰返してサンプリングすることで、このカーボンデポジション膜DMの残渣は徐々に大きくなり、タングステンニードルの先端位置より少し突き出した形状になる。従って、ニードル18の真の先端座標は、もともとのニードル18を構成するタングステンの先端Wではなく、カーボンデポジション膜DMの残渣の先端Cとなる。吸収電流像を用いてテンプレートを作成するのは、ニードル18が試料片Qに近づくと、試料片Qの加工形状や試料表面のパターンなど、ニードル18の背景にはニードル18と誤認する形状が存在することが多いため、二次電子像では誤認するおそれが高く、誤認防止するため背景に影響を受けない吸収電流像を用いる。二次電子像は背景像に影響を受けやすく、誤認のおそれが高いのでテンプレート画像としては適さない。このように、吸収電流画像ではニードル先端のカーボンデポジション膜DMを認識できないので、真のニードル先端を知ることはできないが、テンプレートとのパターンマッチングの観点から吸収電流像が適している。
このため、以下のようにして、カーボンデポジション膜DMの先端座標Cからニードル18の真の先端座標を求める。なお、ここで、図6(B)の画像を第1画像と呼ぶことにする。
ニードル18の吸収電流像(第1画像)を取得する工程がステップS044である。
次に、図6(B)の第1画像を画像処理して、背景より明るい領域を抽出する(ステップS045)。
この第2画像をコンピュータ23に記憶する。
次に、図6(B)の第1画像において、背景の明度より暗い領域を抽出する(ステップS046)。
次に、コンピュータ23に記憶した第2画像と第3画像を合成する(ステップS047)。
次に、第4画像から、カーボンデポジション膜DMの先端、つまり、カーボンデポジション膜DMが堆積したニードル18の真の先端座標を求める(ステップS048)。
コンピュータ23から第4画像を取り出し表示し、ニードル18の真の先端座標を求める。ニードル18の軸方向で最も突き出た箇所Cが真のニードル先端であり、画像認識により自動的に判断させ、先端座標をコンピュータ23に記憶する。
次に、テンプレートマッチングの精度を更に高めるために、ステップS044時と同じ観察視野でのニードル先端の吸収電流画像をレファレンス画像として、テンプレート画像はレファレンス画像データのうち、ステップS048で得たニードル先端座標を基準として、ニードル先端を含む一部のみを抽出したものとし、このテンプレート画像をステップS048で得たニードル先端の基準座標(ニードル先端座標)とを対応付けてコンピュータ23に登録する(ステップS050)。
また、上記の柱状部34のテンプレートを作成する工程(S020からS027)と、ニードル18のテンプレートを作成する工程(S030からS050)が逆であってもよい。但し、ニードル18のテンプレートを作成する工程(S030からS050)が先行する場合、後述のステップS280から戻るフロー(E)も連動する。
図9は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10による自動サンプリングの動作のうち、試料片Qを試料Sからピックアップする工程の流れを示すフローチャートである。ここで、ピックアップとは、集束イオンビームによる加工やニードルによって、試料片Qを試料Sから分離、摘出することを言う。
まず、コンピュータ23は、対象とする試料片Qを荷電粒子ビームの視野に入れるためにステージ駆動機構13によってステージ12を移動させる。目的とするレファレンスマークRefの位置座標を用いてステージ駆動機構13を動作させてもよい。
次に、コンピュータ23は、荷電粒子ビームの画像データを用いて、予め試料Sに形成されたレファレンスマークRefを認識する。コンピュータ23は、認識したレファレンスマークRefを用いて、既知であるレファレンスマークRefと試料片Qとの相対位置関係から試料片Qの位置を認識して、試料片Qの位置を観察視野に入るようにステージ移動する(ステップS060)。
次に、コンピュータ23は、ステージ駆動機構13によってステージ12を駆動し、試料片Qの姿勢が所定姿勢(例えば、ニードル18による取出しに適した姿勢など)になるように、姿勢制御モードに対応した角度分だけステージ12をZ軸周りに回転させる(ステップS070)。
次に、コンピュータ23は、荷電粒子ビームの画像データを用いてレファレンスマークRefを認識し、既知であるレファレンスマークRefと試料片Qとの相対位置関係から試料片Qの位置を認識して、試料片Qの位置合わせを行なう(ステップS080)。次に、コンピュータ23は、ニードル18を試料片Qに接近させる処理として、以下の処理を行う。
ここで、移動目標位置APは、試料片Qに近い位置とする。移動目標位置APは、例えば、試料片Qの支持部Qaの反対側の側部に近接した位置とする。コンピュータ23は、移動目標位置APを、試料片Qの形成時の加工枠Fに対して所定の位置関係を対応付けている。コンピュータ23は、集束イオンビームの照射によって試料Sに試料片Qを形成する際の加工枠FとレファレンスマークRefとの相対的な位置関係の情報を記憶している。コンピュータ23は、認識したレファレンスマークRefを用いて、レファレンスマークRefと加工枠Fと移動目標位置AP(図2参照)との相対的な位置関係を用いて、ニードル18の先端位置を移動目標位置APに向かい3次元空間内で移動させる。コンピュータ23は、ニードル18を3次元的に移動させる際に、例えば、先ずX方向およびY方向で移動させ、次にZ方向に移動させる。
コンピュータ23は、ニードル18を移動させる際に、試料片Qを形成する自動加工の実行時に試料Sに形成されたレファレンスマークRefを用いて、電子ビームと集束イオンビームによる異なった方向からの観察よって、ニードル18と試料片Qとの3次元的な位置関係が精度良く把握することができ、適正に移動させることができる。
図10は、ニードルを試料片に接続させる際の位置関係を説明するための図で、試料片Qの端部を拡大した図である。図10において、ニードル18を接続すべき試料片Qの端部(断面)をSIM画像中心35に配置し、SIM画像中心35から所定距離L1を隔て、例えば、試料片Qの幅の中央の位置を接続加工位置36とする。接続加工位置は、試料片Qの端面の延長上(図10の符号36a)の位置であってもよい。この場合、デポジション膜が付き易い位置となって都合がよい。コンピュータ23は、所定距離L1の上限を1μmとし、好ましくは、所定間隔を100nm以上かつ400nm以下とする。所定間隔が100nm未満であると、後の工程で、ニードル18と試料片Qを分離する際に接続したデポジション膜のみを切断できず、ニードル18まで切除するリスクが高い。ニードル18の切除はニードル18を短小化させ、ニードル先端が太く変形してしまい、これを繰返すと、ニードル18を交換せざるを得ず、本発明の目的である繰返し自動でサンプリングを行うことに反する。また、逆に、所定間隔が400nmを超えるとデポジション膜による接続が不十分となり、試料片Qの摘出に失敗するリスクが高くなり、繰返しサンプリングすることを妨げる。
また、図10からは深さ方向の位置が見えないが、例えば、試料片Qの幅の1/2の位置と予め定める。但し、この深さ方向もこの位置に限定されることはない。この接続加工位置36の3次元座標をコンピュータ23に記憶しておく。
コンピュータ23は、予め設定されている接続加工位置36を指定する。コンピュータ23は、同じSIM画像またはSEM画像内にあるニードル18先端と接続加工位置36の三次元座標を基に、ニードル駆動機構19を動作させ、ニードル18を所定の接続加工位置36に移動する。コンピュータ23は、ニードル先端が接続加工位置36と一致した時に、ニードル駆動機構19を停止させる。
図11および図12は、ニードル18が試料片Qに接近する様子を示しており、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10の集束イオンビームにより得られる画像を示す図(図11)、および、電子ビームにより得られる画像を示す図(図12)である。図12はニードルの微調整前後の様子を示しており、図12におけるニードル18aは、移動目標位置にあるニードル18を示し、ニードル18bはニードル18の微調整後、接続加工位置36に移動したニードル18を示していて、同一のニードル18である。なお、図11および図12は、集束イオンビームと電子ビームで観察方向が異なることに加え、観察倍率が異なっているが、観察対象とニードル18は同一である。
このようなニードル18の移動方法によって、ニードル18を試料片Q近傍の接続加工位置に精度良く、迅速に接続加工位置36に接近させる、停止させることができる。
このステップS120では、コンピュータ23は、ニードル18を試料片Qに直接接触させずに間隔を開けた位置でデポジション膜により接続するので、後の工程でニードル18と試料片Qとが集束イオンビーム照射による切断により分離される際にニードル18が切断されない。また、ニードル18の試料片Qへの直接接触に起因する損傷などの不具合が発生することを防止できる利点を有している。さらに、たとえニードル18が振動しても、この振動が試料片Qに伝達されることを抑制できる。さらに、試料Sのクリープ現象による試料片Qの移動が発生する場合であっても、ニードル18と試料片Qとの間に過剰なひずみが生じることを抑制できる。図13は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10の集束イオンビームにより得られる画像データにおける、ニードル18および試料片Qの接続加工位置を含む加工枠R1(デポジション膜形成領域)を示す図であり、図14は図13の拡大説明図であり、ニードル18と試料片Q、デポジション膜形成領域(例えば、加工枠R1)の位置関係を分かり易くしている。ニードル18は試料片Qから所定距離L1の間隔を有した位置を接続加工位置として接近し、停止する。ニードル18と試料片Q、デポジション膜形成領域(例えば、加工枠R1)は、ニードル18と試料片Qを跨ぐように設定する。デポジション膜は所定距離L1の間隔にも形成され、ニードル18と試料片Qはデポジション膜で接続される。
