JP6105530B2 - Automatic specimen preparation device - Google Patents

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この発明は、自動試料片作製装置に関する。   The present invention relates to an automatic sample piece preparation apparatus.

従来、試料に電子またはイオンから成る荷電粒子ビームを照射することによって作製した試料片を摘出して、走査電子顕微鏡、透過電子顕微鏡など電子ビームを利用して観察、分析、および計測などの各種工程に適した形状に試料片を加工する装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, various steps such as observation, analysis, and measurement using electron beams such as a scanning electron microscope and a transmission electron microscope are performed by extracting a sample piece produced by irradiating the sample with a charged particle beam composed of electrons or ions. There is known an apparatus for processing a sample piece into a shape suitable for (see, for example, Patent Document 1).

特開平11−108810号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-108810

上記従来技術に係る装置においては、試料片の微小化に伴い、複数の試料片を精度良く均一形状に加工するために必要とされる位置精度を向上させ、試料片のサンプリング動作を適正に自動化する技術が実現できていない。
なお、本明細書で用いる「サンプリング」とは、試料に荷電粒子ビームを照射することによって作製した試料片を摘出して、その試料片を観察、分析、および計測などの各種工程に適した形状に加工することを指し、さらに具体的には、試料から集束イオンビームによる加工によって形成された試料片を試料片ホルダに移設することを言う。
In the apparatus according to the above-described prior art, as the sample pieces are miniaturized, the position accuracy required for processing a plurality of sample pieces into a uniform shape with high accuracy is improved, and the sample piece sampling operation is appropriately automated. The technology to do is not realized.
As used herein, “sampling” refers to a shape that is suitable for various processes such as observation, analysis, and measurement by extracting a sample piece produced by irradiating the sample with a charged particle beam. More specifically, this means that a sample piece formed by processing with a focused ion beam from a sample is transferred to a sample piece holder.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、イオンビームによる試料の加工によって形成された試料片を摘出して試料片ホルダに移設させる動作を自動化することが可能な自動試料片作製装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an automatic sample piece preparation apparatus capable of automating the operation of extracting a sample piece formed by processing a sample by an ion beam and transferring it to a sample piece holder. The purpose is to do.

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
(1)本発明の一態様に係る自動試料片作製装置は、試料から試料片を自動的に作製する自動試料片作製装置であって、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前記試料片と前記柱状部との間に隙間を空けて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、前記試料片と前記柱状部とを接続するデポジション膜を形成するデポジション用ガスを供給するガス供給手段と、を備える。
In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention employs the following aspects.
(1) An automatic sample piece preparation apparatus according to an aspect of the present invention is an automatic sample piece preparation apparatus that automatically prepares a sample piece from a sample, and a charged particle beam irradiation optical system that irradiates a charged particle beam; A sample stage on which the sample is placed and moved; sample piece transfer means for holding and transferring the sample piece separated and extracted from the sample; and a sample piece holder having a columnar portion on which the sample piece is transferred A template of the columnar part is created based on the holder fixing base to be held and the image of the columnar part acquired by irradiation with the charged particle beam, and based on position information obtained by template matching using the template. Te, and the charged particle beam irradiation optical system and the sample piece relocation means to relocate a gap between the specimen the specimen on the columnar portion and the columnar portion Gosuru comprising a computer, a gas supply means for supplying the deposition gas to form a deposition film to be connected to the work piece and the columnar portion.

(2)上記(1)に記載の自動試料片作製装置では、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。 (2) In the automatic sample piece preparation apparatus according to (1), the sample piece holder includes a plurality of the columnar parts spaced apart from each other, and the computer displays an image of each of the plurality of columnar parts. Based on this, a template for each of the plurality of columnar portions is created.

(3)上記(2)に記載の自動試料片作製装置では、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。 (3) In the automatic sample piece preparation apparatus according to (2), the computer targets the plurality of the columnar portions by template matching using each template of the plurality of columnar portions. A determination process is performed to determine whether or not the shape of the columnar portion matches a predetermined shape registered in advance, and when the shape of the target columnar portion does not match the predetermined shape, the target columnar portion is The charged particle beam irradiation is performed so that the sample piece is transferred to the columnar part when the shape of the columnar part as the target coincides with the predetermined shape by switching to another columnar part and performing the determination process. The optical system and the movement of the sample piece moving means or the sample stage are controlled.

(4)上記(2)または(3)の何れか1つに記載の自動試料片作製装置では、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。 (4) In the automatic sample piece preparation apparatus according to any one of (2) and (3), the computer arranges the target columnar portion at a predetermined position among the plurality of columnar portions. As described above, when the movement of the sample stage is controlled, the position of the sample stage is initialized when the target columnar portion is not disposed at the predetermined position.

(5)上記(4)に記載の自動試料片作製装置では、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。 (5) In the automatic sample piece preparation apparatus according to (4), the computer controls the movement of the sample stage so that the target columnar part among the plurality of columnar parts is arranged at a predetermined position. When performing the shape determination process to determine whether there is a problem in the shape of the columnar portion as the target after the movement of the sample stage, if there is a problem in the shape of the columnar portion as the target, The target columnar part is newly switched to another columnar part, the movement of the sample stage is controlled so that the columnar part is arranged at the predetermined position, and the shape determination process is performed.

(6)上記(1)から(5)の何れか1つに記載の自動試料片作製装置では、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。 (6) In the automatic sample piece preparation apparatus according to any one of (1) to (5), the computer is configured such that the computer of the columnar portion prior to separating and extracting the sample piece from the sample. Create

(7)上記(3)に記載の自動試料片作製装置では、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。 (7) In the automatic sample piece preparation apparatus according to (3), the computer may include an image of each of the plurality of columnar portions, edge information extracted from the image, or each of the plurality of columnar portions. Design information is stored as the template, and it is determined whether or not the shape of the target columnar portion matches the predetermined shape based on a template matching score using the template.

(8)上記(1)から(7)の何れか1つに記載の自動試料片作製装置では、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。 (8) In the automatic sample piece preparation apparatus according to any one of (1) to (7), the computer obtains the charged particle beam by irradiating the columnar portion on which the sample piece is transferred. The image and the positional information of the columnar part to which the sample piece has been transferred are stored.

本発明の自動試料片作製装置によれば、イオンビームによる試料の加工によって形成された試料片を摘出して試料片ホルダに移設させる動作を自動化することができる。   According to the automatic sample piece preparation apparatus of the present invention, it is possible to automate the operation of extracting a sample piece formed by processing a sample with an ion beam and transferring it to a sample piece holder.

本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の構成図である。It is a block diagram of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の試料に形成された試料片を示す平面図である。It is a top view which shows the sample piece formed in the sample of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の試料片ホルダを示す平面図である。It is a top view which shows the sample piece holder of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の試料片ホルダを示す側面図である。It is a side view which shows the sample piece holder of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の動作を示すフローチャートのうち、特に、初期設定工程のフローチャートである。Of the flowcharts showing the operation of the automatic sample piece preparation apparatus according to the embodiment of the present invention, in particular, it is a flowchart of an initial setting step. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の動作を示すフローチャートのうち、特に、試料片ピックアップ工程のフローチャートである。Among the flowcharts showing the operation of the automatic sample piece preparation apparatus according to the embodiment of the present invention, in particular, it is a flowchart of a sample piece pickup process. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の動作を示すフローチャートのうち、特に、試料片マウント工程のフローチャートである。Among the flowcharts showing the operation of the automatic sample piece preparation apparatus according to the embodiment of the present invention, in particular, it is a flowchart of a sample piece mounting step. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の動作を示すフローチャートのうち、特に、ニードルミリング工程のフローチャートである。Among the flowcharts showing the operation of the automatic sample piece preparation apparatus according to the embodiment of the present invention, in particular, it is a flowchart of a needle milling process. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の集束イオンビームにより得られるニードルの先端のテンプレートを示す図である。It is a figure which shows the template of the front-end | tip of the needle obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られるニードルの先端のテンプレートを示す図である。It is a figure which shows the template of the front-end | tip of the needle obtained by the electron beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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の先端を示す図である。It is a figure which shows the front-end | tip of the needle in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおけるニードルの先端を示す図である。It is a figure which shows the front-end | tip of the needle in the image data obtained by the electron beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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の先端および試料片を示す図である。It is a figure which shows the front-end | tip of a needle and a sample piece in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおけるニードルの先端および試料片を示す図である。It is a figure which shows the front-end | tip of a needle and a sample piece in the image data obtained by the electron beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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および試料片の接続加工位置を含む加工枠を示す図である。It is a figure which shows the process frame containing the connection process position of the needle and sample piece in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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および試料片の支持部の切断加工位置T1を示す図である。It is a figure which shows the cutting process position T1 of the sample and the support part of a sample piece in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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が接続されたニードルを退避させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which retracted the needle with which the sample piece was connected in the image data obtained by the electron beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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が接続されたニードルに対してステージを退避させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which retracted the stage with respect to the needle to which the sample piece in the image data obtained by the electron beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention was connected. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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柱状部の試料片の取り付け位置を示す図である。It is a figure which shows the attachment position of the sample piece of the columnar part in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける柱状部の試料片の取り付け位置を示す図である。It is a figure which shows the attachment position of the sample piece of the columnar part in the image data obtained by the electron beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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台の試料片の取り付け位置周辺で移動停止したニードルを示す図である。It is a figure which shows the needle which stopped moving around the attachment position of the sample piece of the sample stand in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける試料台の試料片の取り付け位置周辺で移動停止したニードルを示す図である。It is a figure which shows the needle which stopped moving around the attachment position of the sample piece of the sample stand in the image data obtained by the electron beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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に接続された試料片を試料台に接続するための加工枠を示す図である。It is a figure which shows the process frame for connecting the sample piece connected to the needle in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention to a sample stand. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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と試料片とを接続するデポジション膜を切断するための切断加工位置を示す図である。It is a figure which shows the cutting process position for cut | disconnecting the deposition film | membrane which connects the needle and a sample piece in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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を退避させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which retracted | retracted the needle in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおけるニードルを退避させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which retracted | retracted the needle in the image data obtained by the electron beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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の先端形状を示す図である。It is a figure which shows the front-end | tip shape of the needle in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図27に示す画像にミリングすべき加工枠を重ね表示した図である。It is the figure which displayed the processing frame which should be milled on the image shown in FIG. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置において、集束イオンビーム照射によって得られる画像を基にした柱状部と試料片の位置関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the positional relationship of the columnar part based on the image obtained by focused ion beam irradiation, and a sample piece in the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置において、電子ビーム照射によって得られる画像を基にした柱状部と試料片の位置関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the positional relationship of the columnar part and sample piece based on the image obtained by electron beam irradiation in the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置において、電子ビーム照射によって得られる画像を基にした柱状部と試料片のエッジを利用したテンプレートを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the template using the columnar part based on the image obtained by electron beam irradiation, and the edge of a sample piece in the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置において、柱状部と試料片とを接続する際の位置関係を示すテンプレートを説明する説明図である。In the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention, it is explanatory drawing explaining the template which shows the positional relationship at the time of connecting a columnar part and a sample piece. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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が接続されたニードルの回転角度0°でのアプローチモードの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the approach mode in the rotation angle of 0 degrees of the needle to which the sample piece was connected in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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が接続されたニードルの回転角度0°でのアプローチモードの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the approach mode in the rotation angle 0 degree of the needle to which the sample piece was connected in the image data obtained by the electron beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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が接続されたニードルの回転角度90°でのアプローチモードの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the approach mode in the rotation angle of 90 degrees of the needle to which the sample piece was connected in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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が接続されたニードルの回転角度90°でのアプローチモードの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the approach mode in the rotation angle of 90 degrees of the needle to which the sample piece was connected in the image data obtained by the electron beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置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が接続されたニードルの回転角度180°でのアプローチモードの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the approach mode in the rotation angle of 180 degrees of the needle to which the sample piece in the image data obtained by the focused ion beam of the charged particle beam apparatus which concerns on embodiment of this invention was connected. 本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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が接続されたニードルの回転角度180°でのアプローチモードの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the approach mode in the rotation angle of 180 degrees of the needle to which the sample piece was connected in the image data obtained by the electron beam of the automatic sample piece preparation apparatus which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態に係る自動で試料片を作製可能な自動試料片作製装置について添付図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an automatic sample piece preparation apparatus capable of automatically producing a sample piece according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10aを備える自動試料片作製装置10の構成図である。本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置10は、荷電粒子ビーム装置10aを備えている。荷電粒子ビーム装置10aは、図1に示すように、内部を真空状態に維持可能な試料室11と、試料室11の内部において試料Sおよび試料片ホルダPを固定可能なステージ12と、ステージ12を駆動するステージ駆動機構13と、を備えている。荷電粒子ビーム装置10aは、試料室11の内部における所定の照射領域(つまり走査範囲)内の照射対象に集束イオンビーム(FIB)を照射する集束イオンビーム照射光学系14を備えている。荷電粒子ビーム装置10aは、試料室11の内部における所定の照射領域内の照射対象に電子ビーム(EB)を照射する電子ビーム照射光学系15を備えている。荷電粒子ビーム装置10aは、集束イオンビームまたは電子ビームの照射によって照射対象から発生する二次荷電粒子(二次電子、二次イオン)Rを検出する検出器16を備えている。荷電粒子ビーム装置10aは、照射対象の表面にガスGを供給するガス供給部17を備えている。ガス供給部17は具体的には外径200μm程度のノズル17aなどである。荷電粒子ビーム装置10aは、ステージ12に固定された試料Sから微小な試料片Qを取り出し、試料片Qを保持して試料片ホルダPに移設するニードル18と、ニードル18を駆動して試料片Qを搬送するニードル駆動機構19と、を備えている。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10a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20と、コンピュータ21と、入力デバイス22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。
FIG. 1 is a configuration diagram of an automatic sample piece preparation apparatus 10 including a charged particle beam apparatus 10a according to an embodiment of the present invention. An automatic sample piece preparation apparatus 10 according to an embodiment of the present invention includes a charged particle beam apparatus 10a. As shown in FIG. 1, the charged particle beam apparatus 10 a includes a sample chamber 11 that can be maintained in a vacuum state, a stage 12 that can fix a sample S and a sample piece holder P inside the sample chamber 11, and a stage 12. And a stage driving mechanism 13 for driving the motor. The charged particle beam apparatus 10 a includes a focused ion beam irradiation optical system 14 that irradiates an irradiation target within a predetermined irradiation region (that is, a scanning range) inside the sample chamber 11 with a focused ion beam (FIB). The charged particle beam apparatus 10 a includes an electron beam irradiation optical system 15 that irradiates an irradiation target within a predetermined irradiation region inside the sample chamber 11 with an electron beam (EB). The charged particle beam apparatus 10a includes a detector 16 that detects secondary charged particles (secondary electrons, secondary ions) R generated from an irradiation target by irradiation with a focused ion beam or an electron beam. The charged particle beam apparatus 10a includes a gas supply unit 17 that supplies the gas G to the surface of the irradiation target. The gas supply unit 17 is specifically a nozzle 17a having an outer diameter of about 200 μm. The charged particle beam apparatus 10a takes out a minute sample piece Q from the sample S fixed to the stage 12, holds the sample piece Q and transfers it to the sample piece holder P, and drives the needle 18 to drive the sample piece. And a needle drive mechanism 19 for conveying Q. The needle 18 and the needle drive mechanism 19 may be collectively referred to as sample piece moving means. The charged particle beam apparatus 10 a includes a display device 20 that displays image data based on the secondary charged particles R detected by the detector 16, a computer 21, and an input device 22.
Note that the irradiation target of the focused ion beam irradiation optical system 14 and the electron beam irradiation optical system 15 is a sample S fixed to the stage 12, a sample piece Q, a needle 18 or a sample piece holder P existing in the irradiation region, and the like. is there.

この実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10aは、照射対象の表面に集束イオンビームを走査しながら照射することによって、被照射部の画像化やスパッタリングによる各種の加工(掘削、トリミング加工など)と、デポジション膜の形成などが実行可能である。荷電粒子ビーム装置10aは、試料Sから透過型電子顕微鏡による透過観察用の試料片Q(例えば、薄片試料、針状試料など)や電子ビーム利用の分析試料片を形成する加工を実行可能である。荷電粒子ビーム装置10aは、試料片ホルダPに移設された試料片Qを、透過型電子顕微鏡による透過観察に適した所望の厚さ(例えば、5〜100nmなど)の薄膜とする加工を実行可能である。荷電粒子ビーム装置10aは、試料片Qおよびニードル18などの照射対象の表面に集束イオンビームまたは電子ビームを走査しながら照射することによって、照射対象の表面の観察を実行可能である。   The charged particle beam apparatus 10a according to this embodiment irradiates the surface of the irradiation target while scanning the focused ion beam, thereby performing various processing (excavation, trimming processing, etc.) by imaging of the irradiated portion and sputtering, A deposition film can be formed. The charged particle beam apparatus 10a can perform processing to form a sample piece Q (for example, a thin piece sample, a needle-like sample, etc.) for transmission observation using a transmission electron microscope or an analysis sample piece using an electron beam from the sample S. . The charged particle beam apparatus 10a can perform processing of turning the sample piece Q transferred to the sample piece holder P into a thin film having a desired thickness (for example, 5 to 100 nm) suitable for transmission observation with a transmission electron microscope. It is. The charged particle beam apparatus 10a can perform observation of the surface of the irradiation target by irradiating the surface of the irradiation target such as the sample piece Q and the needle 18 while scanning the focused ion beam or the electron beam.