そして、コンピュータ23は、ステップS120の処理が継続される所定のデポジション時間以内にニードル18と試料片Qとの導通が検知されたか否かを判定する(ステップS121)。
コンピュータ23は、所定のデポジション時間以内にニードル18と試料片Qとの導通が検知された場合(ステップS121のOK側)には、所定のデポジション時間の経過有無にかかわらずに、試料片Qおよびニードル18がデポジション膜により接続されたと判定し、デポジション膜の形成を停止する。そして、これ以降の処理を導通管理モードとする(ステップS122)。導通管理モードは、ニードル18と対象物との接続または分離を判定する際に、ニードル導通センサ21を用いた導通検知が有効であるとするモードである。導通管理モードでは、ニードル導通センサ21を用いて導通を検知した場合に、ニードル18と対象物とが接続されていると判定する。一方、ニードル導通センサ21を用いて導通を検知しない場合に、ニードル18と対象物とが分離されていると判定する。
コンピュータ23は、所定のデポジション時間以内にニードル18と試料片Qとの導通が検知されない場合(ステップS121のNG側)には、規定時間(例えば、所定のデポジション時間よりも所定時間だけ長い時間など)に亘ってステップS120の処理を継続する。そして、規定時間に亘ってステップS120の処理を継続した後に、試料片Qおよびニードル18がデポジション膜により接続されたと判定し、デポジション膜の形成を停止する。そして、これ以降の処理を時間管理モードとする(ステップS123)。時間管理モードは、ニードル18と対象物との接続または分離を判定する際に、ニードル導通センサ21を用いた導通検知が有効ではないとするモードである。時間管理モードでは、ニードル18と対象物との接続を意図する処理の実行時間が規定時間以上に亘る場合に、対象物は非導電性であるがニードル18と対象物とがデポジション膜によって接続されたと判定する。また、ニードル18と対象物との分離を意図する処理の実行時間が規定時間以上に亘る場合に、ニードル18と対象物とが分離されたと判定する。
コンピュータ23は、所定の時間に亘って、切断加工位置T1に集束イオンビームを照射することによって、試料片Qを試料Sから分離する。図15は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料Sおよび試料片Qの支持部Qaの切断加工位置T1を示す図である。
先ず、コンピュータ23は、導通管理モードが設定されているか、または時間管理モードが設定されているか否かを判定する(ステップS132)。コンピュータ23は、導通管理モードが設定されている場合(ステップS132のOK側)には、ニードル導通センサ21から出力される信号を用いて試料Sとニードル18との導通を検知することによって、試料片Qが試料Sから切り離されたか否かを判定する。一方、コンピュータ23は、時間管理モードが設定されている場合(ステップS132のNG側)には、所定の時間に亘る切断加工が終了したか否かを判定することによって、試料片Qが試料Sから切り離されたか否かを判定する。
コンピュータ23は、導通管理モードにおいてニードル導通センサ21から出力される信号に基づいて、ステップS130の処理が継続される所定の時間以内に試料Sとニードル18との間の導通を検知しないか否かを判定する(ステップS133)。コンピュータ23は、試料Sとニードル18との間の導通を検知しない場合(ステップS133のOK側)には、所定の切断加工時間の経過有無にかかわらずに、試料片Qが試料Sから切り離された(切断OK)と判定する。そして、コンピュータ23は、切断加工を停止し、これ以降の処理(つまり、ステップS140以降の処理)の実行を継続する(ステップS134)。一方、コンピュータ23は、試料Sとニードル18との間の導通を検知する場合(ステップS133のNG側)には、処理をステップS135に進める。
次に、コンピュータ23は、ステージ退避の処理を行なう(ステップS150)。コンピュータ23は、図17に示すように、ステージ駆動機構13によってステージ12を、所定距離を移動させる。例えば、1mm、3mm、5mmだけ鉛直方向下方(つまりZ方向の負方向)に下降させる。コンピュータ23は、ステージ12を所定距離だけ下降させた後に、ガス供給部17のノズル17aをステージ12から遠ざける。例えば、鉛直方向上方の待機位置に上昇させる。図18は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片Qが接続されたニードル18に対してステージ12を退避させた状態を示す図である。
コンピュータ23は、ニードル18および試料片Qの背景に構造物がない位置にステージ12を移動させることをステージ駆動機構13またはニードル駆動機構19に指示した際に、実際に指示した場所にニードル18が到達していない場合には、観察倍率を低倍率にしてニードル18を探し、見つからない場合にはニードル18の位置座標を初期化して、ニードル18を初期位置に移動させる。
コンピュータ23は、集束イオンビームにより実際に加工された試料片Qおよび試料片Qが接続されたニードル18に対して実際に取得する画像データをレファレンス画像データとするので、試料片Qおよびニードル18の形状によらずに、精度の高いパターンマッチングを行うことができる。
なお、コンピュータ23は、各画像データを取得する際に、試料片Qおよび試料片Qが接続されたニードル18の形状の認識精度を増大させるために予め記憶した好適な倍率、輝度、コントラスト等の画像取得条件を用いる。
ここで、所望の試料片ホルダPの柱状部34が観察視野領域内に入るか否かを判定し(ステップS195)、所望の柱状部34が観察視野領域内に入れば、次のステップS200に進む。もし、所望の柱状部34が観察視野領域内に入らなければ、つまり、指定座標に対してステージ駆動が正しく動作しない場合は、直前に指定したステージ座標を初期化して、ステージ12が有する原点位置に戻る(ステップS197)。そして、再度、事前登録した所望の柱状部34の座標を指定して、ステージ12を駆動させ(ステップS190)て、柱状部34が観察視野領域内に入るまで繰り返す。
このステップS200によって、元の試料S表面端面を柱状部34の端面に対して平行または垂直の関係に、試料片Qと試料片ホルダPの姿勢調整することができる。特に、柱状部34に固定した試料片Qを集束イオンビームで薄片化加工を行なうことを想定して、元の試料Sの表面端面と集束イオンビーム照射軸が垂直関係となるように試料片Qと試料片ホルダPの姿勢調整することが好ましい。また、柱状部34に固定する試料片Qが、元の試料Sの表面端面が柱状部34に垂直で、集束イオンビームの入射方向に下流側になるように試料片Qと試料片ホルダPの姿勢調整するのも好ましい。
ここで、試料片ホルダPのうち柱状部34の形状の良否を判定する(ステップS205)。ステップS023で柱状部34の画像を登録したものの、その後の工程で、予期せぬ接触等によって指定した柱状部34が変形、破損、欠落などしていないかを、柱状部34の形状の良否を判定するのがこのステップS205である。このステップS205で、該当柱状部34の形状に問題無く良好と判断できれば次のステップS210に進み、不良と判断すれば、次の柱状部34を観察視野領域内に入るようにステージ移動させるステップS190に戻る。
なお、コンピュータ23は、指定した柱状部34を観察視野領域内に入れるためにステージ12の移動をステージ駆動機構13に指示した際に、実際には指定された柱状部34が観察視野領域内に入らない場合には、ステージ12の位置座標を初期化して、ステージ12を初期位置に移動させる。
そしてコンピュータ23は、ガス供給部17のノズル17aを、集束イオンビーム照射位置近くに移動させる。例えば、ステージ12の鉛直方向上方の待機位置から加工位置に向かい下降させる。
ここで言う「試料片マウント工程」とは、摘出した試料片Qを試料片ホルダPに移設する工程のことである。
図21は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10による自動サンプリングの動作のうち、試料片Qを所定の試料片ホルダPのうちの所定の柱状部34にマウント(移設)する工程の流れを示すフローチャートである。
コンピュータ23は、集束イオンビームおよび電子ビーム照射により得られる各画像データを用いて、上述したステップS020において記憶した試料片Qの移設位置を認識する(ステップS210)。コンピュータ23は、柱状部34のテンプレートマッチングを実行する。コンピュータ23は、櫛歯形状の試料台33の複数の柱状部34のうち、観察視野領域内に現れた柱状部34が予め指定した柱状部34であることを確認するために、テンプレートマッチングを実施する。コンピュータ23は、予め柱状部34のテンプレートを作成する工程(ステップS020)において作成した柱状部34毎のテンプレートを用いて、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射により得られる各画像データとテンプレートマッチングを実施する。
また、コンピュータ23は、所定領域(少なくとも柱状部34を含む領域)の画像データからエッジ(輪郭)を抽出して、このエッジパターンをテンプレートとしてもよい。また、コンピュータ23は、所定領域(少なくとも柱状部34を含む領域)の画像データからエッジ(輪郭)を抽出することができない場合には、画像データを再度取得する。抽出したエッジを表示装置22に表示し、観察視野領域内の集束イオンビームによる画像または電子ビームによる画像とテンプレートマッチングしてもよい。
先ず、コンピュータ23は、ニードル18の位置を認識する(ステップS220)。コンピュータ23は、ニードル18に荷電粒子ビームを照射することによってニードル18に流入する吸収電流を検出し、吸収電流画像データを生成する。コンピュータ23は、集束イオンビーム照射と、電子ビーム照射によって各吸収電流画像データを取得する。コンピュータ23は、2つの異なる方向からの各吸収電流画像データを用いて3次元空間でのニードル18の先端位置を検出する。
なお、コンピュータ23は、検出したニードル18の先端位置を用いて、ステージ駆動機構13によってステージ12を駆動して、ニードル18の先端位置を予め設定されている視野領域の中心位置(視野中心)に設定してもよい。
なお、コンピュータ23は、このテンプレートマッチングにおいて画像データの所定の領域(少なくともニードル18および試料片Qを含む領域)からエッジ(輪郭)を抽出する際には、抽出したエッジを表示装置22に表示する。また、コンピュータ23は、テンプレートマッチングにおいて画像データの所定の領域(少なくともニードル18および試料片Qを含む領域)からエッジ(輪郭)を抽出することができない場合には、画像データを再度取得する。
そして、コンピュータ23は、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射により得られる各画像データにおいて、相互に接続されたニードル18および試料片Qのテンプレートと、試料片Qの取付け対象である柱状部34のテンプレートとを用いたテンプレートマッチングに基づき、試料片Qと柱状部34との距離を計測する。
そして、コンピュータ23は、最終的にステージ12に平行な平面内での移動のみによって試料片Qを、試料片Qの取付け対象である柱状部34に移設する。
この空隙L2が500nm以上の場合であっても接続できるが、デポジション膜による柱状部34と試料片Qとの接続に要する時間が所定値以上に長くなり、1μmは好ましくない。この空隙L2が小さくなるほど、デポジション膜による柱状部34と試料片Qとの接続に要する時間が短くなるが、接触させないことが肝要である。
なお、コンピュータ23は、この空隙L2を設ける際に、柱状部34およびニードル18の吸収電流画像を検知することによって両者の空隙を設けてもよい。
コンピュータ23は、柱状部34とニードル18との間の導通を検知することによって、柱状部34に試料片Qを移設した後において、試料片Qとニードル18との切り離しの有無を検知する。
先ず、コンピュータ23は、導通管理モードが設定されているか、または時間管理モードが設定されているか否かを判定する(ステップS245)。コンピュータ23は、導通管理モードが設定されている場合(ステップS245のOK側)には、ニードル導通センサ21から出力される信号を用いて柱状部34とニードル18との間の導通を検知することによって、試料片Qと柱状部34との接続が完了したか否かを判定する。一方、コンピュータ23は、時間管理モードが設定されている場合(ステップS245のNG側)には、所定の時間に亘るデポジション膜の形成が終了したか否かを判定することによって、試料片Qと柱状部34との接続が完了したか否かを判定する。
コンピュータ23は、導通管理モードにおいてニードル導通センサ21から出力される信号に基づいて、ステップS241の処理が継続される所定の時間以内に柱状部34とニードル18との間の導通を検知するか否かを判定する(ステップS246)。コンピュータ23は、導通管理モードにおけるステップS246を、例えば以下のように行なう。ニードル導通センサ21は、予めニードル18とステージ12の間に設置される抵抗計を備え、両者の導通を検出する。両者が離間している(空隙L2がある)時には電気抵抗は無限大であるが、両者が導電性のデポジション膜で覆われて、空隙L2が埋まっていくにつれて両者間の電気抵抗値は徐々に低下する。コンピュータ23は、両者間の電気抵抗値が予め定めた抵抗値以下になったことを確認して電気的に接続されたと判断する。また、事前の検討から、両者間の電気抵抗値が予め定めた抵抗値に達した時にはデポジション膜は力学的に十分な強度を有し、試料片Qは柱状部34に十分に接続されたと判定できる。
コンピュータ23は、柱状部34とニードル18との間の導通を検知する場合(ステップS246のOK側)には、所定のデポジション時間の経過有無にかかわらずに、柱状部34とニードル18に取り付けられている試料片Qとがデポジション膜により接続された(接続OK)と判定し、デポジション膜の形成を停止し、これ以降の処理(つまり、ステップS260以降の処理)の実行を継続する(ステップS247)。一方、コンピュータ23は、柱状部34とニードル18との間の導通を検知しない場合(ステップS246のNG側)には、処理をステップS248に進める。
コンピュータ23は、時間管理モードにおいて規定時間に亘るデポジション膜の形成が終了していない場合(ステップS251のNG側)には、柱状部34と試料片Qとが接続されていないと判定し、規定時間に亘るデポジション膜の形成が終了するまで、この判定処理を繰り返し実行する。そして、コンピュータ23は、時間管理モードにおいて規定時間に亘るデポジション膜の形成が終了した場合(ステップS251のOK側)には、柱状部34とニードル18に取り付けられている試料片Qとが接続された(接続OK)と判定し、これ以降の処理(つまり、ステップS260以降の処理)の実行を継続する(ステップS252)。
コンピュータ23は、試料片Qと柱状部34との接続が確認された時点で、ガス供給と集束イオンビーム照射を停止させる。図25は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10の集束イオンビームによる画像データで、ニードル18に接続された試料片Qを柱状部34に接続するデポジション膜DM1を示す図である。
上記図25は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードル18と試料片Qとを接続するデポジション膜DM2を切断するための切断加工位置T2を示す図である。コンピュータ23は、柱状部34の側面から所定距離(つまり、柱状部34の側面から試料片Qまでの空隙L2と、試料片Qの大きさL3との和)Lと、ニードル18と試料片Qの空隙の所定距離L1(図25参照)の半分との和(L+L1/2)だけ離れた位置を切断加工位置T2に設定する。また、切断加工位置T2を、所定距離Lとニードル18と試料片Qの空隙の所定距離L1の和(L+L1)だけ離れた位置としてもよい。この場合、ニードル先端に残存するデポジション膜DM2(カーボンデポジション膜)が小さくなって、ニードル18のクリーニング(後述)作業の機会が少なくなって、連続自動サンプリングにとって好ましい。
コンピュータ23は、所定時間に亘って、切断加工位置T2に集束イオンビームを照射することによって、ニードル18を試料片Qから分離できる。コンピュータ23は、所定時間に亘って、切断加工位置T2に集束イオンビームを照射することによって、デポジション膜DM2のみを切断して、ニードル18を切断することなくニードル18を試料片Qから分離する。ステップS260においては、デポジション膜DM2のみを切断することが重要である。これにより、1度セットしたニードル18は長期間、交換せずに繰り返し使用できるため、無人で連続して自動サンプリングを繰返すことができる。図26は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10における集束イオンビームの画像データによるニードル18が試料片Qから切り離された状態を示す図である。ニードル先端にはデポジション膜DM2の残渣が付いている。
先ず、コンピュータ23は、導通管理モードが設定されているか、または時間管理モードが設定されているか否かを判定する(ステップS262)。コンピュータ23は、導通管理モードが設定されている場合(ステップS262のOK側)には、ニードル導通センサ21から出力される信号を用いて試料片ホルダPとニードル18との間の導通を検知することによって、ニードル18が試料片ホルダPから切り離されたか否かを判定する。一方、コンピュータ23は、時間管理モードが設定されている場合(ステップS262のNG側)には、所定の時間に亘る切断加工が終了したか否かを判定することによって、ニードル18が試料片ホルダPから切り離されたか否かを判定する。
コンピュータ23は、導通管理モードにおいてニードル導通センサ21から出力される信号に基づいて、ステップS260の処理が継続される所定の時間以内に試料片ホルダPとニードル18との間の導通を検知しないか否かを判定する(ステップS263)。コンピュータ23は、試料片ホルダPとニードル18との間の導通を検知しない場合(ステップS263のOK側)には、所定の切断加工時間の経過有無にかかわらずに、ニードル18が試料片ホルダPから切り離された(切断OK)と判定する。そして、コンピュータ23は、切断加工を停止し、これ以降の処理(つまり、ステップS270以降の処理)の実行を継続する(ステップS264)。一方、コンピュータ23は、試料片ホルダPとニードル18との間の導通を検知する場合(ステップS263のNG側)には、処理をステップS265に進める。