図2は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10aにおいて、集束イオンビームを試料S表面(斜線部)に照射して形成された、試料Sから摘出される前の試料片Qを示す平面図である。符号Fは集束イオンビームによる加工枠、つまり、集束イオンビームの走査範囲を示し、その内側(白色部)が集束イオンビーム照射によってスパッタ加工されて掘削された加工領域Hを示している。符号Refは、試料片Qを形成する(掘削しないで残す)位置を示すレファレンスマーク(基準点)であり、例えば、後述するデポジション膜(例えば、一辺1μmの正方形)に集束イオンビームによって例えば直径30nmの微細穴を設けた形状であり、集束イオンビームや電子ビームによる画像ではコントラスト良く認識することができる。試料片Qの概略の位置に知るにはデポジション膜を利用し、精密な位置合わせには微細穴を利用する。試料Sにおいて試料片Qは、試料Sに接続される支持部Qaを残して側部側および底部側の周辺部が削り込まれて除去されるようにエッチング加工されており、支持部Qaによって試料Sに片持ち支持されている。試料片Qの長手方向の寸法は、例えば、10μm、15μm、20μm程度で、幅(厚さ)は、例えば、500nm、1μm、2μm、3μm程度の微小な試料片である。   FIG. 2 shows a sample piece Q before being extracted from the sample S, which is formed by irradiating the surface (shaded portion) of the sample S with a focused ion beam in the charged particle beam apparatus 10a according to the embodiment of the present invention. It is a top view. Reference numeral F indicates a processing frame by the focused ion beam, that is, a scanning range of the focused ion beam, and an inner side (white portion) thereof indicates a processing region H excavated by sputter processing by the focused ion beam irradiation. Reference numeral Ref is a reference mark (reference point) indicating a position where the sample piece Q is formed (leaved without being excavated). For example, a diameter of the deposition film (for example, a square having a side of 1 μm), which will be described later, by a focused ion beam is used. The shape is provided with a fine hole of 30 nm, and can be recognized with good contrast in an image using a focused ion beam or electron beam. A deposition film is used to know the approximate position of the sample piece Q, and a fine hole is used for precise alignment. In the sample S, the sample piece Q is etched so that the peripheral portions on the side and bottom sides are removed by leaving the support portion Qa connected to the sample S, and the sample is removed by the support portion Qa. S is cantilevered. The dimension of the sample piece Q in the longitudinal direction is, for example, about 10 μm, 15 μm, and 20 μm, and the width (thickness) is a minute sample piece of, for example, about 500 nm, 1 μm, 2 μm, and 3 μm.

試料室11は、排気装置(図示略)によって内部を所望の真空状態になるまで排気可能であるとともに、所望の真空状態を維持可能に構成されている。
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21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。
The sample chamber 11 can be evacuated to a desired vacuum state by an evacuation device (not shown) and can maintain a desired vacuum state.
The stage 12 holds the sample S. The stage 12 includes a holder fixing base 12a that holds the sample piece holder P. The holder fixing base 12a may have a structure in which a plurality of sample piece holders P can be mounted.
FIG. 3 is a plan view of the sample piece holder P, and FIG. 4 is a side view. The sample piece holder P includes a semicircular plate-like base 32 having a notch 31 and a sample stage 33 fixed to the notch 31. The base 32 is formed of a circular plate having a diameter of 3 mm and a thickness of 50 μm, for example, of metal. The sample stage 33 is formed from, for example, a silicon wafer by a semiconductor manufacturing process, and is attached to the notch 31 with a conductive adhesive. The sample stage 33 has a comb-teeth shape, and is a plurality of (for example, five, ten, fifteen, twenty, etc.) protruding in a spaced manner, and a columnar part (hereinafter also referred to as a pillar) to which the sample piece Q is transferred. 34). By changing the width of each columnar part 34, the sample piece Q transferred to each columnar part 34 and the image of the columnar part 34 are associated with each other, and further associated with the corresponding sample piece holder P and stored in the computer 21. Thus, even when a large number of sample pieces Q are produced from one sample S, they can be recognized without error, and subsequent analysis by a transmission electron microscope or the like is performed on the corresponding sample pieces Q and S. Correspondence with the extracted part can be done without fail. Each columnar part 34 is formed, for example, to have a tip part thickness of 10 μm or less, 5 μm or less, etc., and holds a sample piece Q attached to the tip part.

ステージ駆動機構13は、ステージ12に接続された状態で試料室11の内部に収容されており、コンピュータ21から出力される制御信号に応じてステージ12を所定軸に対して変位させる。ステージ駆動機構13は、少なくとも水平面に平行かつ互いに直交するX軸およびY軸と、X軸およびY軸に直交する鉛直方向のZ軸とに沿って平行にステージ12を移動させる移動機構13aを備えている。ステージ駆動機構13は、ステージ12をX軸またはY軸周りに傾斜させるチルト機構13bと、ステージ12をZ軸周りに回転させる回転機構13cと、を備えている。   The stage driving mechanism 13 is housed inside the sample chamber 11 while being connected to the stage 12, and displaces the stage 12 with respect to a predetermined axis in accordance with a control signal output from the computer 21. The stage drive mechanism 13 includes a moving mechanism 13a that moves the stage 12 in parallel along at least the X and Y axes that are parallel to the horizontal plane and orthogonal to each other, and the vertical Z axis that is orthogonal to the X and Y axes. ing. The stage drive mechanism 13 includes a tilt mechanism 13b that tilts the stage 12 around the X axis or the Y axis, and a rotation mechanism 13c that rotates the stage 12 around the Z axis.

集束イオンビーム照射光学系14は、試料室11の内部においてビーム出射部(図示略)を、照射領域内のステージ12の鉛直方向上方の位置でステージ12に臨ませるとともに、光軸を鉛直方向に平行にして、試料室11に固定されている。これによって、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などの照射対象に鉛直方向上方から下方に向かい集束イオンビームを照射可能である。
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21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21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、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。
The focused ion beam irradiation optical system 14 causes a beam emitting unit (not shown) inside the sample chamber 11 to face the stage 12 at a position above the stage 12 in the irradiation region in the vertical direction, and the optical axis in the vertical direction. The sample chamber 11 is fixed in parallel. Thereby, it is possible to irradiate the irradiation target such as the sample S, the sample piece Q, and the needle 18 existing in the irradiation region with the focused ion beam from the upper side to the lower side in the vertical direction.
The focused ion beam irradiation optical system 14 includes an ion source 14a that generates ions, and an ion optical system 14b that focuses and deflects ions extracted from the ion source 14a. The ion source 14 a and the ion optical system 14 b are controlled according to a control signal output from the computer 21, and the irradiation position and irradiation conditions of the focused ion beam are controlled by the computer 21. The ion source 14a is, for example, a liquid metal ion source using liquid gallium or the like, a plasma ion source, a gas field ion source, or the like. The ion optical system 14b includes, for example, a first electrostatic lens such as a condenser lens, an electrostatic deflector, and a second electrostatic lens such as an objective lens.

電子ビーム照射光学系15は、試料室11の内部においてビーム出射部(図示略)を、照射領域内のステージ12の鉛直方向に対して所定角度(例えば60°)傾斜した傾斜方向でステージ12に臨ませるとともに、光軸を傾斜方向に平行にして、試料室11に固定されている。これによって、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などの照射対象に傾斜方向の上方から下方に向かい電子ビームを照射可能である。
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21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21によって制御される。電子光学系15bは、例えば、電磁レンズと偏向器となどを備えている。
The electron beam irradiation optical system 15 has a beam emitting portion (not shown) inside the sample chamber 11 placed on the stage 12 in an inclined direction inclined by a predetermined angle (for example, 60 °) with respect to the vertical direction of the stage 12 in the irradiation region. The optical axis is parallel to the tilt direction and the sample chamber 11 is fixed. As a result, it is possible to irradiate the irradiation target such as the sample S, the sample piece Q, and the needle 18 existing in the irradiation region with the electron beam from the upper side to the lower side in the tilt direction.
The electron beam irradiation optical system 15 includes an electron source 15a that generates electrons, and an electron optical system 15b that focuses and deflects electrons emitted from the electron source 15a. The electron source 15 a and the electron optical system 15 b are controlled according to a control signal output from the computer 21, and the irradiation position and irradiation condition of the electron beam are controlled by the computer 21. The electron optical system 15b includes, for example, an electromagnetic lens and a deflector.

なお、電子ビーム照射光学系15と集束イオンビーム照射光学系14の配置を入れ替え、電子ビーム照射光学系15を鉛直方向に、集束イオンビーム照射光学系14を鉛直方向に所定角度傾斜した傾斜方向に配置してもよい。   Note that the arrangement of the electron beam irradiation optical system 15 and the focused ion beam irradiation optical system 14 is changed, and the electron beam irradiation optical system 15 is set in a vertical direction, and the focused ion beam irradiation optical system 14 is set in a tilt direction inclined by a predetermined angle in the vertical direction. You may arrange.

検出器16は、試料Sおよびニードル18などの照射対象に集束イオンビームや電子ビームが照射されたときに照射対象から放射される二次荷電粒子(二次電子および二次イオン)Rの強度(つまり、二次荷電粒子の量)を検出し、二次荷電粒子Rの検出量の情報を出力する。検出器16は、試料室11の内部において二次荷電粒子Rの量を検出可能な位置、例えば照射領域内の試料Sなどの照射対象に対して斜め上方の位置などに配置され、試料室11に固定されている。   The detector 16 detects the intensity of secondary charged particles (secondary electrons and secondary ions) R emitted from the irradiation target when the irradiation target such as the sample S and the needle 18 is irradiated with the focused ion beam or the electron beam ( That is, the amount of secondary charged particles) is detected, and information on the detected amount of secondary charged particles R is output. The detector 16 is arranged at a position where the amount of the secondary charged particles R can be detected inside the sample chamber 11, for example, a position obliquely above the irradiation target such as the sample S in the irradiation region. It is fixed to.

ガス供給部17は試料室11に固定されており、試料室11の内部においてガス噴射部(ノズルとも言う)を有し、ステージ12に臨ませて配置されている。ガス供給部17は、集束イオンビームによる試料Sのエッチングを試料Sの材質に応じて選択的に促進するためのエッチング用ガスと、試料Sの表面に金属または絶縁体などの堆積物によるデポジション膜を形成するためのデポジション用ガスなどを試料Sに供給可能である。例えば、Si系の試料Sに対するフッ化キセノンと、有機系の試料Sに対する水と、などのエッチング用ガスを、集束イオンビームの照射と共に試料Sに供給することによって、エッチングを選択的に促進させる。また、例えば、プラチナ、カーボン、またはタングステンなどを含有したデポジション用ガスを、集束イオンビームの照射と共に試料Sに供給することによって、デポジション用ガスから分解された固体成分を試料Sの表面に堆積(デポジション)できる。デポジション用ガスの具体例として、カーボンを含むガスとしてフェナントレンやナフタレンなど、プラチナを含むガスとしてトリメチル・エチルシクロペンタジエニル・プラチナなど、また、タングステンを含むガスとしてタングステンヘキサカルボニルなどがある。また、供給ガスによっては、電子ビームを照射することでも、エッチングやデポジションを行なうことができる。   The gas supply unit 17 is fixed to the sample chamber 11, has a gas injection unit (also referred to as a nozzle) inside the sample chamber 11, and is disposed facing the stage 12. The gas supply unit 17 deposits an etching gas for selectively accelerating the etching of the sample S by the focused ion beam according to the material of the sample S, and a deposit such as a metal or an insulator on the surface of the sample S. A deposition gas or the like for forming a film can be supplied to the sample S. For example, the etching is selectively accelerated by supplying an etching gas such as xenon fluoride for the Si-based sample S and water for the organic-based sample S to the sample S along with the irradiation of the focused ion beam. . Further, for example, by supplying a deposition gas containing platinum, carbon, tungsten, or the like to the sample S together with the irradiation of the focused ion beam, a solid component decomposed from the deposition gas is applied to the surface of the sample S. Deposition is possible. Specific examples of the deposition gas include phenanthrene and naphthalene as the gas containing carbon, trimethyl / ethylcyclopentadienyl / platinum as the gas containing platinum, and tungsten hexacarbonyl as the gas containing tungsten. Depending on the supply gas, etching and deposition can also be performed by irradiating an electron beam.

ニードル駆動機構19は、ニードル18が接続された状態で試料室11の内部に収容されており、コンピュータ21から出力される制御信号に応じてニードル18を変位させる。ニードル駆動機構19は、ステージ12と一体に設けられており、例えばステージ12がチルト機構13bによってチルト軸(つまり、X軸またはY軸)周りに回転すると、ステージ12と一体に移動する。ニードル駆動機構19は、3次元座標軸の各々に沿って平行にニードル18を移動させる移動機構(図示略)と、ニードル18の中心軸周りにニードル18を回転させる回転機構(図示略)と、を備えている。なお、この3次元座標軸は、試料ステージの直交3軸座標系とは独立しており、ステージ12の表面に平行な2次元座標軸とする直交3軸座標系で、ステージ12の表面が傾斜状態、回転状態にある場合、この座標系は傾斜し、回転する。   The needle drive mechanism 19 is accommodated in the sample chamber 11 with the needle 18 connected thereto, and displaces the needle 18 in accordance with a control signal output from the computer 21. The needle drive mechanism 19 is provided integrally with the stage 12. For example, when the stage 12 is rotated around the tilt axis (that is, the X axis or the Y axis) by the tilt mechanism 13 b, the needle drive mechanism 19 moves integrally with the stage 12. The needle drive mechanism 19 includes a moving mechanism (not shown) that moves the needle 18 in parallel along each of the three-dimensional coordinate axes, and a rotation mechanism (not shown) that rotates the needle 18 around the central axis of the needle 18. I have. Note that this three-dimensional coordinate axis is independent of the orthogonal three-axis coordinate system of the sample stage, and is an orthogonal three-axis coordinate system having a two-dimensional coordinate axis parallel to the surface of the stage 12, and the surface of the stage 12 is in an inclined state When in rotation, the coordinate system tilts and rotates.

コンピュータ21は、試料室11の外部に配置され、表示装置20と、操作者の入力操作に応じた信号を出力するマウスおよびキーボードなどの入力デバイス22とが接続されている。
コンピュータ21は、入力デバイス22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10aの動作を統合的に制御する。
The computer 21 is disposed outside the sample chamber 11 and is connected to a display device 20 and an input device 22 such as a mouse and a keyboard for outputting a signal corresponding to an input operation by an operator.
The computer 21 comprehensively controls the operation of the charged particle beam apparatus 10a by a signal output from the input device 22 or a signal generated by a preset automatic operation control process.

コンピュータ21は、荷電粒子ビームの照射位置を走査しながら検出器16によって検出される二次荷電粒子Rの検出量を、照射位置に対応付けた輝度信号に変換して、二次荷電粒子Rの検出量の2次元位置分布によって照射対象の形状を示す画像データを生成する。吸収電流画像モードでは、コンピュータ21は、荷電粒子ビームの照射位置を走査しながらニードル18に流れる吸収電流を検出することによって、吸収電流の2次元位置分布(吸収電流画像)によってニードル18の形状を示す吸収電流画像データを生成する。コンピュータ21は、生成した各画像データとともに、各画像データの拡大、縮小、移動、および回転などの操作を実行するための画面を、表示装置20に表示させる。コンピュータ21は、自動的なシーケンス制御におけるモード選択および加工設定などの各種の設定を行なうための画面を、表示装置20に表示させる。   The computer 21 converts the detection amount of the secondary charged particles R detected by the detector 16 while scanning the irradiation position of the charged particle beam into a luminance signal associated with the irradiation position, and Image data indicating the shape of the irradiation target is generated based on the two-dimensional position distribution of the detection amount. In the absorption current image mode, the computer 21 detects the absorption current flowing through the needle 18 while scanning the irradiation position of the charged particle beam, thereby changing the shape of the needle 18 based on the two-dimensional position distribution (absorption current image) of the absorption current. The absorption current image data shown is generated. The computer 21 causes the display device 20 to display a screen for executing operations such as enlargement, reduction, movement, and rotation of each image data together with each generated image data. The computer 21 causes the display device 20 to display a screen for performing various settings such as mode selection and processing setting in automatic sequence control.

本発明の実施形態による荷電粒子ビーム装置10aは上記構成を備えており、次に、この荷電粒子ビーム装置10aの動作について説明する。   The charged particle beam apparatus 10a according to the embodiment of the present invention has the above-described configuration. Next, the operation of the charged particle beam apparatus 10a will be described.

以下、コンピュータ21が実行する自動試料サンプリングの動作、つまり荷電粒子ビーム(集束イオンビーム)による試料Sの加工によって形成された試料片Qを自動的に試料片ホルダPに移動させる動作について、初期設定工程、試料片ピックアップ工程、試料片マウント工程、ニードルトリミング工程に大別して、順次説明する。   Hereinafter, the automatic sample sampling operation executed by the computer 21, that is, the operation of automatically moving the sample piece Q formed by processing the sample S by the charged particle beam (focused ion beam) to the sample piece holder P is initially set. A process, a sample piece pick-up process, a sample piece mounting process, and a needle trimming process are roughly divided and explained in order.