コンピュータ23は、所定の切断加工時間に亘る切断加工、つまり切断加工位置T2でのニードル18と試料片Qとの間のデポジション膜DM2を切断するために、集束イオンビーム照射を所定の切断加工時間に亘って行う工程が終了したか否かを判定する(ステップS265)。コンピュータ23は、所定の切断加工時間に亘る切断加工が終了していない場合(ステップS265のNG側)には、処理をステップS263に戻す。一方、コンピュータ23は、ニードル導通センサ21によって試料片ホルダPとニードル18との間の導通を検知している状態で所定の切断加工時間に亘る切断加工が終了した後(ステップS265のOK側)には、ニードル18が試料台33から切り離されていない(切断NG)と判定する(ステップS266)。コンピュータ23は、ニードル18が試料片ホルダPから切り離されていない(切断NG)と判定した場合には、このニードル18と試料片Qとの分離が完了していないことを表示装置22に表示するか、または警報音により操作者に報知する(エラー処理)。そして、これ以降の処理(つまり、ステップS270以降の処理)の実行を停止する。
以上により、一連の自動サンプリング動作が終了する。
なお、上述したスタートからエンドまでのフローは一例にすぎず、全体の流れに支障が出なければ、ステップの入れ替えやスキップを行なってもよい。
コンピュータ23は、上述したスタートからエンドまでを連続動作させることで、無人でサンプリング動作を実行させることができる。上述の方法により、ニードル18を交換することなく繰り返し試料サンプリングすることができるため、同一のニードル18を用いて多数個の試料片Qを連続してサンプリングすることができる。
これにより荷電粒子ビーム装置10は、試料Sから試料片Qを分離および摘出する際に同じニードル18の成形することなく、さらにはニードル18自体を交換することなく繰り返し使用でき、一個の試料Sから多数個の試料片Qを自動で作製することができる。従来のような操作者の手動操作を施すことなくサンプリングが実行できる。
さらに、コンピュータ23は、時間管理モードを設定している状態であっても、ニードル18に保持される試料片Qと試料片ホルダPを接続する際にニードル18と試料片ホルダPとの間の導通を検出する場合に時間管理モードの設定を解除するので、各工程の効率低下を防ぐことができる。
さらに、コンピュータ23は、時間管理モードを設定していない状態でニードル18に保持される試料片Qと試料片ホルダPを接続する際にニードル18と試料片ホルダPとの間の導通を検出しない場合に時間管理モードを設定するので、試料片ホルダPの導電性の有無が不確定であっても、各工程を適正かつ効率良く完了することができる。
さらに、コンピュータ23は、時間管理モードを設定している状態では、時間管理モードを設定していない状態に比べて、荷電粒子ビームの照射によって取得する画像のコントラストをより増大させるので、試料片Qまたは試料片ホルダPが非導電性であっても画像認識を容易に行うことができる。
さらに、コンピュータ23は、時間管理モードを設定していることを示す情報を、記憶、出力、および集束イオンビームの照射によって対象物(例えば、柱状部34など)に形成の少なくとも何れかを行うので、試料片Qまたは試料片ホルダPの導電性の有無に関する情報を操作者に容易に提示することができる。
さらに、コンピュータ23は、ニードル導通センサ21から出力される信号に基づいて時間管理モードと導通管理モードとを切り替えて設定するので、試料片Qまたは試料片ホルダPの導電性の有無が不確定であっても、各工程を適正かつ効率良く完了することができる。コンピュータ23は、ニードル18と試料片Qの接続または分離、もしくはニードル18に保持される試料片Qと試料片ホルダPの接続または分離を判定する際に、試料片Qまたは試料片ホルダPの導電性の有無が不確定であっても、時間管理モードによって適正な判定結果を得ることができる。一方、コンピュータ23は、試料片Qまたは試料片ホルダPの導電性がある場合に導通管理モードによって、判定に要する時間を短縮することができるとともに、判定結果の確実性を向上させることができる。
さらに、ニードル導通センサ21は、ニードル18と試料片Qとの間の電気特性、およびニードル18と柱状部34との間の電気特性として、電気抵抗、電流、電位のうちの少なくとも何れかを検出するので、導通有無を的確に検出することができる。
さらに、少なくとも試料片ホルダP、ニードル18、および試料片Qの背景に構造物が無い状態で荷電粒子ビームの照射によって取得した二次電子画像、または吸収電流画像からテンプレートを作成するので、テンプレートの信頼性を向上させることができる。これにより、テンプレートを用いたテンプレートマッチングの精度を向上させることができ、テンプレートマッチングによって得られる位置情報を基にして試料片Qを精度良く試料片ホルダPに移設することができる。
さらに、試料片Qを試料片ホルダPに移設する際の姿勢に応じたテンプレートを作成するので、移設時の位置精度を向上させることができる。
さらに、少なくとも試料片ホルダP、ニードル18、および試料片Qのテンプレートを用いたテンプレートマッチングに基づき相互間の距離を計測するので、移設時の位置精度を、より一層、向上させることができる。
さらに、少なくとも試料片ホルダP、ニードル18、および試料片Qの各々の画像データにおける所定領域に対してエッジを抽出することができない場合に、画像データを再度取得するので、テンプレートを的確に作成することができる。
さらに、最終的にステージ12に平行な平面内での移動のみによって試料片Qを予め定めた試料片ホルダPの位置に移設するので、試料片Qの移設を適正に実施することができる。
さらに、テンプレートの作成前にニードル18に保持した試料片Qを整形加工するので、テンプレート作成時のエッジ抽出の精度を向上させることができるとともに、後に実行する仕上げ加工に適した試料片Qの形状を確保することができる。さらに、整形加工の位置をニードル18からの距離に応じて設定するので、精度良く整形加工を実施することができる。
さらに、試料片Qを保持するニードル18が所定姿勢になるように回転させる際に、偏芯補正によってニードル18の位置ずれを補正することができる。
さらに、コンピュータ23は、少なくとも2つの異なる方向から取得した画像データを用いることによって、ニードル18の3次元空間内の位置を精度良く把握することができる。これによりコンピュータ23は、ニードル18を3次元的に適切に駆動することができる。
さらに、試料Sのクリープ現象による試料片Qの移動が発生する場合であっても、ニードル18と試料片Qとの間に過剰なひずみが生じることを抑制することができる。
さらに、コンピュータ23は、試料Sと試料片Qとの実際の分離が完了していないことを報知するので、この工程に続いて自動的に実行される一連の工程の実行が中断される場合であっても、この中断の原因を装置の操作者に容易に認識させることができる。
さらに、コンピュータ23は、試料Sとニードル18との間の導通が検出された場合には、試料Sと試料片Qとの接続切断が実際には完了していないと判断して、この工程に続くニードル18の退避などの駆動に備えて、試料片Qとニードル18との接続を切断する。これによりコンピュータ23は、ニードル18の駆動に伴う試料Sの位置ずれまたはニードル18の破損などの不具合の発生を防止することができる。
さらに、コンピュータ23は、試料片Qが導電性であれば試料片Qとニードル18との間の導通有無を検出して、試料Sと試料片Qとの接続切断が実際に完了していることを確認してからニードル18を駆動することができる。これによりコンピュータ23は、ニードル18の駆動に伴う試料片Qの位置ずれまたはニードル18や試料片Qの破損などの不具合の発生を防止することができる。
さらに、コンピュータ23は、試料片Qが接続されたニードル18が照射領域内に到達する前後における吸収電流の変化に応じて、ニードル18および試料片Qが移動目標位置の近傍に到達したことを間接的に精度良く把握することができる。これによりコンピュータ23は、ニードル18および試料片Qを移動目標位置に存在する試料台33などの他の部材に接触させること無しに停止させることができ、接触に起因する損傷などの不具合が発生することを防止することができる。
さらに、コンピュータ23は、試料片Qおよび試料台33が導電性であれば試料台33とニードル18との間の導通有無を検出して、試料台33と試料片Qとの接続が実際に完了していることを確認してから試料片Qとニードル18との接続を切断することができる。
上述した実施形態において、コンピュータ23は、ステップS242では、時間管理モードが設定されている場合であっても、先ず、所定の時間以内に柱状部34とニードル18との導通が検知されるか否かを判定し、次に、規定時間に亘るデポジション膜の形成が終了したか否かを判定してもよい。図30は、ステップS242の工程の流れを示すフローチャートである。図30に示す導通管理モードの工程(ステップS245〜ステップS250)は、上述した図24に示す導通管理モードの工程(ステップS245〜ステップS250)と同一である。
コンピュータ23は、時間管理モードにおいてニードル導通センサ21から出力される信号に基づいて、ステップS241の処理が継続される所定の時間以内に柱状部34とニードル18との間の導通を検知するか否かを判定する(ステップS253)。
コンピュータ23は、柱状部34とニードル18との間の導通を検知する場合(ステップS253のOK側)には、所定のデポジション時間の経過有無にかかわらずに、柱状部34とニードル18に取り付けられている試料片Qとがデポジション膜により接続された(接続OK)と判定し、デポジション膜の形成を停止する(ステップS254)。そして、これ以降の処理(つまり、ステップS260以降の処理)を時間管理モードから導通管理モードに切り替える。このように、コンピュータ23は、試料片Qの非導電性に起因して時間管理モードが設定されている場合であっても、デポジション膜の形成が繰り返されて試料片Qの表面に形成されるデポジション膜によってニードル導通センサ21を用いた導通検知が有効となる場合には導通管理モードを設定する。一方、コンピュータ23は、柱状部34とニードル18との間の導通を検知しない場合(ステップS253のNG側)には、処理をステップS256に進める。なお、コンピュータ23は、時間管理モードを導通管理モードに切り替えたことを、表示装置22への表示または警告音などにより報知してもよいし、自動サンプリングの動作において生成されるデータログなどの情報に記録してもよい。
コンピュータ23は、規定時間(例えば、所定のデポジション時間よりも所定時間だけ長い時間など)に亘るデポジション膜の形成が終了したか否かを判定することによって、柱状部34とニードル18に取り付けられている試料片Qとがデポジション膜により接続されたか否かを判定する(ステップS256)。コンピュータ23は、規定時間に亘るデポジション膜の形成が終了していない場合(ステップS256のNG側)には、柱状部34と試料片Qとが接続されていないと判定し、規定時間に亘るデポジション膜の形成が終了するまで、この判定処理を繰り返し実行する。そして、コンピュータ23は、時間管理モードにおいて規定時間に亘るデポジション膜の形成が終了した場合(ステップS256のOK側)には、柱状部34とニードル18に取り付けられている試料片Qとが接続された(接続OK)と判定し、これ以降の処理(つまり、ステップS260以降の処理)の実行を継続する(ステップS257)。
上述した実施形態において、コンピュータ23は、ステップS242の導通管理モードにおいて柱状部34とニードル18との間の導通を検知していない状態でデポジション膜の形成が終了した場合(ステップS248のOK側)には、柱状部34と試料片Qとがデポジション膜により接続された(接続OK)と判定する(ステップS249)としたが、これに限定されない。
コンピュータ23は、柱状部34とニードル18との間の導通を検知していない状態でデポジション膜の形成が終了した場合(ステップS248のOK側)には、柱状部34が導電性であることを前提として、柱状部34と試料片Qとがデポジション膜により接続されていない(接続NG)と判定してもよい。この場合、コンピュータ23は、集束イオンビームによって試料片Qとニードル18を繋ぐデポジション膜DM2を切断し、ニードル先端の試料片Qを破棄し、ニードル18を退避させる動作に移る(ステップS270)。
上述した実施形態において、ニードル18は集束イオンビーム照射を受けず縮小化や変形されないので、ニードル先端の成形やニードル18の交換はしないとしたが、コンピュータ23は、自動サンプリングの動作が繰り返し実行される場合の適宜のタイミング、例えば繰り返し実行の回数が予め定めた回数ごと、などにおいて、ニードル先端のカーボンデポジション膜の除去加工(本明細書ではニードル18のクリーニングと呼ぶ)を実行してもよい。例えば、自動サンプリング10回に1度クリーニングを行なう。以下、このニードル18のクリーニングを施す判断方法について説明する。
次に、ニードル18を動かさずに、同じ視野、同じ観察倍率で、ニードル18の吸収電流画像を取得する。吸収電流画像ではカーボンデポジション膜は確認できす、ニードル18の形状のみが認識できる。この吸収電流画像もコンピュータ23に記憶する。
ここで、二次電子画像から吸収電流画像を減算処理することで、ニードル18が消去され、ニードル先端から突き出したカーボンデポジション膜の形状が顕在化する。この顕在化したカーボンデポジション膜の面積が、予め定めた面積を超えた時、ニードル18を切削しないように、カーボンデポジション膜を集束イオンビーム照射によってクリーニングする。この時、カーボンデポジション膜は、上記の予め定めた面積以下であれば残っていてもよい。
さらに、第3の方法として、上記のコンピュータに記憶した二次電子画像におけるカーボンデポジション膜先端の、画像上の座標を記録する。また、上記のコンピュータ23に記憶した吸収電流画像におけるニードル先端の画像上の座標を記憶する。ここで、カーボンデポジション膜の先端座標と、ニードル18の先端座標からカーボンデポデポジション膜の長さが算出できる。この長さが予め定めた値を超えた時を、ニードル18のクリーニング時期と判断してもよい。
さらに、第4の方法として、予め最適と思われるカーボンデポジション膜を含めたニードル先端形状のテンプレートを作成しておき、サンプリングを複数回繰り返して行なった後のニードル先端の二次電子画像に重ね合わせ、このテンプレートからはみ出した部分を集束イオンビームで削除するようにしてもよい。
さらに、第5の方法として、上記顕在化したカーボンデポジション膜の面積ではなく、ニードル18の先端のカーボンデポジション膜の厚さが、予め定めた厚さを超えた時をニードル18のクリーニング時期と判断してもよい。
これらのクリーニング方法は、例えば、図21におけるステップS280の直後で行えばよい。
なお、クリーニングは上述した方法などによって実施するが、クリーニングによっても予め定めた形状にならない場合、予め定めた時間内にクリーニングができない場合、または、予め定めた期間ごとにおいて、ニードル18を交換してもよい。ニードル18を交換した後も、上述の処理フローは変更されず、上述同様に、ニードル先端形状を保存するなどのステップを実行する。
上述した実施形態において、ニードル駆動機構19はステージ12と一体に設けられるとしたが、これに限定されない。ニードル駆動機構19は、ステージ12と独立に設けられてもよい。ニードル駆動機構19は、例えば試料室11などに固定されることによって、ステージ12の傾斜駆動などから独立して設けられてもよい。
上述した実施形態において、集束イオンビーム照射光学系14は光軸を鉛直方向とし、電子ビーム照射光学系15は光軸を鉛直に対して傾斜した方向としたが、これに限定されない。例えば、集束イオンビーム照射光学系14は光軸を鉛直に対して傾斜した方向とし、電子ビーム照射光学系15は光軸を鉛直方向としてもよい。
上述した実施形態において、荷電粒子ビーム照射光学系として集束イオンビーム照射光学系14と電子ビーム照射光学系15の2種のビームが照射できる構成としたが、これに限定されない。例えば、電子ビーム照射光学系15が無く、鉛直方向に設置した集束イオンビーム照射光学系14のみの構成としてもよい。この場合に用いるイオンは、負電荷のイオンとする。
上述した実施形態では、上述のいくつかのステップにおいて、試料片ホルダP、ニードル18、試料片Q等に対して電子ビームと集束イオンビームを異なる方向から照射して、電子ビームによる画像と集束イオンビームによる画像を取得し、試料片ホルダP、ニードル18、試料片Q等の位置や位置関係を把握していたが、集束イオンビーム照射光学系14のみを搭載し、集束イオンビームの画像のみで行なってもよい。以下、この実施例について説明する。
例えば、ステップS220において、試料片ホルダPと試料片Qとの位置関係を把握する場合には、ステージ12の傾斜が水平の場合と、或る特定の傾斜角で水平から傾斜する場合とにおいて、試料片ホルダPと試料片Qの両者が同一視野に入るように集束イオンビームによる画像を取得し、それら両画像から、試料片ホルダPと試料片Qの三次元的な位置関係が把握できる。上述したように、ニードル駆動機構19はステージ12と一体で水平垂直移動、傾斜ができるため、ステージ12が水平、傾斜に関わらず、試料片ホルダPと試料片Qの相対位置関係は保持される。そのため、荷電粒子ビーム照射光学系が集束イオンビーム照射光学系14の1本だけであっても、試料片Qを異なる2方向から観察、加工することができる。
同様に、ステップS020における試料片ホルダPの画像データの登録、ステップS040におけるニードル位置の認識、ステップS050におけるニードルのテンプレート(レファレンス画像)の取得、ステップS170における試料片Qが接続したニードル18のレファレンス画像の取得、ステップS210における試料片Qの取り付け位置の認識、ステップS240におけるニードル移動停止においても同様に行なえばよい。
また、ステップS241における試料片Qと試料片ホルダPとの接続おいても、ステージ12が水平状態において試料片ホルダPと試料片Qの上端面からデポジション膜を形成して接続し、さらに、ステージ12を傾斜させて異なる方向からデポジション膜が形成でき、確実な接続ができる。
上述した実施形態において、コンピュータ23は、自動サンプリングの動作として、ステップS010からステップS280の一連の処理を自動的に実行するとしたが、これに限定されない。コンピュータ23は、ステップS010からステップS280のうちの少なくとも何れか1つの処理を、操作者の手動操作によって実行するように切り替えてもよい。
また、コンピュータ23は、複数の試料片Qを自動サンプリングの動作を実行する場合に、試料Sに複数の摘出直前の試料片Qの何れか1つが形成される毎に、この1つの摘出直前の試料片Qに対して自動サンプリングの動作を実行してもよい。また、コンピュータ23は、試料Sに複数の摘出直前の試料片Qの全てが形成された後に、複数の摘出直前の試料片Qの各々に対して連続して自動サンプリングの動作を実行してもよい。
上述した実施形態において、コンピュータ23は、既知である柱状部34のテンプレートを用いて柱状部34の位置を抽出するとしたが、このテンプレートとして、予め実際の柱状部34の画像データから作成するレファレンスパターンを用いてもよい。また、コンピュータ23は、試料台33を形成する自動加工の実行時に作成したパターンを、テンプレートとしてもよい。