<初期設定工程>
図5は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10aによる自動試料作製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21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)などを行なう(ステップS010)。
<Initial setting process>
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of an initial setting step in the operation of automatic sample preparation by the charged particle beam apparatus 10a according to the embodiment of the present invention. First, the computer 21 selects a mode such as the presence / absence of a posture control mode, which will be described later, according to an input from the operator at the start of an automatic sequence, observation conditions for template matching, and processing condition settings (processing position, dimensions, number, etc.). Setting) or the like (step S010).

次に、コンピュータ21は、柱状部34のテンプレートを作成する(ステップS020からステップS027)。このテンプレート作成において、先ず、コンピュータ21は、操作者によってステージ12のホルダ固定台12aに設置される試料片ホルダPの位置登録処理を行なう(ステップS020)。コンピュータ21は、サンプリングプロセスの最初に柱状部34のテンプレートを作成する。コンピュータ21は、柱状部34毎にテンプレートを作成する。コンピュータ21は、各柱状部34のステージ座標取得とテンプレート作成を行ない、これらをセットで記憶し、後にテンプレートマッチング(テンプレートと画像の重ね合わせ)で柱状部34の形状を判定する際に用いる。コンピュータ21は、テンプレートマッチングに用いる柱状部34のテンプレートとして、例えば、画像そのもの、画像から抽出したエッジ情報などを予め記憶する。コンピュータ21は、後のプロセスで、ステージ12の移動後にテンプレートマッチングを行い、テンプレートマッチングのスコアによって柱状部34の形状を判定することにより、柱状部34の正確な位置を認識することができる。なお、テンプレートマッチング用の観察条件として、テンプレート作成用と同じコントラスト、倍率などの観察条件を用いると、正確なテンプレートマッチングを実施することができるので望ましい。   Next, the computer 21 creates a template of the columnar section 34 (step S020 to step S027). In creating the template, first, the computer 21 performs position registration processing of the sample piece holder P installed on the holder fixing base 12a of the stage 12 by the operator (step S020). The computer 21 creates a template for the columnar section 34 at the beginning of the sampling process. The computer 21 creates a template for each columnar portion 34. The computer 21 acquires the stage coordinates of each columnar section 34 and creates a template, stores them as a set, and later uses it when determining the shape of the columnar section 34 by template matching (superposition of a template and an image). The computer 21 stores in advance, for example, the image itself, edge information extracted from the image, and the like as the template of the columnar section 34 used for template matching. The computer 21 can recognize the exact position of the columnar part 34 by performing template matching after the stage 12 is moved in a later process and determining the shape of the columnar part 34 based on the template matching score. Note that it is desirable to use the same observation conditions such as contrast and magnification as those for template creation as the template matching observation conditions because accurate template matching can be performed.

コンピュータ21は、試料片ホルダPの位置登録処理を、後述する試料片Qの移動に先立って行なっておくことによって、実際に適正な形状の試料台33が存在することを予め確認しておくことができる。
この位置登録処理において、先ず、コンピュータ21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21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21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。
The computer 21 confirms in advance that the sample stage 33 having a proper shape is actually present by performing the position registration processing of the sample piece holder P prior to the movement of the sample piece Q described later. Can do.
In this position registration process, first, the computer 21 moves the stage 12 by the stage drive mechanism 13 as a rough adjustment operation, and aligns the irradiation region at the position where the sample stage 33 is attached in the sample piece holder P. Next, the computer 21 creates from the design shape (CAD information) of the sample stage 33 in advance from each image data generated by irradiation with a charged particle beam (each of a focused ion beam and an electron beam) as a fine adjustment operation. The positions of the plurality of columnar parts 34 constituting the sample stage 33 are extracted using the template. Then, the computer 21 registers (stores) the extracted position coordinates and image of each columnar section 34 as the attachment position of the sample piece Q (step S023). At this time, the image of each columnar portion 34 is deformed, missing, or missing in each columnar portion 34 as compared to the prepared design drawing, CAD diagram, or standard image of the columnar portion 34. If it is defective, it is also stored as a defective product together with the coordinate position of the columnar portion and the image.
Next, it is determined whether or not there is a columnar portion 34 to be registered in the sample piece holder P that is currently performing the registration process (step S025). If the determination result is “NO”, that is, if the remaining number m of the columnar parts 34 to be registered is 1 or more, the process returns to step S023 described above, and step S023 is performed until there is no remaining number m of the columnar parts 34. And S025 are repeated. On the other hand, if the determination result is “YES”, that is, if the remaining number m of the columnar portions 34 to be registered is zero, the process proceeds to step S027.

ホルダ固定台12aに複数個の試料片ホルダPが設置されている場合、各試料片ホルダPの位置座標、該当試料片ホルダPの画像データを各試料片ホルダPに対するコード番号と共に記録し、さらに、各試料片ホルダPの各柱状部34の位置座標と対応するコード番号と画像データを記憶(登録処理)する。コンピュータ21は、この位置登録処理を、自動試料サンプリングを実施する試料片Qの数の分だけ、順次、実施してもよい。
そして、コンピュータ21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21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。
When a plurality of sample piece holders P are installed on the holder fixing base 12a, the position coordinates of each sample piece holder P and the image data of the corresponding sample piece holder P are recorded together with the code number for each sample piece holder P, and The code number and the image data corresponding to the position coordinates of each columnar portion 34 of each sample piece holder P are stored (registration processing). The computer 21 may sequentially perform this position registration process by the number of sample pieces Q for which automatic sample sampling is performed.
The computer 21 determines whether there is no sample piece holder P to be registered (step S027). If the determination result is “NO”, that is, if the remaining number n of the sample piece holders P to be registered is 1 or more, the process returns to step S020 described above until the remaining number n of the sample piece holders P disappears. Steps S020 to S027 are repeated. On the other hand, if the determination result is “YES”, that is, if the remaining number n of the sample piece holders P to be registered is zero, the process proceeds to step S030.
As a result, when several tens of sample pieces Q are automatically produced from one sample S, the position of a plurality of sample piece holders P is registered on the holder fixing base 12a, and the position of each columnar portion 34 is registered as an image. Therefore, the specific sample piece holder P to which several tens of sample pieces Q are to be attached and the specific columnar portion 34 can be immediately called into the field of view of the charged particle beam.
In this position registration process (steps S020 and S023), if the sample piece holder P itself or the columnar portion 34 is deformed or damaged and the sample piece Q is not attached, Along with the position coordinates, image data, and code number, “unusable” (notation indicating that the sample piece Q cannot be attached) is also registered. As a result, the computer 21 skips the “unusable” sample piece holder P or the columnar portion 34 when moving the sample piece Q, which will be described later, and moves the next normal sample piece holder P or columnar portion 34 to the next. It can be moved within the viewing field.

次に、コンピュータ21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21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S030)。
次に、コンピュータ21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S040)。
Next, the computer 21 recognizes a reference mark Ref previously formed on the sample S using the image data of the charged particle beam. Using the recognized reference mark Ref, the computer 21 recognizes the position of the sample piece Q from the relative positional relationship between the known reference mark Ref and the sample piece Q so that the position of the sample piece Q enters the observation field of view. The stage is moved to (step S030).
Next, the computer 21 drives the stage 12 by the stage drive mechanism 13 and corresponds to the posture control mode so that the posture of the sample piece Q becomes a predetermined posture (for example, a posture suitable for taking out by the needle 18). The stage 12 is rotated around the Z axis by the angle (step S040).

次に、コンピュータ21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S050)。
次に、コンピュータ21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。初期設定位置は、例えば、予め設定されている視野領域内の所定位置などであって、視野領域内で位置合わせが完了した試料片Qの周辺の所定位置などである。コンピュータ21は、ニードル18を初期設定位置に移動させた後に、ガス供給部17先端のノズル17aを試料片Qの周辺の所定位置に接近、例えばステージ12の鉛直方向上方の待機位置から下降させる(ステップS060)。
コンピュータ21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、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。
Next, the computer 21 recognizes the reference mark Ref using the image data of the charged particle beam, recognizes the position of the sample piece Q from the relative positional relationship between the known reference mark Ref and the sample piece Q, The alignment of the piece Q is performed (step S050).
Next, the computer 21 moves the needle 18 to the initial setting position by the needle driving mechanism 19. The initial setting position is, for example, a predetermined position within a preset visual field region, and is a predetermined position around the sample piece Q that has been aligned within the visual field region. After moving the needle 18 to the initial setting position, the computer 21 approaches the nozzle 17a at the tip of the gas supply unit 17 to a predetermined position around the sample piece Q, for example, lowers from a standby position vertically above the stage 12 ( Step S060).
When the computer 21 moves the needle 18, the three-dimensional positional relationship between the needle 18 and the sample piece Q using the reference mark Ref formed on the sample S when the automatic processing for forming the sample piece Q is executed. Can be accurately grasped and moved appropriately.

次に、コンピュータ21は、ニードル18を試料片Qに接触させる処理として、以下の処理を行なう。
先ず、コンピュータ21は、吸収電流画像モードに切り替え、ニードル18の位置を認識する(ステップS070)。コンピュータ21は、荷電粒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に流れ込む吸収電流を検出し、複数の異なる方向から照射した荷電粒子ビームによる吸収電流画像データを生成する。吸収電流画像には、ニードル18と背景を誤認することが無く、確実にニードル18のみを認識できるメリットがある。コンピュータ21は、集束イオンビームの照射によってXY平面(集束イオンビームの光軸に垂直な平面)の吸収電流画像データを取得し、電子ビームの照射によってXYZ平面(電子ビームの光軸に垂直な平面)の吸収電流画像データを取得する。コンピュータ21は、2つの異なる方向から取得した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の先端位置が検出できる。
ここで、ニードル18の形状を判定する(ステップS075)。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S080に進み、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は、ステップS300に飛び、ステップS080以降の全ステップは実行せずに自動試料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S075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S075において、ニードル形状が不良と判断した場合、表示装置20に『ニードル不良』等と表示して(ステップS079)、装置の操作者に警告する。
なお、コンピュータ21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。
Next, the computer 21 performs the following process as a process of bringing the needle 18 into contact with the sample piece Q.
First, the computer 21 switches to the absorption current image mode and recognizes the position of the needle 18 (step S070). The computer 21 detects the absorption current flowing into the needle 18 by irradiating the needle 18 while scanning the charged particle beam, and generates absorption current image data by the charged particle beam irradiated from a plurality of different directions. The absorption current image has an advantage that the needle 18 and the background are not mistakenly recognized and only the needle 18 can be reliably recognized. The computer 21 acquires absorption current image data on the XY plane (a plane perpendicular to the optical axis of the focused ion beam) by irradiation with the focused ion beam, and XYZ plane (a plane perpendicular to the optical axis of the electron beam) by irradiation with the electron beam. ) Absorption current image data. The computer 21 can detect the tip position of the needle 18 in the three-dimensional space using the respective absorption current image data acquired from two different directions.
Here, the shape of the needle 18 is determined (step S075). If the needle 18 has a predetermined normal shape, the process proceeds to the next step S080. If the tip shape of the needle 18 is not ready to be attached due to deformation or breakage, the process jumps to step S300. The automatic sample sampling operation is terminated without executing all the steps after step S080. That is, when the needle tip shape is defective, no further work can be performed, and the needle replacement operation by the operator of the apparatus starts. The determination of the needle shape in step S075 is, for example, determined as a defective product when the needle tip position is displaced by 100 μm or more from a predetermined position in an observation visual field of 200 μm per side. If it is determined in step S075 that the needle shape is defective, “needle failure” or the like is displayed on the display device 20 (step S079) to warn the operator of the device.
The computer 21 uses the detected tip position of the needle 18 to drive the stage 12 by the stage driving mechanism 13 so that the tip position of the needle 18 is set to the center position (field center) of a preset field area. It may be set.

次に、コンピュータ21は、検出したニードル18の先端位置を用いて、ニードル18の先端形状に対するテンプレートマッチング用のテンプレートとしてレファレンス画像データを取得する(ステップS080)。図9は集束イオンビームにより得られるニードル18の先端のテンプレートを示す図であり、図10は電子ビームにより得られるニードル18の先端のテンプレートを示す図である。ここで、図9と図10で、ニードル18の向きが異なるのは、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と検出器16の位置関係と、二次電子による画像の表示向きの違いに拠るもので、同一のニードル18を、観察方向を違えて見ているためである。コンピュータ21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を視野領域外に退避させた状態で、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)をニードル18に走査しながら照射する。コンピュータ21は、荷電粒子ビームの照射によってニードル18から放出される二次荷電粒子(二次電子または二次イオン)Rの複数の異なる平面内での位置分布を示す各画像データを取得する。コンピュータ21は、集束イオンビームの照射によってXY平面の画像データを取得し、電子ビームの照射によってXYZ平面(電子ビームの光軸に垂直な平面)の画像データを取得する。コンピュータ21は、集束イオンビームおよび電子ビームによる画像データを取得し、テンプレート(レファレンス画像データ)として記憶する。
コンピュータ21は、粗調整および微調整によりニードル18を移動させる直前に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、個々のニードル18の形状の相違によらずに、精度の高いパターンマッチングを行うことができる。さらに、コンピュータ21は、ステージ12を退避させ、背景に複雑な構造物が無い状態で各画像データを取得するので、バックグラウンドの影響を排除したニードル18の形状が明確に把握できるテンプレート(レファレンス画像データ)を取得することができる。
Next, the computer 21 uses the detected tip position of the needle 18 to obtain reference image data as a template for template matching to the tip shape of the needle 18 (step S080). FIG. 9 is a diagram showing a template at the tip of the needle 18 obtained by the focused ion beam, and FIG. 10 is a diagram showing a template at the tip of the needle 18 obtained by the electron beam. Here, in FIG. 9 and FIG. 10, the direction of the needle 18 is different because the positional relationship among the focused ion beam irradiation optical system 14, the electron beam irradiation optical system 15, and the detector 16 and the display direction of the image by secondary electrons. This is because the same needle 18 is viewed in different observation directions. The computer 21 drives the stage 12 by the stage drive mechanism 13 and irradiates the needle 18 while scanning the charged particle beam (each of the focused ion beam and the electron beam) with the sample piece Q retracted outside the field of view. To do. The computer 21 acquires each image data indicating the position distribution in a plurality of different planes of secondary charged particles (secondary electrons or secondary ions) R emitted from the needle 18 by irradiation with the charged particle beam. The computer 21 acquires image data on the XY plane by irradiation with the focused ion beam, and acquires image data on the XYZ plane (a plane perpendicular to the optical axis of the electron beam) by irradiation with the electron beam. The computer 21 acquires image data based on the focused ion beam and the electron beam, and stores it as a template (reference image data).
Since the computer 21 uses the image data actually acquired immediately before moving the needle 18 by coarse adjustment and fine adjustment as reference image data, high-accuracy pattern matching can be performed regardless of the difference in the shape of each needle 18. It can be carried out. Further, since the computer 21 retracts the stage 12 and acquires each image data in a state where there is no complicated structure in the background, a template (reference image) that can clearly grasp the shape of the needle 18 excluding the influence of the background. Data).

なお、コンピュータ21は、各画像データを取得する際に、対象物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。
また、コンピュータ21は、二次荷電粒子Rによる画像データをレファレンス画像とする代わりに、吸収電流画像データをレファレンス画像としてもよい。この場合、コンピュータ21は、ステージ12を駆動して試料片Qを視野領域から退避させることなしに、2つの異なる平面に対して各吸収電流画像データを取得してもよい。
In addition, when acquiring each image data, the computer 21 uses pre-stored image acquisition conditions such as magnification, brightness, and contrast in order to increase the recognition accuracy of the object.
Further, the computer 21 may use the absorption current image data as the reference image instead of using the image data of the secondary charged particles R as the reference image. In this case, the computer 21 may acquire each absorption current image data for two different planes without driving the stage 12 and retracting the sample piece Q from the visual field region.

<試料片ピックアップ工程>
図6は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10aによる自動試料片作製の動作のうち、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。
コンピュータ21は、ニードル駆動機構19によってニードル18を移動させるニードル移動(粗調整)を実行する(ステップS090)。コンピュータ21は、試料Sに対する集束イオンビームおよび電子ビームによる各画像データを用いて、レファレンスマークRef(上述した図2参照)を認識する。コンピュータ21は、認識したレファレンスマークRefを用いてニードル18の移動目標位置APを設定する。コンピュータ21は、移動目標位置APを、ニードル18と試料片Qとをデポジション膜によって接続する加工を行なうために必要とされる位置とし、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21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21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(試料片Q上の所定位置)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21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。
<Sample piece pick-up process>
FIG. 6 is a flowchart showing a flow of a process of picking up the sample piece Q from the sample S in the operation of automatic sample piece production by the charged particle beam apparatus 10a according to the embodiment of the present invention. Here, the pickup means that the sample piece Q is separated from the sample S and extracted by processing with a focused ion beam or a needle.
The computer 21 executes needle movement (coarse adjustment) in which the needle 18 is moved by the needle drive mechanism 19 (step S090). The computer 21 recognizes the reference mark Ref (see FIG. 2 described above) using the image data of the focused ion beam and the electron beam with respect to the sample S. The computer 21 sets the movement target position AP of the needle 18 using the recognized reference mark Ref. The computer 21 sets the movement target position AP as a position required for performing processing for connecting the needle 18 and the sample piece Q by the deposition film, and is predetermined with respect to the processing frame F when the sample piece Q is formed. Are associated with each other. The computer 21 stores information on the relative positional relationship between the processing frame F and the reference mark Ref when the sample piece Q is formed on the sample S by irradiation with the focused ion beam. Using the recognized reference mark Ref, the computer 21 uses the relative positional relationship between the reference mark Ref, the processing frame F, and the movement target position (predetermined position on the sample piece Q) AP (see FIG. 2). The tip position of the needle 18 is moved in the three-dimensional space toward the movement target position AP. When moving the needle 18 three-dimensionally, for example, the computer 21 first moves the needle 18 in the X direction and the Y direction, and then moves it in the Z direction.