また、上述した実施形態において、コンピュータ23は、柱状部34の作成時に荷電粒子ビームの照射によって形成されるレファレンスマークRefを用いて、試料台33の位置に対するニードル18の位置の相対関係を把握してもよい。コンピュータ23は、試料台33の位置に対するニードル18の相対位置を逐次検出することによって、ニードル18を3次元空間内で適切に(つまり、他の部材や機器などに接触することなしに)駆動することができる。
上述した実施形態において、試料片Qを試料片ホルダPに接続させるステップS220からステップS241までの処理を次のように行なってもよい。つまり、試料片ホルダPの柱状部34と試料片Qと画像から、それらの位置関係(互いの距離)を求め、それらの距離が目的の値となるようにニードル駆動機構19を動作させる処理である。
ステップS220において、コンピュータ23は、電子ビーム及び集束イオンビームによるニードル18、試料片Q、柱状部34の二次粒子画像データまたは吸収電流画像データからそれらの位置関係を認識する。図31および図32は、柱状部34と試料片Qの位置関係を模式的に示した図であり、図31は集束イオンビーム照射によって、図32は電子ビーム照射によって得た画像を基にしている。これらの図から柱状部34と試料片Qの相対位置関係を計測する。図31のように柱状部34の一角(例えば、側面34a)を原点として直交3軸座標(ステージ12の3軸座標とは異なる座標)を定め、柱状部34の側面34a(原点)と試料片Qの基準点Qcの距離として、図31から距離DX、DYが測定される。
一方、図32からは距離DZが求まる。但し、電子ビーム光学軸と集束イオンビーム軸(鉛直)に対して角度θ(但し、0°<θ≦90°)だけ傾斜しているとすると、柱状部34と試料片QのZ軸方向の実際の距離はDZ/sinθとなる。
次に、柱状部34に対する試料片Qの移動停止位置関係を図31、図32で説明する。
柱状部34の上端面(端面)34bと試料片Qの上端面Qbを同一面とし、かつ、柱状部34の側面と試料片Qの断面が同一面となり、しかも、柱状部34と試料片Qとの間には約0.5μmの空隙がある位置関係とする。つまり、DX=0、DY=0.5μm、DZ=0となるように、ニードル駆動機構19を動作させることで、目標とする停止位置に試料片Qを到達させることができる。
なお、電子ビーム光学軸と集束イオンビーム光学軸が垂直(θ=90°)関係にある構成では、電子ビームによって計測された柱状部34と試料片Qの距離DZは、測定値が実際の両者の距離となる。
上述した実施形態におけるステップS230では、ニードル18を画像から計測した柱状部34と試料片Qの間隔が目標の値となるようにニードル駆動機構19を動作させた。
上述した実施形態において、試料片Qを試料片ホルダPに接続させるステップS220からステップS241までの処理を次のように行なってもよい。つまり、試料片ホルダPの柱状部34への試料片Qの取り付け位置をテンプレートとして予め定めておき、その位置に試料片Qの画像をパターンマッチングさせて、ニードル駆動機構19を動作させる処理である。
柱状部34に対する試料片Qの移動停止位置関係を示すテンプレートを説明する。柱状部34の上端面34bと試料片Qの上端面Qbを同一面とし、かつ、柱状部34の側面と試料片Qの断面が同一面となり、しかも、柱状部34と試料片Qとの間には約0.5μmの空隙がある位置関係である。このようなテンプレートは、実際の試料片ホルダPや試料片Qを固着したニードル18の二次粒子画像や吸収電流画像データから輪郭(エッジ)部を抽出して線画を作成してもよいし、設計図面、CAD図面から線画として作成してもよい。
作成したテンプレートのうち柱状部34をリアルタイムでの電子ビーム及び集束イオンビームによる柱状部34の画像に重ねて表示し、ニードル駆動機構19に動作の指示を出すことで、試料片Qはテンプレート上の試料片Qの停止位置に向かって移動する(ステップS230)。リアルタイムでの電子ビーム及び集束イオンビームによる画像が、予め定めたテンプレート上の試料片Qの停止位置に重なったことを確認して、ニードル駆動機構19の停止処理を行なう(ステップS240)。このようにして、試料片Qを予め定めた柱状部34に対する停止位置関係に正確に移動させることができる。
このように、試料片Qが所定の柱状部34に接近していることを確認した後に、精密な位置合わせに用いることができる。
上述した実施形態におけるステップS230ではニードル18を移動させた。もし、ステップS230を終えた試料片Qが、目的位置から大きくずれた位置関係にある場合、次の動作を行なってもよい。
ステップS220において、移動前の試料片Qの位置は、各柱状部34の原点とした直交3軸座標系において、Y>0、Z>0の領域に在ることが望ましい。これは、ニードル18の移動中に試料片Qが柱状部34への衝突のおそれが極めて少ないためで、ニードル駆動機構19のX、Y、Z駆動部を同時に動作させて、安全に迅速に目的位置に到達できる。一方、移動前の試料片Qの位置がY<0の領域にある場合、試料片Qを停止位置に向けてニードル駆動機構19のX、Y、Z駆動部を同時に動作させると、柱状部34に衝突するおそれが大きい。このため、ステップS220で試料片QがY<0の領域にある場合、ニードル18は柱状部34を避けた経路で目標位置に到達させる。具体的には、まず、試料片Qをニードル駆動機構19のY軸のみを駆動させ、Y>0の領域まで移動させて所定の位置(例えば注目している柱状部34の幅の2倍、3倍、5倍、10倍などの位置)まで移動させ、次に、X、Y、Z駆動部の同時動作によって最終的な停止位置に向けて移動する。このようなステップによって、試料片Qを柱状部34に衝突することなく、安全に迅速に移動させることができる。また、万一、試料片Qと柱状部34のX座標が同じで、Z座標が柱状部上端より低い位置にある(Z<0)ことが、電子ビーム画像、又は/及び、集束イオンビーム画像から確認された場合、まず、試料片QをZ>0領域(例えば、Z=2μm、3μm、5μm、10μmの位置)に移動させ、次に、Y>0の領域の所定の位置まで移動させ、次に、X、Y、Z駆動部の同時動作によって最終的な停止位置に向けて移動する。このように移動することで、試料片Qと柱状部34は衝突すること無く、試料片Qを目的位置に到達することができる。
本発明による荷電粒子ビーム装置10において、ニードル18はニードル駆動機構19によって、軸回転することができる。上述の実施形態においては、ニードルトリミングを除き、ニードル18の軸回転を用いない最も基本的なサンプリング手順を説明したが、第11の変形例ではニードル18の軸回転を利用した実施形態を説明する。
コンピュータ23は、ニードル駆動機構19を動作させニードル18を軸回転できるため、必要に応じて試料片Qの姿勢制御を実行できる。コンピュータ23は、試料Sから取り出した試料片Qを回転させ、試料片ホルダPに試料片Qの上下または左右を変更した状態の試料片Qを固定する。コンピュータ23は、試料片Qにおける元の試料Sの表面が柱状部34の端面に垂直関係にあるか平行関係になるように試料片Qを固定する。これによりコンピュータ23は、例えば後に実行する仕上げ加工に適した試料片Qの姿勢を確保するとともに、試料片Qの薄片化仕上げ加工時に生じるカーテン効果(集束イオンビーム照射方向に生じる加工縞模様であって、完成後の試料片を電子顕微鏡で観察した場合、誤った解釈を与えてしまう)の影響などを低減することができる。コンピュータ23は、ニードル18を回転させる際には偏心補正を行なうことによって、試料片Qが実視野から外れないように回転を補正する。
上述のステップS150に続いて、この姿勢制御において、先ず、コンピュータ23は、ニードル駆動機構19によってニードル18を駆動し、試料片Qの姿勢が所定姿勢になるように、姿勢制御モードに対応した角度分だけニードル18を回転させる。ここで姿勢制御モードとは、試料片Qを所定の姿勢に制御するモードであり、試料片Qに対し所定の角度でニードル18をアプローチし、試料片Qが接続されたニードル18を所定の角度に回転することにより試料片Qの姿勢を制御する。コンピュータ23は、ニードル18を回転させる際には偏心補正を行なう。図35〜図40は、この様子を示しており、複数(例えば、3つ)の異なるアプローチモードの各々において、試料片Qが接続されたニードル18の状態を示す図である。
図37および図38は、ニードル18の回転角度90°でのアプローチモードにおいて、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料片Qが接続されたニードル18を90°回転させた状態(図37)と、電子ビームにより得られる画像データにおける試料片Qが接続されたニードル18を90°回転させた状態(図38)とを示す図である。コンピュータ23は、ニードル18の回転角度90°でのアプローチモードにおいては、ニードル18を90°だけ回転させた状態で試料片Qを試料片ホルダPに移設するために適した姿勢状態を設定している。
図39および図40は、ニードル18の回転角度180°でのアプローチモードにおいて、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料片Qが接続されたニードル18を180°回転させた状態(図39)と、電子ビームにより得られる画像データにおける試料片Qが接続されたニードル18を180°回転させた状態(図40)とを示す図である。コンピュータ23は、ニードル18の回転角度180°でのアプローチモードにおいては、ニードル18を180°だけ回転させた状態で試料片Qを試料片ホルダPに移設するために適した姿勢状態を設定している。
なお、ニードル18と試料片Qとの相対的な接続姿勢は、予め上述した試料片ピックアップ工程においてニードル18を試料片Qに接続する際に、各アプローチモードに適した接続姿勢に設定されている。