図11及び図12はこの様子を示しており、特に、図11は、集束イオンビームによる画像データにおけるニードル18の先端を示す図であり、図12は、電子ビームにより得られる画像データにおけるニードル18の先端を示す図である。なお、図11と図12で、ニードル18の向きが異なる理由は、図9、図10で説明したとおりである。
また、図12においては、2本のニードル18、18が表示されているが、ニードル移動の状況を示すために、同じ視野について移動前後のニードル先端位置の画像データを重ねて表示したもので、ニードル18と18とは同一のニードル18である。
FIGS. 11 and 12 show this state. In particular, FIG. 11 is a diagram showing the tip of the needle 18 in the image data obtained by the focused ion beam, and FIG. 12 is the needle 18 in the image data obtained by the electron beam. It is a figure which shows the front-end | tip. The reason why the direction of the needle 18 is different between FIG. 11 and FIG. 12 is as described in FIG. 9 and FIG.
Further, in FIG. 12, two needles 18 a and 18 b are displayed, but in order to show the state of needle movement, image data of the needle tip position before and after the movement is superimposed and displayed for the same field of view. in, the needle 18 a and 18 b are the same needle 18.

なお、上述の処理では、コンピュータ21は、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としたが、これに限定されない。コンピュータ21は、加工枠Fを用いること無しに、レファレンスマークRefと移動目標位置AP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てもよい。   In the above-described processing, the computer 21 uses the reference mark Ref to change the tip position of the needle 18 to the movement target position using the relative positional relationship among the reference mark Ref, the processing frame F, and the movement target position AP. Although it is assumed that it is moved in the three-dimensional space toward the AP, it is not limited to this. The computer 21 moves the tip position of the needle 18 toward the movement target position AP in the three-dimensional space using the relative positional relationship between the reference mark Ref and the movement target position AP without using the processing frame F. You may let them.

次に、コンピュータ21は、ニードル駆動機構19によってニードル18を移動させるニードル移動(微調整)を実行する(ステップS100)。コンピュータ21は、レファレンス画像データを用いたパターンマッチングを繰り返して、ニードル18の先端位置を把握しながら、ニードル18を移動させる。コンピュータ21は、ニードル18に荷電粒子ビーム(集束イオンビームおよび電子ビームの各々)を照射して、荷電粒子ビームによる各画像データを繰り返し取得する。コンピュータ21は、取得した画像データに対して、レファレンス画像データを用いたパターンマッチングを行なうことによってニードル18の先端位置を取得する。コンピュータ21は、取得したニードル18の先端位置と移動目標位置とに応じてニードル18を3次元空間内で移動させる。   Next, the computer 21 executes needle movement (fine adjustment) for moving the needle 18 by the needle driving mechanism 19 (step S100). The computer 21 repeats pattern matching using the reference image data, and moves the needle 18 while grasping the tip position of the needle 18. The computer 21 irradiates the needle 18 with a charged particle beam (each of a focused ion beam and an electron beam), and repeatedly acquires image data of the charged particle beam. The computer 21 acquires the tip position of the needle 18 by performing pattern matching using the reference image data on the acquired image data. The computer 21 moves the needle 18 in the three-dimensional space according to the acquired tip position and movement target position of the needle 18.

次に、コンピュータ21は、ニードル18の移動を停止させる処理を行なう(ステップS110)。コンピュータ21は、移動目標位置を含む照射領域に荷電粒子ビームを照射した状態でニードル18を移動させて、ニードル18に流れる吸収電流が所定電流を超えたと判断した時に、ニードル駆動機構19によるニードル18の駆動を停止させる。これによりコンピュータ21は、ニードル18の先端位置を、試料片Qの支持部Qaの反対側の側部に近接した移動目標位置APに配置する。図13および図14は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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の先端および試料片Qを示す図(図13)、および、電子ビームにより得られる画像データにおけるニードル18の先端および試料片Qを示す図(図14)である。なお、図13および図14は、図11および図12同様、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。   Next, the computer 21 performs a process of stopping the movement of the needle 18 (step S110). When the computer 21 moves the needle 18 in a state where the irradiation region including the movement target position is irradiated with the charged particle beam and determines that the absorbed current flowing through the needle 18 exceeds a predetermined current, the needle 18 by the needle driving mechanism 19 is used. Stop driving. Thereby, the computer 21 arranges the tip position of the needle 18 at the movement target position AP close to the side portion on the opposite side of the support portion Qa of the sample piece Q. FIGS. 13 and 14 show this state, and are diagrams showing the tip of the needle 18 and the sample piece Q in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention (FIG. 13) and a diagram (FIG. 14) showing the tip of the needle 18 and the sample piece Q in the image data obtained by the electron beam. 13 and 14, as in FIGS. 11 and 12, in addition to the observation direction being different between the focused ion beam and the electron beam, the observation magnification is different, but the observation object and the needle 18 are the same.

次に、コンピュータ21は、ニードル18を試料片Qに接続する処理を行なう(ステップS120)。コンピュータ21は、試料SのレファレンスマークRefを用いて、予め設定されている接続加工位置を指定する。コンピュータ21は、接続加工位置を試料片Qから所定間隔だけ離れた位置とする。コンピュータ21は、所定間隔の上限を1μmとし、好ましくは、所定間隔を100nm以上かつ200nm以下とする。コンピュータ21は、所定時間に亘って、接続加工位置に設定した加工枠R1を含む照射領域に集束イオンビームを照射しつつ、試料片Qおよびニードル18の先端表面にガス供給部17によってガスを供給する。これによりコンピュータ21は、試料片Qおよびニードル18をデポジション膜(図15から図25では図示略。図26に符号DM2として図示)により接続する。
このステップS120では、コンピュータ21は、ニードル18を試料片Qに直接接触させずに僅か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、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、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が切断されることを防止できる。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15は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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)を示す図である。
Next, the computer 21 performs a process of connecting the needle 18 to the sample piece Q (step S120). The computer 21 designates a preset connection processing position using the reference mark Ref of the sample S. The computer 21 sets the connection processing position at a position away from the sample piece Q by a predetermined interval. The computer 21 sets the upper limit of the predetermined interval to 1 μm, and preferably sets the predetermined interval to 100 nm or more and 200 nm or less. The computer 21 supplies gas to the specimen Q and the tip surface of the needle 18 by the gas supply unit 17 while irradiating the irradiation region including the processing frame R1 set at the connection processing position over a predetermined time. To do. As a result, the computer 21 connects the sample piece Q and the needle 18 with a deposition film (not shown in FIGS. 15 to 25; shown as symbol DM2 in FIG. 26).
In this step S120, the computer 21 is connected by the deposition film at a slightly spaced position without directly contacting the sample 18 with the sample piece Q, so that the needle 18 is brought into direct contact with the sample piece Q. This has the advantage of preventing the occurrence of defects such as damage. Furthermore, it is possible to prevent the needle 18 from being cut when the needle 18 and the sample piece Q are separated by the focused ion beam irradiation in a later step. Furthermore, even if the needle 18 vibrates, this vibration can be prevented from being transmitted to the sample piece Q. Furthermore, even when the movement of the sample piece Q due to the creep phenomenon of the sample S occurs, it is possible to suppress the occurrence of excessive strain between the needle 18 and the sample piece Q. FIG. 15 shows this state, and a processing frame R1 including the connection processing position of the needle 18 and the sample piece Q in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows (deposition film formation area).

コンピュータ21は、ニードル18を試料片Qに接続する際には、後にニードル18に接続された試料片Qを試料片ホルダPに移設するときに選択される各アプローチモードに適した接続姿勢を設定する。コンピュータ21は、後述する複数(例えば、3つ)の異なるアプローチモードの各々に対応して、ニードル18と試料片Qとの相対的な接続姿勢を設定する。   When connecting the needle 18 to the sample piece Q, the computer 21 sets a connection posture suitable for each approach mode selected when the sample piece Q connected to the needle 18 is later transferred to the sample piece holder P. To do. The computer 21 sets a relative connection posture between the needle 18 and the sample piece Q in correspondence with each of a plurality of (for example, three) different approach modes described later.

なお、コンピュータ21は、ニードル18の吸収電流の変化を検出することによって、デポジション膜による接続状態を判定してもよい。コンピュータ21は、ニードル18の吸収電流が予め定めた電流値に達した時に試料片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た場合に、所定時間の経過有無にかかわらずに、デポジション膜の形成を停止してもよい。   The computer 21 may determine the connection state by the deposition film by detecting a change in the absorption current of the needle 18. When the computer 21 determines that the sample piece Q and the needle 18 are connected by the deposition film when the absorption current of the needle 18 reaches a predetermined current value, the deposition is performed regardless of whether or not a predetermined time has elapsed. The film formation may be stopped.

次に、コンピュータ21は、試料片Qと試料Sとの間の支持部Qaを切断する処理を行なう(ステップS130)。コンピュータ21は、試料Sに形成されているレファレンスマークを用いて、予め設定されている支持部Qaの切断加工位置T1を指定する。コンピュータ21は、所定時間に亘って、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1は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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。
コンピュータ21は、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(ステップS133)。コンピュータ21は、切断加工の終了後、つまり切断加工位置T1での試料片Qと試料Sとの間の支持部Qaの切断が完了した後に、試料Sとニードル18との導通を検知した場合には、試料片Qが試料Sから切り離されていない(NG)と判定する。コンピュータ21は、試料片Qが試料Sから切り離されていない(NG)と判定した場合には、この試料片Qと試料Sとの分離が完了していないことを表示装置20への表示または警告音により報知する(ステップS136)。そして、これ以降の処理の実行を停止する、またはニードルトリミングを行い、次のサンプリングを実施する。一方、コンピュータ21は、試料Sとニードル18との導通を検知しない場合には、試料片Qが試料Sから切り離された(OK)と判定し、これ以降の処理の実行を継続する。
Next, the computer 21 performs a process of cutting the support portion Qa between the sample piece Q and the sample S (step S130). The computer 21 uses the reference mark formed on the sample S to specify a preset cutting position T1 of the support portion Qa. The computer 21 separates the sample piece Q from the sample S by irradiating the focused ion beam to the cutting processing position T1 for a predetermined time. FIG. 16 shows this state, and the cutting position T1 of the support portion Qa of the sample S and the sample piece Q in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention. FIG.
The computer 21 determines whether or not the sample piece Q has been separated from the sample S by detecting conduction between the sample S and the needle 18 (step S133). When the computer 21 detects the conduction between the sample S and the needle 18 after the end of the cutting process, that is, after the cutting of the support portion Qa between the sample piece Q and the sample S at the cutting position T1 is completed. Determines that the sample piece Q is not separated from the sample S (NG). When the computer 21 determines that the sample piece Q is not separated from the sample S (NG), the computer 21 displays or warns that the separation between the sample piece Q and the sample S is not completed. The notification is made by sound (step S136). Then, the subsequent processing is stopped or needle trimming is performed, and the next sampling is performed. On the other hand, if the computer 21 does not detect conduction between the sample S and the needle 18, the computer 21 determines that the sample piece Q has been separated from the sample S (OK), and continues the subsequent processing.

次に、コンピュータ21は、ニードル退避の処理を行なう(ステップS140)。コンピュータ21は、ニードル駆動機構19によってニードル18を所定距離(例えば、5μmなど)だけ鉛直方向上方(つまりZ方向の正方向)に上昇させる。図17は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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を退避させた状態を示す図である。
次に、コンピュータ21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21は、図18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21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自動試料片作製装置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。
Next, the computer 21 performs a needle retraction process (step S140). The computer 21 raises the needle 18 upward by a predetermined distance (for example, 5 μm) by the needle drive mechanism 19 (that is, the positive direction in the Z direction). FIG. 17 shows this state, and shows a state in which the needle 18 connected to the sample piece Q in the image data obtained by the electron beam of the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention is retracted. It is.
Next, the computer 21 performs stage saving processing (step S150). As shown in FIG. 18, the computer 21 moves the stage 12 by a predetermined distance by the stage driving mechanism 13. For example, it is lowered downward by 1 mm, 3 mm, and 5 mm in the vertical direction (that is, the negative direction in the Z direction). The computer 21 lowers the stage 12 by a predetermined distance, and then moves the nozzle 17 a of the gas supply unit 17 away from the stage 12. For example, it is raised to a standby position above the vertical direction. FIG. 18 shows this state, and the stage 12 is retracted with respect to the needle 18 to which the sample piece Q in the image data obtained by the electron beam of the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention is connected. FIG.

次に、コンピュータ21は、相互に接続されたニードル18および試料片Qの背景に構造物がない場所にニードル18を移動させる。これは後続するニードル18および試料片Qのテンプレートを作成する際、集束イオンビームおよび電子ビームの各々により得られる試料片Qの画像データからニードル18および試料片Qのエッジ(輪郭)を確実に認識するためである。コンピュータ21は、ステージ12を予定距離だけ移動させる。試料片Qの背景を判断(ステップS160)し、背景が問題にならなければ、次のステップS170に進み、背景に問題があればステージ12を所定量だけ再移動させて(ステップS165)、背景の判断(ステップS160)に戻り、背景に問題が無くなるまで繰り返す。   Next, the computer 21 moves the needle 18 to a place where there is no structure in the background of the needle 18 and the sample piece Q connected to each other. This ensures the recognition of the edges (contours) of the needle 18 and the sample piece Q from the image data of the sample piece Q obtained by each of the focused ion beam and the electron beam when creating the template of the subsequent needle 18 and the sample piece Q. It is to do. The computer 21 moves the stage 12 by a predetermined distance. The background of the sample piece Q is determined (step S160). If the background does not become a problem, the process proceeds to the next step S170. If there is a problem with the background, the stage 12 is moved again by a predetermined amount (step S165). (Step S160), and the process is repeated until there is no problem in the background.

コンピュータ21は、ニードルおよび試料片のテンプレート作成を実行する(ステップS170)。コンピュータ21は、試料片Qが固定されたニードル18を必要に応じて回転させた姿勢状態(つまり、試料台33の柱状部34に試料片Qを接続する姿勢)のニードル18および試料片Qのテンプレートを作成する。これによりコンピュータ21は、ニードル18の回転に応じて、集束イオンビームおよび電子ビームの各々により得られる画像データから3次元的にニードル18および試料片Qのエッジ(輪郭)を認識する。なお、コンピュータ21は、ニードル18の回転角度0°でのアプローチモードにおいては、電子ビームを必要とせずに、集束イオンビームにより得られる画像データからニードル18および試料片Qのエッジ(輪郭)を認識してもよい。
コンピュータ21は、ニードル18および試料片Qの背景に構造物がないようにステージ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。
The computer 21 creates a template for the needle and the sample piece (step S170). The computer 21 rotates the needle 18 to which the sample piece Q is fixed as necessary (that is, the posture in which the sample piece Q is connected to the columnar portion 34 of the sample stage 33) and the needle 18 and the sample piece Q. Create a template. Accordingly, the computer 21 recognizes the edges (contours) of the needle 18 and the sample piece Q three-dimensionally from the image data obtained by the focused ion beam and the electron beam according to the rotation of the needle 18. Note that the computer 21 recognizes the edges (contours) of the needle 18 and the sample piece Q from the image data obtained by the focused ion beam without requiring an electron beam in the approach mode in which the rotation angle of the needle 18 is 0 °. May be.
When the computer 21 instructs the stage drive mechanism 13 or the needle drive mechanism 19 to move the stage 12 so that there is no structure in the background of the needle 18 and the sample piece Q, the needle 18 If not reached, the observation magnification is set to a low magnification to search for the needle 18, and if not found, the position coordinates of the needle 18 are initialized, and the needle 18 is moved to the initial position.

このテンプレート作成(ステップS170)において、先ず、コンピュータ21は、試料片Qおよび試料片Qが接続されたニードル18の先端形状に対するテンプレートマッチング用のテンプレート(レファレンス画像データ)を取得する。コンピュータ21は、照射位置を走査しながらニードル18に荷電粒子ビーム(集束イオンビームおよび電子ビームの各々)を照射する。コンピュータ21は、荷電粒子ビームの照射によってニードル18から放出される二次荷電粒子Rの複数の異なる平面内での位置分布を示す各画像データを取得する。コンピュータ21は、集束イオンビームの照射によって集束イオンビーム光軸に垂直な面の画像データを取得し、電子ビームの照射によって電子ビームの光軸に垂直な面の画像データを取得する。コンピュータ21は、2つの異なる方向から取得した各画像データをテンプレート(レファレンス画像データ)として記憶する。
コンピュータ21は、集束イオンビーム加工により実際に形成された試料片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21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。
In this template creation (step S170), first, the computer 21 acquires a template (reference image data) for template matching for the sample piece Q and the tip shape of the needle 18 to which the sample piece Q is connected. The computer 21 irradiates the needle 18 with a charged particle beam (a focused ion beam and an electron beam) while scanning the irradiation position. The computer 21 acquires each image data indicating the position distribution in a plurality of different planes of the secondary charged particles R emitted from the needle 18 by irradiation with the charged particle beam. The computer 21 acquires image data of a plane perpendicular to the optical axis of the focused ion beam by irradiation with the focused ion beam, and acquires image data of a plane perpendicular to the optical axis of the electron beam by irradiation with the electron beam. The computer 21 stores each image data acquired from two different directions as a template (reference image data).
The computer 21 uses the sample piece Q actually formed by the focused ion beam processing and the image data actually acquired for the needle 18 to which the sample piece Q is connected as the reference image data. Regardless of the shape, pattern matching with high accuracy can be performed.
In addition, when acquiring each image data, the computer 21 has a suitable magnification, brightness, contrast, etc. stored in advance in order to increase the accuracy of recognizing the shape of the sample piece Q and the needle 18 to which the sample piece Q is connected. Use image acquisition conditions.

次に、コンピュータ21は、ニードル退避の処理を行なう(ステップS180)。コンピュータ21は、ニードル駆動機構19によってニードル18を所定距離だけ移動させる。例えば、鉛直方向上方(つまりZ方向の正方向)に上昇させる。逆に、ニードル18はその場に停止させておき、ステージ12を所定距離だけ移動させる。例えば、鉛直方向下方(つまりZ方向の負方向)に降下させてもよい。ニードル退避方向は、上述の鉛直方向に限らず、ニードル軸方向であっても、その他の所定退避位置でもよく、ニードル先端に付いている試料片Qが、試料室内の構造物への接触や、集束イオンビームによる照射を受けない、予め定められた位置で有ればよい。   Next, the computer 21 performs a needle retraction process (step S180). The computer 21 moves the needle 18 by a predetermined distance by the needle driving mechanism 19. For example, it is raised upward in the vertical direction (that is, the positive direction of the Z direction). On the contrary, the needle 18 is stopped on the spot and the stage 12 is moved by a predetermined distance. For example, it may be lowered downward in the vertical direction (that is, in the negative direction of the Z direction). The needle retraction direction is not limited to the above-described vertical direction, and may be the needle axial direction or other predetermined retraction position, and the sample piece Q attached to the needle tip may contact the structure in the sample chamber, What is necessary is just to be in the predetermined position which does not receive irradiation by a focused ion beam.

次に、コンピュータ21は、上述のステップS020において登録した特定の試料片ホルダPが、荷電粒子ビームによる観察視野領域内に入るよう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(ステップS190)。図19および図20はこの様子を示しており、特に図19は、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置10の集束イオンビームにより得られる画像データであって、柱状部34の試料片Qの取り付け位置Uを示す図であり、図20は、電子ビームにより得られる画像データであって、柱状部34の試料片Qの取り付け位置Uを示す図である。
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。
Next, the computer 21 moves the stage 12 by the stage driving mechanism 13 so that the specific sample piece holder P registered in the above-described step S020 falls within the observation visual field region by the charged particle beam (step S190). FIGS. 19 and 20 show this state. In particular, FIG. 19 shows image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention. FIG. 20 is a diagram showing the attachment position U of Q, and FIG. 20 is a diagram showing the attachment position U of the sample piece Q of the columnar portion 34, which is image data obtained by an electron beam.
Here, it is determined whether or not the columnar portion 34 of the desired sample piece holder P enters the observation visual field region (step S195), and if the desired columnar portion 34 enters the observation visual field region, the process proceeds to the next step S200. move on. If the desired columnar part 34 does not enter the observation visual field region, that is, if the stage drive does not operate correctly with respect to the designated coordinates, the stage coordinates designated immediately before are initialized, and the origin position of the stage 12 is set. Return to (step S197). Then, the coordinates of the desired columnar part 34 registered in advance are designated again, the stage 12 is driven (step S190), and the process is repeated until the columnar part 34 enters the observation visual field region.

次に、コンピュータ21は、ステージ駆動機構13によってステージ12を移動させて試料片ホルダPの水平位置を調整するとともに、試料片ホルダP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ステージ12を回転と傾斜させる(ステップS200)。
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、予期せぬ事故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。
そしてコンピュータ21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。
Next, the computer 21 moves the stage 12 by the stage driving mechanism 13 to adjust the horizontal position of the sample piece holder P, and supports the posture control mode so that the posture of the sample piece holder P becomes a predetermined posture. The stage 12 is rotated and tilted by the angle (step S200).
By this step S200, the posture of the sample piece Q and the sample piece holder P can be adjusted so that the original end surface of the sample S is parallel or perpendicular to the end surface of the columnar section 34. In particular, assuming that the sample piece Q fixed to the columnar portion 34 is thinned with a focused ion beam, the sample piece Q is set so that the surface end surface of the original sample S and the focused ion beam irradiation axis are in a vertical relationship. It is preferable to adjust the posture of the sample piece holder P. In addition, the sample piece Q fixed to the columnar portion 34 has the sample piece Q and the sample piece holder P so that the surface end surface of the original sample S is perpendicular to the columnar portion 34 and is downstream in the incident direction of the focused ion beam. It is also preferable to adjust the posture.
Here, the quality of the columnar part 34 of the sample piece holder P is determined (step S205). Although the image of the columnar portion 34 is registered in step S023, the quality of the columnar portion 34 is determined in the subsequent steps to determine whether the columnar portion 34 designated by an unexpected accident has been deformed, damaged or missing. This is step S205. If it is determined in step S205 that the shape of the corresponding columnar part 34 is good without any problem, the process proceeds to the next step S210. If it is determined to be defective, the stage is moved so that the next columnar part 34 falls within the observation visual field region. Return to.
Then, the computer 21 moves the nozzle 17a of the gas supply unit 17 close to the focused ion beam irradiation position. For example, the stage 12 is lowered from the standby position vertically above the stage 12 toward the machining position.

<試料片マウント工程>
図7は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10aによる自動試料片作製の動作のうち、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21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生成す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21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21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21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。
<Sample piece mounting process>
FIG. 7 shows that the sample piece Q is mounted (transferred) to a predetermined columnar portion 34 of a predetermined sample piece holder P in the operation of automatic sample piece preparation by the charged particle beam apparatus 10a according to the embodiment of the present invention. It is a flowchart which shows the flow of a process.
The computer 21 recognizes the transfer position of the sample piece Q stored in step S020 described above using each image data generated by irradiation of each of the focused ion beam and electron beam (step S210). The computer 21 executes template matching of the columnar section 34. The computer 21 performs template matching in order to confirm that the columnar portion 34 that appears in the observation visual field region among the plurality of columnar portions 34 of the comb-shaped sample base 33 is the columnar portion 34 designated in advance. To do. The computer 21 uses the template for each columnar portion 34 created in the step of creating a template for the columnar portion 34 in advance (step S020) and template matching with each image data obtained by irradiation of each of the focused ion beam and electron beam. To implement.

なお、コンピュータ21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。
また、コンピュータ21は、ステージ12を移動した後に実施する柱状部34毎のテンプレートマッチングにおいて、柱状部34に欠落など問題が認められるか否かを判定する(ステップS215)。柱状部34の形状に問題が認められた場合(NG)には、試料片Qを移設する柱状部34を、問題が認められた柱状部34の隣の柱状部34に変更し、その柱状部34についてもテンプレートマッチングを行ない移設する柱状部34を決定する。柱状部34の形状に問題が無ければ次のステップS220に移る。
また、コンピュータ21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21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20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。
Note that when the computer 21 instructs the stage drive mechanism 13 to move the stage 12 in order to put the designated columnar portion 34 in the observation visual field region, the designated columnar portion 34 actually falls within the observation visual field region. If not, the position coordinate of the stage 12 is initialized and the stage 12 is moved to the initial position.
Further, the computer 21 determines whether or not a problem such as a lack in the columnar part 34 is recognized in the template matching for each columnar part 34 performed after moving the stage 12 (step S215). When a problem is recognized in the shape of the columnar part 34 (NG), the columnar part 34 to which the sample piece Q is transferred is changed to a columnar part 34 adjacent to the columnar part 34 in which the problem is recognized, and the columnar part As for 34, template matching is performed to determine the columnar portion 34 to be transferred. If there is no problem in the shape of the columnar section 34, the process proceeds to the next step S220.
Further, the computer 21 may extract an edge (contour) from image data of a predetermined area (an area including at least the columnar portion 34) and use the edge pattern as a template. Further, when the edge (contour) cannot be extracted from the image data of the predetermined area (the area including at least the columnar portion 34), the computer 21 acquires the image data again. The extracted edge may be displayed on the display device 20, and template matching may be performed with an image by a focused ion beam or an image by an electron beam in the observation visual field region.

コンピュータ21は、電子ビームの照射により認識した取り付け位置と集束イオンビームの照射により認識した取り付け位置とが一致するように、ステージ駆動機構13によってステージ12を駆動する。コンピュータ21は、試料片Qの取り付け位置Uが視野領域の視野中心(加工位置)に一致するように、ステージ駆動機構13によってステージ12を駆動する。
次に、柱状部34の画像を取得し、その画像の良否を判定する。(ステップS215)。画像は後続ステップで利用するテンプレートとするために、例えば、その画像からエッジ部を抽出した画像処理図の明瞭さの観点から、画像の良否を判断する。該当画像に問題が無ければ次のステップS220に移り、不良であれば再度ステップS215にて、この柱状部34の画像を取得し、その画像の良否を判定する動作を繰り返す。
The computer 21 drives the stage 12 by the stage drive mechanism 13 so that the attachment position recognized by the electron beam irradiation matches the attachment position recognized by the focused ion beam irradiation. The computer 21 drives the stage 12 by the stage driving mechanism 13 so that the attachment position U of the sample piece Q coincides with the visual field center (processing position) of the visual field region.
Next, an image of the columnar section 34 is acquired, and the quality of the image is determined. (Step S215). In order to use the image as a template used in the subsequent step, for example, the quality of the image is determined from the viewpoint of clarity of the image processing diagram obtained by extracting the edge portion from the image. If there is no problem in the corresponding image, the process proceeds to the next step S220, and if it is defective, in step S215, the image of the columnar portion 34 is acquired again, and the operation for determining the quality of the image is repeated.

次に、コンピュータ21は、ニードル18に接続された試料片Qを試料片ホルダPに接触させる処理として、以下のステップS220〜ステップS250の処理を行なう。
先ず、コンピュータ21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21は、照射位置を走査しながらニードル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に流れる吸収電流を検出し、複数の異なる平面に対する吸収電流の2次元位置分布を示す吸収電流画像データを生成する。コンピュータ21は、集束イオンビームの照射によってXY平面の吸収電流画像データを取得し、電子ビームの照射によってXYZ平面(電子ビームの光軸に垂直な平面)の画像データを取得する。コンピュータ21は、2つの異なる平面に対して取得した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21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。
Next, the computer 21 performs the following steps S220 to S250 as a process of bringing the sample piece Q connected to the needle 18 into contact with the sample piece holder P.
First, the computer 21 recognizes the position of the needle 18 (step S220). The computer 21 detects the absorption current flowing through the needle 18 by irradiating the needle 18 with the charged particle beam while scanning the irradiation position, and the absorption current image data indicating the two-dimensional position distribution of the absorption current with respect to a plurality of different planes. Generate. The computer 21 acquires absorption current image data on the XY plane by irradiation with the focused ion beam, and acquires image data on the XYZ plane (a plane perpendicular to the optical axis of the electron beam) by irradiation with the electron beam. The computer 21 detects the tip position of the needle 18 in the three-dimensional space using the respective absorption current image data acquired for two different planes.
The computer 21 uses the detected tip position of the needle 18 to drive the stage 12 by the stage driving mechanism 13 so that the tip position of the needle 18 is set to the center position (field center) of a preset field area. It may be set.

次に、コンピュータ21は、試料片マウント工程を実行する。先ず、コンピュータ21は、ニードル18に接続された試料片Qの位置を正確に認識するために、テンプレートマッチングを実施する。コンピュータ21は、予めニードルおよび試料片のテンプレート作成工程において作成した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においてテンプレートマッチングを実施する。
なお、コンピュータ21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20に表示する。また、コンピュータ21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21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21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の取付対象である柱状部34に移設する。
Next, the computer 21 executes a sample piece mounting process. First, the computer 21 performs template matching in order to accurately recognize the position of the sample piece Q connected to the needle 18. The computer 21 uses the template of the needle 18 and the sample piece Q, which are connected in advance in the template preparation process of the needle and the sample piece, in each image data obtained by each irradiation of the focused ion beam and the electron beam. Perform template matching.
When the computer 21 extracts an edge (contour) from a predetermined region (region including at least the needle 18 and the sample piece Q) of the image data in the template matching, the computer 21 displays the extracted edge on the display device 20. . In addition, when the template 21 cannot extract an edge (contour) from a predetermined region of image data (region including at least the needle 18 and the sample piece Q) in template matching, the computer 21 acquires the image data again.
The computer 21 then connects the template 18 of the needle 18 and the sample piece Q to each other and the columnar part 34 to which the sample piece Q is attached in each image data obtained by irradiation with each of the focused ion beam and the electron beam. The distance between the sample piece Q and the columnar portion 34 is measured based on template matching using the template.
Then, the computer 21 finally moves the sample piece Q to the columnar part 34 to which the sample piece Q is attached only by movement in a plane parallel to the stage 12.

この試料片マウント工程において、先ず、コンピュータ21は、ニードル駆動機構19によってニードル18を移動させるニードル移動を実行する(ステップS230)。コンピュータ21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、ニードル18および試料片Qのテンプレートと、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。コンピュータ21は、計測した相対距離に応じてニードル18を試料片Qの取付け位置に向かうように3次元空間内で移動させる。   In this sample piece mounting step, first, the computer 21 executes needle movement for moving the needle 18 by the needle drive mechanism 19 (step S230). Based on template matching using the template of the needle 18 and the sample piece Q and the template of the columnar portion 34 in each image data obtained by irradiation of each of the focused ion beam and the electron beam, the computer 21 The distance from the columnar part 34 is measured. The computer 21 moves the needle 18 in the three-dimensional space so as to go to the attachment position of the sample piece Q according to the measured relative distance.

次に、コンピュータ21は、試料片マウント工程を実行する。コンピュータ21は、柱状部34に試料片Qをデポジションにより固定する工程において、柱状部34とニードル18と間の導通を検知した場合にデポジションを終了する。コンピュータ21は、柱状部34と試料片Qとの間に隙間L1を空けてニードル18を停止させる。コンピュータ21は、この隙間L1を1μm以下とし、好ましくは、隙間L1を100nm以上かつ200nm以下とする。この隙間L1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。この隙間L1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21は、この隙間L1を設ける際に、一度、柱状部34に試料片Qを接触させてから、隙間L1を空けてもよい。また、コンピュータ21は、柱状部34とニードル18と間の導通を検知する代わりに、柱状部34およびニードル18の吸収電流像を検知することによって両者の隙間を設けてもよい。
コンピュータ21は、柱状部34とニードル18との間の導通、または柱状部34およびニードル18の吸収電流像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。
なお、コンピュータ21は、柱状部34とニードル18との間の導通を検知することができない場合には、柱状部34およびニードル18の吸収電流像を検知するように処理を切り替える。
また、コンピュータ21は、柱状部34とニードル18との間の導通を検知することができない場合には、この試料片Qの移設を停止し、この試料片Qをニードル18から切り離し、後述するニードルトリミング工程を実行してもよい。
Next, the computer 21 executes a sample piece mounting process. When the computer 21 detects conduction between the columnar part 34 and the needle 18 in the step of fixing the sample piece Q to the columnar part 34 by deposition, the computer 21 ends the deposition. The computer 21 stops the needle 18 by leaving a gap L1 between the columnar portion 34 and the sample piece Q. The computer 21 sets the gap L1 to 1 μm or less, and preferably sets the gap L1 to 100 nm or more and 200 nm or less. Connection is possible even when the gap L1 is 500 nm or more, but the time required for connection between the columnar portion 34 and the sample piece Q by the deposition film becomes longer than a predetermined value, and 1 μm is not preferable. The smaller the gap L1, the shorter the time required to connect the columnar part 34 and the sample piece Q by the deposition film, but it is important not to contact them.
In addition, when providing the clearance gap L1, the computer 21 may make the clearance gap L1 once after making the sample piece Q contact the columnar part 34 once. Further, the computer 21 may provide a gap between the columnar part 34 and the needle 18 by detecting an absorption current image of the columnar part 34 and the needle 18 instead of detecting conduction between the columnar part 34 and the needle 18.
The computer 21 detects the conduction between the columnar portion 34 and the needle 18 or the absorption current image of the columnar portion 34 and the needle 18 to transfer the sample piece Q to the columnar portion 34. The presence or absence of separation from the needle 18 is detected.
When the computer 21 cannot detect the continuity between the columnar part 34 and the needle 18, the computer 21 switches the process so as to detect the absorbed current images of the columnar part 34 and the needle 18.
If the computer 21 cannot detect the continuity between the columnar portion 34 and the needle 18, the computer 21 stops moving the sample piece Q, disconnects the sample piece Q from the needle 18, and a needle described later. You may perform a trimming process.