第12の変形例では、荷電粒子ビーム装置10において、ニードル18がニードル駆動機構19によって軸回転することができることを利用して、平面試料を作製する実施形態を説明する。
平面試料は、試料内部にあって試料表面に平行な面を観察するために、分離摘出した試料片を元の試料表面に平行になるように薄片化した試料片を指す。
図41は、分離摘出された試料片Qがニードル18の先端に固定された状態を示した図であり、電子ビームによる像を模式的に示している。ニードル18の試料片Qへの固定には、図5から図8に示した方法で固定されている。ニードル18の回転軸が(図1のXY面)に対して45°傾斜した位置に設定されている場合、ニードル18を90°回転させることによって、分離摘出された試料片Qの上端面Qbは、水平面(図1のXY面)からXY面に垂直な面に姿勢制御される。
図42は、ニードル18の先端に固定された試料片Qが試料片ホルダPの柱状部34に接するように移動した状態を示す図である。柱状部34の側面34aは、最終的に透過電子顕微鏡で観察するとき、電子ビームの照射方向に垂直な位置関係となる面であり、一方の側面(端面)34bは電子ビームの照射方向に平行な位置関係となる面である。なお、柱状部34の側面(上端面34c)は、図1において、集束イオンビームの照射方向に垂直な位置関係にある面で、柱状部34の上端面である。
本実施例では、ニードルにより姿勢制御された試料片Qの上端面Qbが、試料片ホルダPの柱状部34の側面34aに平行になるよう、望ましくは同一面になるように移動させ、試料片の断面を試料片ホルダに面接触させる。試料片が試料片ホルダに接触したことを確認した後、柱状部34の上端面34cで、試料片と試料片ホルダの接触部に、試料片と試料片ホルダに掛かるようにデポジション膜を形成する。
図43は、試料片ホルダに固定された試料片Qに対して集束イオンビームを照射して、平面試料37を作製した状態を示す模式図である。試料表面から予め定めた試料深さにある平面試料37は、試料片Qの上端面Qbからの距離で求まり、試料片Qの上端面Qbに平行に、予め定めた厚さとなるよう集束イオンビームを照射することで、平面試料が作製できる。このような平面試料によって、試料表面に平行で、試料内部の構造や組成分布を知ることができる。
平面試料の作製方法はこれに限らず、試料片ホルダが0〜90°の範囲で傾斜可能な機構に搭載されているならは、試料ステージの回転と、試料ホルダの傾斜によって、プローブを回転することなく作製できる。また、ニードルの傾斜角が45°以外の0°から90°の範囲にある場合は、試料片ホルダの傾斜角を適正に定めることでも平面試料を作製することができる。
このようにして平面試料が作製でき、試料表面に平行で所定深さにある面を電子顕微鏡観察することができる。
なお、本実施例では、摘出分離した試料片を、柱状部の側面にした。柱状部の上端部に固定することも考えられるが、集束イオンビームによる試料の薄片加工時に、集束イオンビームが柱状部の上端部を叩き、その場から発生したスパッタ粒子が薄片部に付着して顕微鏡観察に相応しくない試料片にしてしまうため、側面に固定することが望ましい。
(a1)荷電粒子ビーム装置は、
試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
少なくとも、
荷電粒子ビームを照射する複数の荷電粒子ビーム照射光学系(ビーム照射光学系)と、
前記試料を載置して移動する試料ステージと、
前記試料から分離および摘出する前記試料片に接続するニードルを有して、前記試料片を搬送する試料片移設手段と、
前記試料片が移設される柱状部を有する試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
前記荷電粒子ビームの照射によってデポジション膜を形成するガスを供給するガス供給部と、
前記試料片と前記柱状部との間の電気特性を計測し、前記柱状部に空隙を設けて静止させた前記試料片と前記柱状部を跨いで前記デポジション膜を予め定めた電気特性値に達するまで形成するように、少なくとも前記荷電粒子ビーム照射光学系と前記試料片移設手段、前記ガス供給部を制御するコンピュータと、
を備える。
試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
少なくとも、
荷電粒子ビームを照射する複数の荷電粒子ビーム照射光学系(ビーム照射光学系)と、
前記試料を載置して移動する試料ステージと、
前記試料から分離および摘出する前記試料片に接続するニードルを有して、前記試料片を搬送する試料片移設手段と、
前記試料片が移設される柱状部を有する試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
前記荷電粒子ビームの照射によってデポジション膜を形成するガスを供給するガス供給部と、
前記試料片と前記柱状部との間の電気特性を計測し、予め定めた時間、前記柱状部に空隙を設けて静止させた前記試料片と前記柱状部を跨いで前記デポジション膜を形成するように、少なくとも前記荷電粒子ビーム照射光学系と前記試料片移設手段、前記ガス供給部を制御するコンピュータと、
を備える。
試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
少なくとも、
集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射光学系(ビーム照射光学系)と、
前記試料を載置して移動する試料ステージと、
前記試料から分離および摘出する前記試料片に接続するニードルを有して、前記試料片を搬送する試料片移設手段と、
前記試料片が移設される柱状部を有する試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
前記集束イオンビームの照射によってデポジション膜を形成するガスを供給するガス供給部と、
前記試料片と前記柱状部との間の電気特性を計測し、前記柱状部に空隙を設けて静止させた前記試料片と前記柱状部を跨いで前記デポジション膜を予め定めた電気特性値に達するまで形成するように、少なくとも前記集束イオンビーム照射光学系と前記試料片移設手段、前記ガス供給部を制御するコンピュータと、
を備える。
試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
少なくとも、
集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射光学系(ビーム照射光学系)と、
前記試料を載置して移動する試料ステージと、
前記試料から分離および摘出する前記試料片に接続するニードルを有して、前記試料片を搬送する試料片移設手段と、
前記試料片が移設される柱状部を有する試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
前記集束イオンビームの照射によってデポジション膜を形成するガスを供給するガス供給部と、
前記試料片と前記柱状部との間の電気特性を計測し、予め定めた時間、前記柱状部に空隙を設けて静止させた前記試料片と前記柱状部を跨いで前記デポジション膜を形成するように、少なくとも前記集束イオンビーム照射光学系と前記試料片移設手段、前記ガス供給部を制御するコンピュータと、
を備える。
前記荷電粒子ビームは、
少なくとも集束イオンビーム及び電子ビームを含む。
前記電気特性は、電気抵抗、電流、電位のうちの少なくともいずれかである。
前記コンピュータは、前記試料片と前記柱状部との間の電気特性が、予め定めた前記デポジション膜の形成時間内に、予め定めた電気特性値を満足しない場合、前記柱状部と前記試料片の前記空隙がさらに小さくなるように前記試料片を移動し、静止させた前記試料片と前記柱状部を跨いで前記デポジション膜を形成するように、少なくとも前記ビーム照射光学系と前記試料片移設手段、前記ガス供給部を制御する。
前記コンピュータは、前記試料片と前記柱状部との間の電気特性が、予め定めた前記デポジション膜の形成時間内に、予め定めた電気特性値を満足した場合、前記デポジション膜の形成を停止させるように、少なくとも前記ビーム照射光学系と前記ガス供給部を制御する。
前記空隙は1μm以下である。
前記空隙は100nm以上、200nm以下である。
試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射光学系と、
前記試料を載置して移動する試料ステージと、
前記試料から分離および摘出した前記試料片を保持して搬送する試料片移設手段と、
前記試料片が移設される柱状部を有する試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
前記荷電粒子ビームの照射によって取得した前記柱状部の画像を基にして、前記柱状部のテンプレートを作成し、前記テンプレートを用いたテンプレートマッチングによって得られる位置情報を基にして、前記試料片を前記柱状部に移設するよう前記荷電粒子ビーム照射光学系と前記試料片移設手段とを制御するコンピュータと、を備える。
前記試料片ホルダは、離間配置される複数の前記柱状部を備え、前記コンピュータは、前記複数の前記柱状部の各々の画像を基にして、前記複数の前記柱状部の各々のテンプレートを作成する。
前記コンピュータは、前記複数の前記柱状部の各々のテンプレートを用いたテンプレートマッチングによって、前記複数の前記柱状部のうち対象とする前記柱状部の形状が予め登録した所定形状に一致するか否かを判定する判定処理を行ない、前記対象とする前記柱状部の形状が前記所定形状に一致しない場合、前記対象とする前記柱状部を新たに他の前記柱状部に切り替えて前記判定処理を行ない、前記対象とする前記柱状部の形状が前記所定形状に一致する場合、該柱状部に前記試料片を移設するよう前記荷電粒子ビーム照射光学系と前記試料片移設手段または前記試料ステージの移動とを制御する。