この試料片マウント検知工程において、先ず、コンピュータ21は、ニードル18の移動を停止させる処理を行なう(ステップS240)。図19および図20はこの様子を示しており、特に図19は、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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柱状部34の試料片Qの取り付け位置U(マーカMの中心)近傍で移動停止したニードル18を示しており、図20は、図19と同じ場面の電子ビームによる画像の模式図である。ここで、試料片Qの見かけ上の上端部は柱状部34の上端部に揃うように位置付けることで、後の工程で試料片Qを追加加工する場合に好都合である。   In this sample piece mount detection step, first, the computer 21 performs a process of stopping the movement of the needle 18 (step S240). 19 and 20 show this state, and in particular, FIG. 19 shows the attachment of the sample piece Q of the columnar portion 34 in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention. FIG. 20 shows a needle 18 stopped moving in the vicinity of the position U (center of the marker M), and FIG. 20 is a schematic diagram of an image by an electron beam in the same scene as FIG. Here, the apparent upper end portion of the sample piece Q is positioned so as to be aligned with the upper end portion of the columnar portion 34, which is convenient when the sample piece Q is additionally processed in a later step.

次に、コンピュータ21は、ニードル18に接続された試料片Qを柱状部(ピラー)34に接続する処理を行なう(ステップS250)。図21、図22は、それぞれ図19、図20での観察倍率を高めた画像の模式図である。コンピュータ21は、図21のように試料片Qの一辺と柱状部34の一辺が一直線になるように、かつ、図22のように試料片Qの上端面と柱状部34の上端面が同一面になるように接近させ、隙間L1が所定の値になった時にニードル駆動機構19を停止させる。コンピュータ21は、隙間L1を有して試料片Qの取り付け位置に停止した状況で、図21の集束イオンビームによる画像において、柱状部34のエッジを含むように加工枠R2を設定する。コンピュータ21は、試料片Qおよび柱状部34の表面にガス供給部17によってガスを供給しつつ、所定時間に亘って、加工枠R2を含む照射領域に集束イオンビームを照射する。この操作によっては集束イオンビーム照射部にデポジション膜が形成され、隙間L1が埋まり試料片Qと柱状部34は接続される。   Next, the computer 21 performs a process of connecting the sample piece Q connected to the needle 18 to the columnar part (pillar) 34 (step S250). 21 and 22 are schematic diagrams of images with the observation magnification increased in FIGS. 19 and 20, respectively. The computer 21 is configured so that one side of the sample piece Q and one side of the columnar portion 34 are in a straight line as shown in FIG. 21, and the upper end surface of the sample piece Q and the upper end surface of the columnar portion 34 are the same plane as shown in FIG. When the gap L1 reaches a predetermined value, the needle drive mechanism 19 is stopped. The computer 21 sets the processing frame R2 so as to include the edge of the columnar portion 34 in the image of the focused ion beam in FIG. 21 in a state where the sample 21 is stopped at the attachment position of the sample piece Q with the gap L1. The computer 21 irradiates the irradiation region including the processing frame R2 with the focused ion beam over a predetermined time while supplying the gas to the surface of the sample piece Q and the columnar portion 34 by the gas supply unit 17. By this operation, a deposition film is formed in the focused ion beam irradiation part, the gap L1 is filled, and the sample piece Q and the columnar part 34 are connected.

コンピュータ21は、試料片Qと柱状部34との接続が完了したことの判定を行なう(ステップS255)。ステップS255は、例えば以下のように行なう。予めニードル18とステージ12の間に抵抗計を設置しておき、両者の導通を検出する。両者が離間している(隙間L1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、隙間L1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し、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。
なお、検知するのは上述の電気抵抗に限らず、電流や電圧など柱状部と試料片Qの間の電気特性が計測できればよい。また、コンピュータ21は、予め定めた時間内に予め定めた電気特性(電気抵抗値、電流値、電位)を満足しなければ、デポジション膜の形成時間を延長する。また、コンピュータ21は、柱状部34と試料片Qの隙間距離、照射ビーム条件、デポジション膜用のガス種について最適なデポジション膜を形成できる時間を予め求めておき、このデポジション形成時間を記憶しておき、所定の時間でデポジション膜の形成を停止することできる。
また、本自動試料片作製装置10を操作者が操作する場合には、集束イオンビームによる画像から目視で両者の接続を判断してもよい。
コンピュータ21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23は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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。
The computer 21 determines that the connection between the sample piece Q and the columnar portion 34 has been completed (step S255). Step S255 is performed as follows, for example. An ohmmeter is installed in advance between the needle 18 and the stage 12 to detect conduction between the two. When both are separated (there is a gap L1), the electrical resistance is infinite, but both are covered with a conductive deposition film, and as the gap L1 is filled, the electrical resistance value between the two gradually increases. It is determined that the electrical connection has been established after confirming that the resistance value has fallen below the predetermined resistance value. In addition, it is determined from prior examination that when the resistance value between the two reaches a predetermined resistance value, the deposition film has sufficient mechanical strength and the sample piece Q is sufficiently connected to the columnar portion 34. it can.
Note that what is detected is not limited to the above-described electrical resistance, and it is only necessary to measure electrical characteristics between the columnar part and the sample piece Q such as current and voltage. If the computer 21 does not satisfy the predetermined electrical characteristics (electrical resistance value, current value, potential) within the predetermined time, the computer 21 extends the formation time of the deposition film. Further, the computer 21 obtains in advance the time required to form an optimum deposition film for the gap distance between the columnar portion 34 and the sample piece Q, the irradiation beam conditions, and the gas type for the deposition film. The formation of the deposition film can be stopped at a predetermined time.
When the operator operates the automatic sample piece preparation apparatus 10, the connection between the two may be determined visually from the image of the focused ion beam.
The computer 21 stops the gas supply and the focused ion beam irradiation when the connection between the sample piece Q and the columnar portion 34 is confirmed. FIG. 23 shows this state, and in the image data by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention, the sample piece Q connected to the needle 18 is connected to the columnar portion 34. It is a figure which shows position film | membrane DM1.

なお、ステップS255においては、コンピュータ21は、ニードル18の吸収電流の変化を検出することによって、デポジション膜DM1による接続状態を判定してもよい。コンピュータ21は、ニードル18の吸収電流の変化に応じて試料片Qおよび柱状部34がデポジション膜DM1により接続されたと判定した場合に、所定時間の経過有無にかかわらずに、デポジション膜DM1の形成を停止してもよい。接続完了が確認できれば次のステップS260に移り、もし、接続完了しなければ、予め定めた時間で集束イオンビーム照射とガス供給を停止して、ニードルを退避させる動作に移る(ステップS270)。この場合、ニードル先端の試料片Qは集束イオンビームによって破棄され、ニードル18は先鋭化される(ステップS290)。   In step S255, the computer 21 may determine the connection state by the deposition film DM1 by detecting a change in the absorption current of the needle 18. When the computer 21 determines that the sample piece Q and the columnar portion 34 are connected by the deposition film DM1 in accordance with the change in the absorption current of the needle 18, the computer 21 determines whether or not the deposition film DM1 has a predetermined time. Formation may be stopped. If the connection completion can be confirmed, the process proceeds to the next step S260. If the connection is not completed, the focused ion beam irradiation and gas supply are stopped at a predetermined time, and the needle is retracted (step S270). In this case, the sample piece Q at the tip of the needle is discarded by the focused ion beam, and the needle 18 is sharpened (step S290).

次に、コンピュータ21は、ニードル18と試料片Qとを接続するデポジション膜DM2を切断して、試料片Qとニードル18を分離する処理を行なう(ステップS260)。上記図23は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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21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までの距離L1と、試料片Qの大きさL2との和)Lだけ離れた位置を切断加工位置T2に設定する。
コンピュータ21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21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から分離することが、このステップS260で重要である。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試料サンプリングを行なうことができる。図24は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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。
なお、コンピュータ21は、ニードル18を試料片Qから分離する際に、ニードル18と試料片Qとを接続するデポジション膜DM2を切断する代わりに、試料片Qの一部を切断することによって、この一部とともにデポジション膜DM2およびニードル18を試料片Q(つまり切断した一部以外の部位)から分離してもよい。
Next, the computer 21 cuts the deposition film DM2 that connects the needle 18 and the sample piece Q, and performs a process of separating the sample piece Q and the needle 18 (step S260). FIG. 23 shows this state, and shows the deposition film DM2 that connects the needle 18 and the sample piece Q in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows the cutting process position T2 for cut | disconnecting. The computer 21 cuts a position away from the side surface of the columnar portion 34 by a predetermined distance (that is, the sum of the distance L1 from the side surface of the columnar portion 34 to the sample piece Q and the size L2 of the sample piece Q) L. Set to T2.
The computer 21 can separate the needle 18 from the sample piece Q by irradiating the focused ion beam to the cutting position T2 for a predetermined time. The computer 21 irradiates the focused ion beam to the cutting processing position T2 for a predetermined time, thereby cutting only the deposition film and separating the needle 18 from the sample piece Q without cutting the needle 18. Is important in step S260. As a result, the needle 18 once set can be used repeatedly for a long time without being exchanged, so that automatic sample sampling can be performed continuously unattended. FIG. 24 shows this state, and shows a state in which the needle 18 is separated from the sample piece Q by the image data of the focused ion beam in the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention.
When the computer 21 separates the needle 18 from the sample piece Q, the computer 21 cuts a part of the sample piece Q instead of cutting the deposition film DM2 that connects the needle 18 and the sample piece Q. The deposition film DM2 and the needle 18 may be separated from the sample piece Q (that is, a part other than the cut part) together with this part.

コンピュータ21は、試料片ホルダPとニードル18との導通を検出することによって、ニードル18が試料片Qから切り離されたか否かを判定する(ステップS265)。コンピュータ21は、切断加工の終了後、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を切断するために、集束イオンビーム照射を所定時間行なった後であっても、試料片ホルダPとニードル18との導通を検出した場合には、ニードル18が試料台33から切り離されていないと判定する。コンピュータ21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20に表示するか、または警報音により操作者に報知する。そして、これ以降の処理の実行を停止する、またはニードルトリミングを行い、次のサンプリングを実施する。一方、コンピュータ21は、試料片ホルダPとニードル18との導通を検出しない場合には、ニードル18が試料片Qから切り離されたと判定し、これ以降の処理の実行を継続する。   The computer 21 determines whether or not the needle 18 has been separated from the sample piece Q by detecting electrical connection between the sample piece holder P and the needle 18 (step S265). Even after the cutting process is completed, that is, after the focused ion beam irradiation is performed for a predetermined time in order to cut the deposition film between the needle 18 and the sample piece Q at the cutting process position T2. When the conduction between the sample piece holder P and the needle 18 is detected, it is determined that the needle 18 is not separated from the sample stage 33. When the computer 21 determines that the needle 18 is not separated from the sample piece holder P, the computer 21 displays on the display device 20 that the separation of the needle 18 and the sample piece Q has not been completed, or an alarm. The operator is notified by sound. Then, the subsequent processing is stopped or needle trimming is performed, and the next sampling is performed. On the other hand, when the computer 21 does not detect conduction between the sample piece holder P and the needle 18, the computer 21 determines that the needle 18 has been disconnected from the sample piece Q, and continues the subsequent processing.

次に、コンピュータ21は、ニードル退避の処理を行なう(ステップS270)。コンピュータ21は、ニードル駆動機構19によってニードル18を試料片Qから所定距離だけ遠ざける。例えば、2mm、3mm、4mm、5mmなど鉛直方向上方、つまりZ方向の正方向に上昇させる。図25および図26は、この様子を示しており、それぞれ、ニードル18を試料片Qから上方に退避させた状態を、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置10の集束イオンビームによる画像の模式図(図25)であり、電子ビームによる画像の模式図(図26)である。   Next, the computer 21 performs a needle retraction process (step S270). The computer 21 moves the needle 18 away from the sample piece Q by a predetermined distance by the needle drive mechanism 19. For example, it is raised vertically upward such as 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, that is, in the positive direction of the Z direction. FIG. 25 and FIG. 26 show this state, and the state in which the needle 18 is retracted upward from the sample piece Q, respectively, is an image by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention. It is a schematic diagram (FIG. 25) of FIG. 26, and is a schematic diagram (FIG. 26) of the image by an electron beam.

次に、コンピュータ21は、ステージ退避の処理を行なう(ステップS280)。このステップS280は、後続するニードル先鋭化に先立ち、ニードル先鋭化加工時に、集束イオンビームがニードル18を照射した際に発生するスパッタ粒子が試料Sに付着したり、ニードル18周辺を通り過ぎた集束イオンビームが試料Sを照射したりして、貴重な試料Sを無駄に損傷させないようにステージ12をニードル先鋭化位置から退避させる動作である。また、ニードル画像とテンプレートのマッチングを確実に行なうためでもある。コンピュータ21は、ステージ駆動機構13によってステージ12を現状位置から所定距離、例えば、5mm、7mm、10mmだけ鉛直方向下方(つまりZ方向の負方向)に下降させる。もしくは、予め定めた集束イオンビームが試料Sを直接照射しない位置に移動させる。コンピュータ21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の先端のノズル17aを現状の位置から遠ざける。例えば、2mm、3mm、4mm、5mmなどステージ12から鉛直方向上方に、もしくは、ニードル軸方向に、もしくは予め定めたニードル18の退避位置に遠ざける。   Next, the computer 21 performs stage saving processing (step S280). In this step S280, prior to the subsequent needle sharpening, sputtered particles generated when the focused ion beam irradiates the needle 18 during the needle sharpening process are attached to the sample S or focused ions that have passed around the needle 18 In this operation, the stage 12 is retracted from the sharpened position of the needle so that the beam irradiates the sample S and the precious sample S is not damaged unnecessarily. This is also for surely matching the needle image with the template. The computer 21 lowers the stage 12 downward from the current position by a predetermined distance, for example, 5 mm, 7 mm, and 10 mm in the vertical direction (that is, the negative direction in the Z direction) by the stage driving mechanism 13. Alternatively, a predetermined focused ion beam is moved to a position where the sample S is not directly irradiated. After lowering the stage 12 by a predetermined distance, the computer 21 moves the nozzle 17a at the tip of the gas supply unit 17 away from the current position. For example, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, or the like is moved upward in the vertical direction from the stage 12, in the needle axis direction, or away from a predetermined retracted position of the needle 18.

<ニードルトリミング工程>
図8は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10aによる自動試料片作製動作のうちニードル18をトリミングする工程の流れを示すフローチャートである。
ニードルトリミングは、試料片Qから分離したニードル18をサンプリング前のニードル形状に整形することで、先のステップS260でニードル先端に付着しているデポジション膜DM2やそれ以外の付着物の除去、変形したニードル18の整形や先鋭化も含む。
まず、ニードル形状を判定する(ステップS285)。ニードル18は全工程を通じて、基本的には大きな変形はしないが、予期せぬ事故によるニードル18の大きな変形や破損などは起きてないかを確認する。もし、後続する先鋭化加工で再生できないほど大きな変形や破損と判断されると、ニードル18を初期設定位置に戻して(ステップS300)、装置の操作者によってニードル18を新たなニードル18に交換する。先鋭化の対象とするニードル18は、予め定めた観察視野倍率でニードル先端が例えば本来有るべき位置より100μm以内の反りのニードル形状のもので、それ以外の形状はステップS300に送る。
<Needle trimming process>
FIG. 8 is a flowchart showing a flow of a process of trimming the needle 18 in the automatic sample piece manufacturing operation by the charged particle beam apparatus 10a according to the embodiment of the present invention.
In the needle trimming, the needle 18 separated from the sample piece Q is shaped into a needle shape before sampling, thereby removing and deforming the deposition film DM2 attached to the needle tip in the previous step S260 and other deposits. This includes the shaping and sharpening of the needle 18.
First, the needle shape is determined (step S285). The needle 18 is basically not greatly deformed throughout the entire process, but it is confirmed whether a large deformation or breakage of the needle 18 due to an unexpected accident has occurred. If it is determined that the deformation or damage is so large that it cannot be reproduced by the subsequent sharpening process, the needle 18 is returned to the initial setting position (step S300), and the needle 18 is replaced with a new needle 18 by the operator of the apparatus. . The needle 18 to be sharpened has a needle shape with a warp tip of 100 μm or less from the position where the needle tip should originally exist at a predetermined observation field magnification, and the other shapes are sent to step S300.

コンピュータ21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って生成する各画像データを用いて、ニードル駆動機構19と集束イオンビーム照射光学系14を動作させてニードル18の先鋭化を実施する(ステップS290)。
トリミングすべき領域の設定はテンプレートを利用する。このテンプレートは、試料片Qから分離したニードル18のサンプリング前におけるニードル18の画像データを利用するため、試料片Qから分離したニードル18が殆ど元の形状に戻るのが特徴である。
ニードル18の先鋭化(ステップS290)に先立ち、コンピュータ21は、ステップS080で取得したニードルの画像データ(レファレンス画像)や、レファレンス画像から抽出したニードル18の輪郭線をテンプレートとする。
このテンプレートを用いて、少なくとも集束イオンビーム照射による画像にテンプレートマッチングさせる。コンピュータ21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の先端を含む領域)から輪郭(外形)を抽出する際には、抽出した輪郭形状を表示装置20に表示する。
また、コンピュータ21は、テンプレートマッチングが著しく困難な場合には、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た後に、ニードル18の背景に構造物が無い状況にする。さらに、コンピュータ21は、ニードル18の位置座標を初期化した後であっても、テンプレートマッチングが著しく困難な場合には、ニードル18の形状が大きな変形しているなど、異常が生じていると判断して、ステップS300に飛んで、自動試料片作製を終了する。
The computer 21 sharpens the needle 18 by operating the needle drive mechanism 19 and the focused ion beam irradiation optical system 14 using each image data generated by irradiation of each of the focused ion beam and the electron beam (step). S290).
A template is used to set an area to be trimmed. Since this template uses image data of the needle 18 before sampling of the needle 18 separated from the sample piece Q, the needle 18 separated from the sample piece Q is almost restored to its original shape.
Prior to sharpening the needle 18 (step S290), the computer 21 uses the image data (reference image) of the needle acquired in step S080 and the outline of the needle 18 extracted from the reference image as a template.
Using this template, template matching is performed at least on an image by focused ion beam irradiation. When the computer 21 extracts a contour (outer shape) from a predetermined region (image region including at least the tip of the needle 18) of the image data in the template matching, the computer 21 displays the extracted contour shape on the display device 20.
In addition, when template matching is extremely difficult, the computer 21 initializes the position coordinates of the needle 18 and moves the needle 18 to the initial position, and then makes a state in which there is no structure in the background of the needle 18. Further, even after the position coordinates of the needle 18 are initialized, the computer 21 determines that an abnormality has occurred, for example, if the shape of the needle 18 is greatly deformed if template matching is extremely difficult. Then, the process jumps to step S300, and the automatic sample piece production is finished.