前記コンピュータは、前記複数の前記柱状部のうち対象とする前記柱状部を所定位置に配置するように前記試料ステージの移動を制御する際に、前記対象とする前記柱状部が前記所定位置に配置されない場合、前記試料ステージの位置を初期化する。
前記コンピュータは、前記複数の前記柱状部のうち対象とする前記柱状部を所定位置に配置するように前記試料ステージの移動を制御する際に、前記試料ステージの移動後に前記対象とする前記柱状部の形状に問題があるか否かを判定する形状判定処理を行ない、前記対象とする前記柱状部の形状に問題がある場合、前記対象とする前記柱状部を新たに他の前記柱状部に切り替えて、該柱状部を前記所定位置に配置するように前記試料ステージの移動を制御するとともに前記形状判定処理を行なう。
前記コンピュータは、前記試料から前記試料片を分離および摘出することに先立って前記柱状部のテンプレートを作成する。
前記コンピュータは、前記複数の前記柱状部の各々の画像、該画像から抽出するエッジ情報、または前記複数の前記柱状部の各々の設計情報を前記テンプレートとして記憶し、該テンプレートを用いたテンプレートマッチングのスコアによって前記対象とする前記柱状部の形状が前記所定形状に一致するか否かを判定する。
前記コンピュータは、前記試料片が移設された前記柱状部に対する前記荷電粒子ビームの照射によって取得する画像と、前記試料片が移設された前記柱状部の位置情報とを記憶する。
試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射光学系と、
前記試料を載置して移動する試料ステージと、
前記試料から分離および摘出した前記試料片を保持して搬送する試料片移設手段と、
前記試料片が移設される柱状部を有する試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
前記荷電粒子ビームの照射によってデポジション膜を形成するガスを供給するガス供給部と、
前記試料片移設手段を前記試料片から分離した後に、前記試料片移設手段に付着している前記デポジション膜に前記荷電粒子ビームを照射するよう前記荷電粒子ビーム照射光学系と前記試料片移設手段を制御するコンピュータと、を備える。
前記試料片移設手段は、複数回に亘って繰り返して前記試料から分離および摘出した前記試料片を保持して搬送する。
前記コンピュータは、
前記試料片移設手段を前記試料片から分離するたびごとのタイミングを少なくとも含む所定タイミングで繰り返して、前記試料片移設手段に付着している前記デポジション膜に前記荷電粒子ビームを照射するよう前記荷電粒子ビーム照射光学系と前記試料片移設手段を制御する。
前記コンピュータは、前記試料片から分離した前記試料片移設手段を所定位置に配置するように前記試料片移設手段の移動を制御する際に、前記試料片移設手段が前記所定位置に配置されない場合、前記試料片移設手段の位置を初期化する。
前記コンピュータは、前記試料片移設手段の位置を初期化した後に前記試料片移設手段の移動を制御したとしても前記試料片移設手段が前記所定位置に配置されない場合、該試料片移設手段に対する制御を停止する。
前記コンピュータは、前記試料片に接続する前の前記試料片移設手段に対する前記荷電粒子ビームの照射によって取得した画像を基にして、前記試料片移設手段のテンプレートを作成し、前記テンプレートを用いたテンプレートマッチングによって得られる輪郭情報を基にして、前記試料片移設手段に付着している前記デポジション膜に前記荷電粒子ビームを照射するよう前記荷電粒子ビーム照射光学系と前記試料片移設手段を制御する。
前記輪郭情報を表示する表示装置を備える。
前記コンピュータは、前記試料片移設手段が所定姿勢になるように前記試料片移設手段を中心軸周りに回転させる際に、偏心補正を行なう。
前記試料片移設手段は、前記試料片に接続するニードルまたはピンセットを備える。
また、上述した実施形態では、ニードル18は先鋭化された針状部材を一例として説明したが、先端が平たがね状などの形状であってもよい。
例えば、本発明による荷電粒子ビーム装置10では、試料片Qを摘出する手段としてニードル18について説明をしたが、これに限定されることは無く、微細に動作するピンセットであってもよい。ピンセットを用いることで、デポジションを行なうことなく試料片Qを摘出でき、先端の損耗などの心配もない。ニードル18を使った場合であっても、試料片Qとの接続はデポジションに限定されることは無く、ニードル18に静電気力を付加した状態で試料片Qに接触させ、静電吸着して試料片Qとニードル18の接続を行なってもよい。
Claims (8)
- 試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射光学系と、
前記試料を載置して移動する試料ステージと、
前記試料から分離および摘出する前記試料片を保持して搬送する試料片移設手段と、
前記試料片が移設される試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
前記試料片移設手段と対象物との間の導通を検出する導通センサと、
前記試料片移設手段と前記試料片を接続する際に前記導通センサが前記試料片移設手段と前記試料片との間の導通を検出しない場合、前記試料片移設手段と前記試料片を接続または分離する工程において前記試料片移設手段と前記試料片の接続または分離が完了したか否かの判定と、前記試料片移設手段に保持される前記試料片と前記試料片ホルダを接続または分離する工程において前記試料片移設手段に保持される前記試料片と前記試料片ホルダの接続または分離が完了したか否かの判定とを、各前記工程が継続される所定の時間の経過有無によって判定する時間管理モードを設定するコンピュータと、
を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 前記コンピュータは、前記時間管理モードを設定している状態で前記試料片移設手段に保持される前記試料片と前記試料片ホルダを接続する際に前記導通センサが前記試料片移設手段と前記試料片ホルダとの間の導通を検出する場合、前記時間管理モードの設定を解除する
ことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記コンピュータは、前記時間管理モードを設定していない状態で前記試料片移設手段に保持される前記試料片と前記試料片ホルダを接続する際に前記導通センサが前記試料片移設手段と前記試料片ホルダとの間の導通を検出しない場合、前記時間管理モードを設定する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記コンピュータは、前記時間管理モードを設定している状態で前記荷電粒子ビームの照射によって前記試料片または前記試料片ホルダの画像を取得する際に、前記時間管理モードを設定していない状態に比べて前記画像のコントラストをより増大させる
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記コンピュータは、前記時間管理モードを設定している場合、前記時間管理モードを設定していることを示す情報を、記憶、出力、および前記荷電粒子ビームの照射によって対象物に形成の少なくとも何れかを行う
ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記コンピュータは、前記試料片移設手段と前記対象物を接続する際に前記導通センサが前記試料片移設手段と前記対象物との間の導通を検出する場合、前記試料片移設手段と前記対象物を接続または分離する工程において前記試料片移設手段と前記対象物の接続または分離が完了したか否かの判定を、前記試料片移設手段と前記対象物との間の導通有無によって判定する導通管理モードを設定する
ことを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1項に記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記試料片移設手段は、前記試料から分離および摘出する前記試料片を保持して搬送するニードルと、該ニードルを駆動するニードル駆動機構とを備え、
前記導通センサは、前記ニードルと前記試料片との間の電気特性、および前記ニードルと前記試料片ホルダとの間の電気特性として、電気抵抗、電流、電位のうちの少なくとも何れかを検出する
ことを特徴とする請求項1から請求項6の何れか1項に記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記荷電粒子ビームの照射によってデポジション膜を形成するガスを照射するガス供給部を備え、
前記コンピュータは、前記試料片移設手段と前記試料片を接続する際に、前記ニードルを前記試料片に接近させた後、前記ニードルと前記試料片を前記デポジション膜で接続するよう前記荷電粒子ビーム照射光学系と前記ニードル駆動機構と前記ガス供給部を制御し、
前記コンピュータは、前記試料片移設手段に保持される前記試料片と前記試料片ホルダを接続する際に、前記ニードルによって保持される前記試料片を前記試料片ホルダに接近させた後、前記ニードルによって保持される前記試料片と前記試料片ホルダを前記デポジション膜で接続するよう前記荷電粒子ビーム照射光学系と前記ニードル駆動機構と前記ガス供給部を制御する
ことを特徴とする請求項7に記載の荷電粒子ビーム装置。
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