コンピュータ21は、作成したテンプレートを基に、ニードル18の先端形状が予め設定した理想的な所定の形状になる加工枠40を定めて、この加工枠40に応じてトリミング加工を行なう。図27は、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置10の集束イオンビームによる画像データの模式図であり、ニードル18の先端形状と先端に付着しているデポジション膜DM2を示している。図28は、図27にテンプレートであるステップS080で得たニードル18の画像データを基に、そのニードル18の輪郭から求めたテンプレートに加工枠40を重ねて表示した状態を示している。加工枠40は、例えばニードル18の先端から基端側の部位などを直線的に近似することによって理想的な先端位置Cとする。
ステップS290では、コンピュータ21は、ニードル駆動機構19の回転機構によってニードル18を中心軸周りに予め定めた角度だけ回転させて、複数の異なる特定の回転位置でトリミング加工を行なう。コンピュータ21は、ニードル駆動機構19と集束イオンビーム照射光学系14を動作させて、予め定めた角度、例えば、30°、45°、60°、90°ずつニードル18を軸回転させてニードル18の両側面をトリミングする。30°毎の回転の場合、6回(6方向から)のトリミングでニードル18全周をトリミングできる。45°毎の場合は4回、60°の場合は3回、90°では2回のトリミングで全周整形できる。
コンピュータ21は、ニードル駆動機構19の回転機構(図示略)によってニードル18を中心軸周りに回転させたときの少なくとも3点以上の異なる角度でのニードル18の位置を用いて、ニードル18の偏芯軌跡を楕円近似する。例えば、コンピュータ21は、3点以上の異なる角度の各々でのニードル18の位置の変化を正弦波で演算することによって、ニードル18の偏芯軌跡を楕円または円に近似する。そして、コンピュータ21は、ニードル18の偏芯軌跡を用いて、所定角度ごとにニードル18の位置ずれを補正できる。
上述のトリミング加工においても偏心補正を行なうため、回転角度ごとにニードル18の位置ずれを補正され、常に視野内の同じ位置でトリミング加工ができる。
Based on the created template, the computer 21 determines a processing frame 40 in which the tip shape of the needle 18 becomes a predetermined ideal shape set in advance, and performs trimming processing according to the processing frame 40. FIG. 27 is a schematic diagram of image data by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention, and shows the tip shape of the needle 18 and the deposition film DM2 attached to the tip. . FIG. 28 shows a state in which the processing frame 40 is displayed superimposed on the template obtained from the contour of the needle 18 based on the image data of the needle 18 obtained in step S080 as a template in FIG. The processing frame 40 is set to an ideal tip position C by linearly approximating, for example, a portion on the proximal end side from the tip of the needle 18.
In step S290, the computer 21 rotates the needle 18 by a predetermined angle around the central axis by the rotation mechanism of the needle drive mechanism 19, and performs trimming processing at a plurality of different specific rotation positions. The computer 21 operates the needle driving mechanism 19 and the focused ion beam irradiation optical system 14 to rotate the needle 18 by a predetermined angle, for example, 30 °, 45 °, 60 °, and 90 °, respectively. Trim both sides. In the case of rotation every 30 °, the entire circumference of the needle 18 can be trimmed by trimming 6 times (from 6 directions). The entire circumference can be shaped by trimming four times for every 45 °, three times for 60 °, and two times for 90 °.
The computer 21 uses the positions of the needles 18 at different angles of at least three or more points when the needles 18 are rotated around the central axis by a rotating mechanism (not shown) of the needle driving mechanism 19 to decenter the needles 18. Approximate the locus to an ellipse. For example, the computer 21 approximates the eccentric locus of the needle 18 to an ellipse or a circle by calculating a change in the position of the needle 18 at each of three or more different angles with a sine wave. And the computer 21 can correct | amend the position shift of the needle 18 for every predetermined angle using the eccentric locus | trajectory of the needle 18. FIG.
Since the eccentricity correction is also performed in the above trimming process, the positional deviation of the needle 18 is corrected for each rotation angle, and the trimming process can always be performed at the same position in the field of view.

次に、コンピュータ21は、加工された先端部が、前記デポジション膜DM2が除去され、テンプレートの先端位置Cと一致して所定の形状になっていることを判断する(ステップS292)。先端部のデポジション膜DM2が除去され、テンプレートの先端位置Cと一致すればトリミング加工は終了と判断し(OK)、次のステップSS298に移る。もし、加工したニードル先端形状が不良であれば(NG)、加工枠40をニードル18の根元方向に予め定めた寸法、例えば、ニードル直径の整数倍、だけ平行移動させ(ステップS293)、再度、ステップS290及びステップS292を実行する。この作業を、加工した先端部が先端位置Cに到達するまで繰り返し、所定の形状になった時にトリミング加工を終了させ、次のステップS298に移る。   Next, the computer 21 determines that the processed distal end portion has a predetermined shape that coincides with the distal end position C of the template after the deposition film DM2 is removed (step S292). If the deposition film DM2 at the front end is removed and coincides with the front end position C of the template, it is determined that the trimming process is finished (OK), and the process proceeds to the next Step SS298. If the processed needle tip shape is poor (NG), the processing frame 40 is translated in the root direction of the needle 18 by a predetermined dimension, for example, an integral multiple of the needle diameter (step S293), and again. Steps S290 and S292 are executed. This operation is repeated until the processed tip portion reaches the tip position C, and when the shape becomes a predetermined shape, the trimming processing is terminated, and the process proceeds to the next step S298.

コンピュータ21は、ニードル18の先端形状を予め設定された理想的な所定形状に一致させることにより、ニードル18を3次元空間内で駆動する際などにおいて、パターンマッチングによってニードル18を容易に認識することができ、ニードル18の3次元空間内の位置を精度良く検出することができる。全周整形すれば一旦終了させる。
コンピュータ21は、ニードルトリミング工程を自動試料サンプリングの毎回の実行毎に実施してもよく、ニードルトリミング工程を複数回のサンプリング作業に対して1回のトリミングを定期的に実施することによって、自動試料サンプリングの処理を安定化させることができる。ニードルトリミング工程を備えることにより、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。
これにより自動試料片作製装置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。
次に、引き続いて同じ試料Sの異なる場所からサンプリングを継続するか否かの判断を下す(ステップS298)。サンプリングすべき個数の設定は、ステップS010で事前に登録しているため、コンピュータ21はこのデータを確認して次のステップを判断する。継続してサンプリングする場合は、ステップS060に戻り、上述のように後続するステップを続けサンプリング作業を実行し、サンプリングを継続しない場合は、次のステップS300に進む。
The computer 21 easily recognizes the needle 18 by pattern matching when the needle 18 is driven in a three-dimensional space by matching the tip shape of the needle 18 with a predetermined ideal shape set in advance. The position of the needle 18 in the three-dimensional space can be detected with high accuracy. Once the entire circumference is shaped, it is temporarily terminated.
The computer 21 may perform the needle trimming process every time automatic sample sampling is performed, and automatically performs the needle trimming process by performing one trimming periodically for a plurality of sampling operations. Sampling processing can be stabilized. By providing the needle trimming step, it is possible to repeatedly sample the sample without exchanging the needle 18, so that a large number of sample pieces Q can be sampled continuously using the same needle 18.
Thus, the automatic sample piece preparation apparatus 10 can be used repeatedly without exchanging the same needle 18 when separating and extracting the sample piece Q from the sample S, and a large number of sample pieces Q are automatically produced from one sample S. can do.
Next, it is determined whether to continue sampling from a different location on the same sample S (step S298). Since the setting of the number of samples to be sampled is registered in advance in step S010, the computer 21 confirms this data and determines the next step. If the sampling is to be continued, the process returns to step S060, and the subsequent steps are continued as described above to perform the sampling operation. If the sampling is not continued, the process proceeds to the next step S300.

次に、コンピュータ21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する(ステップS300)。
以上により、一連の自動試料片作製動作が終了する。
コンピュータ21は、上述したステップS010からステップS300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。従来のような操作者の手動操作を施すことなく試料片Qを作製できる。
Next, the computer 21 moves the needle 18 to the initial setting position by the needle drive mechanism 19 (step S300).
As described above, a series of automatic specimen preparation operations are completed.
The computer 21 can execute the sampling operation unattended by continuously operating the above-described steps S010 to S300. The sample piece Q can be produced without manual operation by an operator as in the prior art.

上述したように、本発明の実施形態による自動試料片作製装置10によれば、コンピュータ21は、少なくとも試料片ホルダP、ニードル18、および試料片Qの予め取得したテンプレートを基にして、集束イオンビーム照射光学系14、電子ビーム照射光学系15、ステージ駆動機構13、ニードル駆動機構19、およびガス供給部17を制御するので、試料片Qを試料片ホルダPに移設する動作を適正に自動化することができる。
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。
As described above, according to the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention, the computer 21 uses at least the sample piece holder P, the needle 18, and the sample piece Q based on the previously acquired templates to focus ions. Since the beam irradiation optical system 14, the electron beam irradiation optical system 15, the stage drive mechanism 13, the needle drive mechanism 19 and the gas supply unit 17 are controlled, the operation of moving the sample piece Q to the sample piece holder P is appropriately automated. be able to.
Furthermore, since the template is created from an image acquired by irradiation with a charged particle beam in the state where there is no structure in the background of at least the sample piece holder P, the needle 18 and the sample piece Q, the reliability of the template can be improved. . Thereby, the precision of template matching using a template can be improved, and the sample piece Q can be transferred to the sample piece holder P with high accuracy based on position information obtained by template matching.

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となるように指示した際に、実際には指示通りになっていない場合には、少なくとも試料片ホルダP、ニードル18、および試料片Qの位置を初期化するので、各駆動機構13,19を正常状態に復帰させることができる。
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。
Further, when it is instructed that there is no structure in the background of at least the sample piece holder P, the needle 18 and the sample piece Q, if it is not actually in accordance with the instructions, at least the sample piece holder P Since the positions of the needle 18 and the sample piece Q are initialized, the drive mechanisms 13 and 19 can be returned to the normal state.
Furthermore, since the template according to the attitude | position at the time of moving the sample piece Q to the sample piece holder P is created, the positional accuracy at the time of transfer can be improved.
Furthermore, since the distance between them is measured based on template matching using at least the sample piece holder P, the needle 18, and the sample piece Q template, the positional accuracy at the time of relocation can be further improved.
Further, when the edge cannot be extracted for a predetermined region in the image data of at least the sample piece holder P, the needle 18 and the sample piece Q, the image data is acquired again, so that the template is accurately created. be able to.
Furthermore, since the sample piece Q is finally moved to the position of the predetermined sample piece holder P only by movement in a plane parallel to the stage 12, the sample piece Q can be transferred appropriately.
Further, since the sample piece Q held on the needle 18 is shaped before the template is created, the accuracy of edge extraction at the time of template creation can be improved, and the shape of the sample piece Q suitable for the finishing process to be executed later. Can be secured. Furthermore, since the position of the shaping process is set according to the distance from the needle 18, the shaping process can be performed with high accuracy.
Further, when the needle 18 holding the sample piece Q is rotated so as to have a predetermined posture, the positional deviation of the needle 18 can be corrected by eccentricity correction.

また、本発明の実施形態による自動試料片作製装置10によれば、コンピュータ21は、試料片Qが形成される際のレファレンスマークRefに対するニードル18の相対位置を検出することによって、試料片Qに対するニードル18の相対位置関係を把握することができる。コンピュータ21は、試料片Q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。
さらに、コンピュータ21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21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。
In addition, according to the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention, the computer 21 detects the relative position of the needle 18 with respect to the reference mark Ref when the sample piece Q is formed, whereby the sample piece Q is detected. The relative positional relationship of the needle 18 can be grasped. The computer 21 detects the relative position of the needle 18 with respect to the position of the sample piece Q, thereby appropriately driving the needle 18 in the three-dimensional space (that is, without touching other members or devices). be able to.
Furthermore, the computer 21 can accurately grasp the position of the needle 18 in the three-dimensional space by using image data acquired from at least two different directions. Thereby, the computer 21 can appropriately drive the needle 18 three-dimensionally.

さらに、コンピュータ21は、予めニードル18を移動させる直前に実際に生成される画像データをテンプレート(レファレンス画像データ)とするので、ニードル18の形状によらずにマッチング精度の高いテンプレートマッチングを行なうことができる。これによりコンピュータ21は、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、ニードル18を3次元空間内で適切に駆動することができる。さらに、コンピュータ21は、ステージ12を退避させ、ニードル18の背景に複雑な構造物がない状態で各画像データを取得するので、バックグラウンドの影響を排除してニードル18の形状が明確に把握できるテンプレート(レファレンス画像データ)を取得することができる。   Further, since the computer 21 uses the image data actually generated immediately before moving the needle 18 in advance as a template (reference image data), template matching with high matching accuracy can be performed regardless of the shape of the needle 18. it can. Accordingly, the computer 21 can accurately grasp the position of the needle 18 in the three-dimensional space, and can appropriately drive the needle 18 in the three-dimensional space. Furthermore, since the computer 21 retracts the stage 12 and acquires each image data in a state where there is no complicated structure in the background of the needle 18, it is possible to clearly grasp the shape of the needle 18 by eliminating the influence of the background. A template (reference image data) can be acquired.

さらに、コンピュータ21は、ニードル18と試料片Qとを接触させずに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とが分離される際にニードル18が切断されてしまうことを防止することができる。さらに、ニードル18の振動が発生する場合であっても、この振動が試料片Qに伝達されることを抑制することができる。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。   Furthermore, since the computer 21 connects the needle 18 and the sample piece Q by the deposition film without bringing them into contact, the needle 18 is cut when the needle 18 and the sample piece Q are separated in a later step. This can be prevented. Further, even when the needle 18 vibrates, it is possible to suppress the vibration from being transmitted to the sample piece Q. Furthermore, even when the movement of the sample piece Q due to the creep phenomenon of the sample S occurs, it is possible to suppress the occurrence of excessive strain between the needle 18 and the sample piece Q.

さらに、ガス供給部17は、プラチナまたはタングステンなどを含有したデポジション用ガスを供給できるので、膜厚が薄い緻密なデポジション膜を形成することができる。これによりガス供給部17は、後の工程でニードル18と試料片Qとがスパッタ加工によって切断される場合であっても、膜厚が薄いデポジション膜によりプロセス効率を向上させることができる。   Further, since the gas supply unit 17 can supply a deposition gas containing platinum or tungsten, it is possible to form a dense deposition film with a thin film thickness. Thereby, even if the gas supply unit 17 is a case where the needle 18 and the sample piece Q are cut by sputtering in a later step, the process efficiency can be improved by the thin deposition film.

さらに、コンピュータ21は、集束イオンビーム照射によるスパッタ加工によって試料Sと試料片Qとの接続を切断した場合に、実際に切断が完了しているか否かを、試料Sとニードル18との間の導通有無を検出することによって確認することができる。
さらに、コンピュータ21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21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21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21は、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21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。
Further, the computer 21 determines whether or not the cutting is actually completed between the sample S and the needle 18 when the connection between the sample S and the sample piece Q is cut by sputter processing by focused ion beam irradiation. This can be confirmed by detecting the presence or absence of conduction.
Furthermore, since the computer 21 notifies that the actual separation between the sample S and the sample piece Q is not completed, the execution of a series of steps automatically executed following this step is interrupted. Even in such a case, the cause of the interruption can be easily recognized by the operator.
Further, when the continuity between the sample S and the needle 18 is detected, the computer 21 determines that the disconnection between the sample S and the sample piece Q has not actually been completed, and performs this process. The connection between the sample piece Q and the needle 18 is cut off in preparation for the subsequent drive of the needle 18 such as retraction. Thereby, the computer 21 can prevent the occurrence of problems such as the displacement of the sample S accompanying the driving of the needle 18 or the breakage of the needle 18.
Further, the computer 21 detects the continuity between the sample piece Q and the needle 18 and drives the needle 18 after confirming that the connection between the sample S and the sample piece Q has actually been disconnected. can do. Thereby, the computer 21 can prevent the occurrence of problems such as the displacement of the sample piece Q or the breakage of the needle 18 or the sample piece Q accompanying the driving of the needle 18.

さらに、コンピュータ21は、試料片Qが接続されたニードル18に対して、実際の画像データをテンプレート(レファレンス画像データ)とするので、試料片Qと接続されたニードル18の形状によらずにマッチング精度の高いテンプレートマッチングを行なうことができる。これによりコンピュータ21は、試料片Qと接続されたニードル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、ニードル18および試料片Qを3次元空間内で適切に駆動することができる。   Furthermore, since the computer 21 uses the actual image data as a template (reference image data) for the needle 18 to which the sample piece Q is connected, matching is performed regardless of the shape of the needle 18 connected to the sample piece Q. Highly accurate template matching can be performed. Accordingly, the computer 21 can accurately grasp the position of the needle 18 connected to the sample piece Q in the three-dimensional space, and can appropriately drive the needle 18 and the sample piece Q in the three-dimensional space. .

さらに、コンピュータ21は、既知である試料台33の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の位置を抽出するので、適正な状態の試料台33が存在するか否かを、ニードル18の駆動に先立って確認することができる。
さらに、コンピュータ21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21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。
Furthermore, since the computer 21 extracts the positions of the plurality of columnar portions 34 constituting the sample table 33 using a known template of the sample table 33, it is determined whether or not the sample table 33 in an appropriate state exists. This can be confirmed prior to driving of the needle 18.
Further, the computer 21 indirectly indicates that the needle 18 and the sample piece Q have reached the vicinity of the movement target position in accordance with the change in the absorption current before and after the needle 18 connected to the sample piece Q reaches the irradiation region. Can be accurately grasped. As a result, the computer 21 can stop the needle 18 and the sample piece Q without bringing them into contact with other members such as the sample stage 33 existing at the movement target position, and problems such as damage caused by the contact occur. This can be prevented.

さらに、コンピュータ21は、試料片Qおよび試料台33をデポジション膜により接続する場合に試料台33とニードル18との間の導通有無を検出するので、実際に試料片Qおよび試料台33の接続が完了したか否かを精度良く確認することができる。
さらに、コンピュータ21は、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。
Furthermore, since the computer 21 detects the presence or absence of conduction between the sample stage 33 and the needle 18 when the sample piece Q and the sample stage 33 are connected by the deposition film, the connection between the sample piece Q and the sample stage 33 is actually performed. It is possible to accurately check whether or not the process is completed.
Further, the computer 21 detects the presence / absence of conduction between the sample stage 33 and the needle 18 and confirms that the connection between the sample stage 33 and the sample piece Q is actually completed before the sample piece Q and The connection with the needle 18 can be disconnected.

さらに、コンピュータ21は、実際のニードル18の形状を理想的なレファレンス形状に一致させることにより、ニードル18を3次元空間内で駆動する際などにおいて、パターンマッチングによってニードル18を容易に認識することができ、ニードル18の3次元空間内の位置を精度良く検出することができる。   Furthermore, the computer 21 can easily recognize the needle 18 by pattern matching when the needle 18 is driven in a three-dimensional space by matching the actual shape of the needle 18 with the ideal reference shape. The position of the needle 18 in the three-dimensional space can be detected with high accuracy.

以下、上述した実施形態の第1の変形例について説明する。
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のチルト駆動などから独立して設けられてもよい。
Hereinafter, a first modification of the above-described embodiment will be described.
In the above-described embodiment, the needle drive mechanism 19 is provided integrally with the stage 12, but is not limited thereto. The needle drive mechanism 19 may be provided independently of the stage 12. The needle drive mechanism 19 may be provided independently from the tilt drive of the stage 12 by being fixed to the sample chamber 11 or the like, for example.

以下、上述した実施形態の第2の変形例について説明する。
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。
Hereinafter, a second modification of the above-described embodiment will be described.
In the above-described embodiment, the focused ion beam irradiation optical system 14 has the optical axis in the vertical direction, and the electron beam irradiation optical system 15 has the optical axis inclined with respect to the vertical direction. However, the present invention is not limited to this. For example, the focused ion beam irradiation optical system 14 may have a direction in which the optical axis is inclined with respect to the vertical, and the electron beam irradiation optical system 15 may have the optical axis in the vertical direction.

以下、上述した実施形態の第3の変形例について説明する。
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。
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う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S070におけるニードル位置の認識、ステップS080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S250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S250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。
Hereinafter, a third modification of the above-described embodiment will be described.
In the above-described embodiment, the charged particle beam irradiation optical system is configured to be able to irradiate the two types of beams of the focused ion beam irradiation optical system 14 and the electron beam irradiation optical system 15, but is not limited thereto. For example, the configuration may be such that there is no electron beam irradiation optical system 15 and only the focused ion beam irradiation optical system 14 installed in the vertical direction.
In the above-described embodiment, the electron beam and the focused ion beam are irradiated from different directions to the sample piece holder P, the needle 18, the sample piece Q, and the like in the above-described steps, and the image and the focused ion by the electron beam are irradiated. Although the image by the beam was acquired and the position and positional relationship of the sample piece holder P, the needle 18, the sample piece Q, etc. were grasped, only the focused ion beam irradiation optical system 14 was mounted, and only the image of the focused ion beam was used. A working example will be described.
For example, in step S220, when the positional relationship between the sample piece holder P and the sample piece Q is grasped, in the case where the inclination of the stage 12 is horizontal and the case where the stage 12 is inclined from the horizontal at a specific inclination angle, An image by a focused ion beam is acquired so that both the sample piece holder P and the sample piece Q are in the same field of view, and the three-dimensional positional relationship between the sample piece holder P and the sample piece Q can be grasped from both images. As described above, since the needle drive mechanism 19 can be moved horizontally and vertically and tilted integrally with the stage 12, the relative positional relationship between the sample piece holder P and the sample piece Q is maintained regardless of whether the stage 12 is horizontal or inclined. . Therefore, even if there is only one charged ion beam irradiation optical system 14 of the focused ion beam irradiation optical system 14, the sample piece Q can be observed and processed from two different directions.
Similarly, registration of the image data of the sample piece holder P in step S020, recognition of the needle position in step S070, acquisition of a needle template (reference image) in step S080, reference of the needle 18 to which the sample piece Q is connected in step S170. The same process may be performed for acquiring an image, recognizing the attachment position of the sample piece Q in step S210, and stopping the needle movement in step S250.
Further, in the connection between the sample piece Q and the sample piece holder P in step S250, the stage 12 is connected in a horizontal state by forming a deposition film from the upper end surface of the sample piece holder P and the sample piece Q. The deposition film can be formed from different directions by tilting the stage 12, and a reliable connection can be made.

以下、上述した実施形態の第4の変形例について説明する。
上述した実施形態において、コンピュータ21は、自動試料サンプリングの動作として、ステップS010からステップS300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21は、ステップS010からステップS300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21は、複数の試料片Qに対して自動試料サンプリングの動作を実行する場合に、試料Sに複数の試料片Qの何れか1つが形成される毎に、この1つの試料片Qに対して自動試料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21は、試料Sに複数の試料片Qの全てが形成された後に、複数の試料片Qの各々に対して自動試料サンプリングの動作を実行してもよい。
Hereinafter, a fourth modification of the above-described embodiment will be described.
In the above-described embodiment, the computer 21 automatically executes a series of processing from step S010 to step S300 as an automatic sample sampling operation, but is not limited thereto. The computer 21 may switch so that at least one of steps S010 to S300 is executed by an operator's manual operation.
In addition, when the computer 21 performs an automatic sample sampling operation on a plurality of sample pieces Q, each time one of the plurality of sample pieces Q is formed on the sample S, the one sample piece Q An automatic sample sampling operation may be performed on the above. The computer 21 may execute an automatic sample sampling operation on each of the plurality of sample pieces Q after all the plurality of sample pieces Q are formed on the sample S.

以下、上述した実施形態の第5の変形例について説明する。
上述した実施形態において、コンピュータ21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21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21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21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。
Hereinafter, a fifth modification of the above-described embodiment will be described.
In the above-described embodiment, the computer 21 extracts the position of the columnar portion 34 by using a known template of the columnar portion 34. However, as this template, a reference pattern created in advance from image data of the actual columnar portion 34 is used. May be used. Further, the computer 21 may use a pattern created during execution of automatic processing for forming the sample stage 33 as a template.
In the above-described embodiment, the computer 21 grasps the relative relationship of the position of the needle 18 with respect to the position of the sample stage 33 using the reference mark Ref formed by irradiation of the charged particle beam when the columnar portion 34 is created. May be. The computer 21 detects the relative position of the needle 18 with respect to the position of the sample stage 33, thereby appropriately driving the needle 18 in the three-dimensional space (that is, without touching other members or devices). be able to.

以下、上述した実施形態の第6の変形例について説明する。
上述した実施形態において、コンピュータ21は、ニードル18に接続された試料片Qを取り付け位置に向かい移動させた後に、試料片Qおよび試料台33の表面にガス供給部17によってガスを供給するとしたが、これに限定されない。
コンピュータ21は、ニードル18に接続された試料片Qが取り付け位置周辺の目標位置に到達するのに先立って、照射領域にガス供給部17によってガスを供給してもよい。
コンピュータ21は、ニードル18に接続された試料片Qが取り付け位置に向かい移動している状態で試料片Qにデポジション膜を形成することができ、試料片Qが集束イオンビームによってエッチング加工されてしまうことを防止することができる。さらに、コンピュータ21は、試料片Qが取り付け位置周辺の目標位置に到達した時点で直ちに試料片Qおよび試料台33をデポジション膜により接続することができる。
Hereinafter, a sixth modification of the above-described embodiment will be described.
In the embodiment described above, the computer 21 supplies the gas to the surface of the sample piece Q and the sample stage 33 by the gas supply unit 17 after moving the sample piece Q connected to the needle 18 toward the attachment position. However, the present invention is not limited to this.
The computer 21 may supply the gas to the irradiation region by the gas supply unit 17 before the sample piece Q connected to the needle 18 reaches the target position around the attachment position.
The computer 21 can form a deposition film on the sample piece Q in a state where the sample piece Q connected to the needle 18 moves toward the attachment position, and the sample piece Q is etched by the focused ion beam. Can be prevented. Further, the computer 21 can immediately connect the sample piece Q and the sample stage 33 with the deposition film when the sample piece Q reaches the target position around the attachment position.

以下、上述した実施形態の第7の変形例について説明する。
上述した実施形態において、コンピュータ21は、ニードル18を中心軸周りに回転させつつ、特定の回転位置においてエッチング加工を行なうとしたが、これに限定されない。
コンピュータ21は、ステージ駆動機構13のチルト機構13bによるステージ12のチルト(X軸またはY軸周りの回転)に応じて、複数の異なる方向からの集束イオンビームの照射によってエッチング加工を行なってもよい。
Hereinafter, a seventh modification of the above-described embodiment will be described.
In the above-described embodiment, the computer 21 performs the etching process at a specific rotational position while rotating the needle 18 around the central axis, but is not limited thereto.
The computer 21 may perform the etching process by irradiating the focused ion beam from a plurality of different directions according to the tilt (rotation around the X axis or Y axis) of the stage 12 by the tilt mechanism 13b of the stage drive mechanism 13. .

以下、上述した実施形態の第8の変形例について説明する。
上述した実施形態において、コンピュータ21は、自動試料サンプリングの動作において、毎回、ニードル18の先端を先鋭化加工するとしたが、これに限定されない。
コンピュータ21は、自動試料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所定回数毎などにおいて、ニードル18の先鋭化加工を実行してもよい。
Hereinafter, an eighth modification of the above-described embodiment will be described.
In the above-described embodiment, the computer 21 sharpens the tip of the needle 18 every time in the automatic sample sampling operation. However, the present invention is not limited to this.
The computer 21 may perform sharpening of the needle 18 at an appropriate timing when the automatic sample sampling operation is repeatedly performed, for example, at a predetermined number of times of repeated execution.

以下、上述した実施形態の第9の変形例について説明する。
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S250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21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29および図30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29は集束イオンビーム照射によって、図30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29のように柱状部34の一角を原点34a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の原点34aと試料片Qの基準点Qcの距離として、図29から距離DX、DYが測定される。
一方、図30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29,図30で説明する。
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。
Hereinafter, a ninth modification of the above-described embodiment will be described.
In the embodiment described above, the processing from step S220 to step S250 for connecting the sample piece Q to the sample piece holder P may be performed as follows. That is, in the process of obtaining the positional relationship (distance between each other) from the columnar portion 34 of the sample piece holder P, the sample piece Q, and the image, and operating the needle drive mechanism 19 so that these distances have a target value. is there.
In step S220, the computer 21 recognizes the positional relationship from the secondary particle image data or absorption current image data of the needle 18, the sample piece Q, and the columnar portion 34 by the electron beam and the focused ion beam. 29 and 30 are diagrams schematically showing the positional relationship between the columnar portion 34 and the sample piece Q. FIG. 29 is based on an image obtained by focused ion beam irradiation, and FIG. 30 is based on an image obtained by electron beam irradiation. Yes. From these figures, the relative positional relationship between the columnar portion 34 and the sample piece Q is measured. As shown in FIG. 29, an orthogonal three-axis coordinate (a coordinate different from the three-axis coordinate of the stage 12) is determined with one corner of the columnar part 34 as the origin 34a, and the distance between the origin 34a of the columnar part 34 and the reference point Qc of the sample piece Q 29, distances DX and DY are measured.
On the other hand, the distance DZ is obtained from FIG. However, if it is inclined by an angle θ (where 0 ° <θ ≦ 90 °) with respect to the electron beam optical axis and the focused ion beam axis (vertical), the columnar portion 34 and the sample piece Q in the Z-axis direction. The actual distance is DZ / sin θ.
Next, the movement stop position relationship of the sample piece Q with respect to the columnar part 34 will be described with reference to FIGS.
The upper end surface 34b of the columnar portion 34 and the upper end surface Qb of the sample piece Q are flush with each other, the side surface of the columnar portion 34 and the cross section of the sample piece Q are the same plane, and between the columnar portion 34 and the sample piece Q. In the positional relationship, there is a gap of about 0.5 μm. That is, the sample piece Q can reach the target stop position by operating the needle drive mechanism 19 so that DX = 0, DY = 0.5 μm, and DZ = 0.
In the configuration in which the electron beam optical axis and the focused ion beam optical axis are perpendicular (θ = 90 °), the distance DZ between the columnar portion 34 and the sample piece Q measured by the electron beam is actually measured. It becomes the distance.

以下、上述した実施形態の第10の変形例について説明する。
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S250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,S240)。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S250)。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。
Hereinafter, a tenth modification of the above-described embodiment will be described.
In step S230 in the above-described embodiment, the needle driving mechanism 19 is operated so that the distance between the columnar part 34 measured from the image of the needle 18 and the sample piece Q becomes a target value.
In the embodiment described above, the processing from step S220 to step S250 for connecting the sample piece Q to the sample piece holder P may be performed as follows. That is, this is a process in which the attachment position of the sample piece Q to the columnar portion 34 of the sample piece holder P is determined in advance as a template, and the needle driving mechanism 19 is operated by pattern matching the image of the sample piece Q at that position. .
A template showing the movement stop position relationship of the sample piece Q with respect to the columnar portion 34 will be described. The upper end surface 34b of the columnar portion 34 and the upper end surface Qb of the sample piece Q are flush with each other, the side surface of the columnar portion 34 and the cross section of the sample piece Q are the same plane, and between the columnar portion 34 and the sample piece Q. Is a positional relationship with a gap of about 0.5 μm. Such a template may create a line drawing by extracting a contour (edge) portion from the secondary particle image or absorption current image data of the needle 18 to which the actual sample piece holder P or sample piece Q is fixed, You may create as a line drawing from a design drawing and a CAD drawing.
Of the created template, the columnar portion 34 is displayed superimposed on the image of the columnar portion 34 by the electron beam and the focused ion beam in real time, and an operation instruction is given to the needle driving mechanism 19 so that the sample piece Q is placed on the template. It moves toward the stop position of the sample piece Q (steps S230 and S240). After confirming that the image by the electron beam and the focused ion beam in real time overlaps with the predetermined stop position of the sample piece Q on the template, the needle drive mechanism 19 is stopped (step S250). In this way, the sample piece Q can be accurately moved to the predetermined stop position relative to the columnar portion 34.

また、上述のステップS230からステップS250の処理の別の形態として、次のようにしてもよい。二次粒子画像や吸収電流画像データから抽出するエッジ部の線画は、両者の位置合わせに最低限必要な部分のみに限定する。図31は、その一例を示しており、柱状部34と試料片Qと輪郭線(点線表示)と、抽出したエッジ(太実線表示)が示されている。柱状部34と試料片Qの注目するエッジは、それぞれが向い合うエッジ34s、Qs、及び、柱状部34と試料片Qの各上端面34b、Qbのエッジ34t、Qtの一部である。柱状部34については線分35aと35bで、試料片Qについては線分36aと36bで、各線分は各エッジの一部で十分である。このような各線分から、例えばT字形状のテンプレートとする。ステージ駆動機構13やニードル駆動機構19を動作させることで対応するテンプレートが移動する。これらのテンプレート35a、35b及び36a、36bは、相互の位置関係から、柱状部34と試料片Qの間隔、平行度、両者の高さが把握でき、両者を容易に合わせることができる。図32は予め定めた柱状部34と試料片Qの位置関係に対応するテンプレートの位置関係であり、線分35aと36aは予め定めた間隔の平行で、かつ、線分35bと36bが一直線上にある位置関係にある。少なくともステージ駆動機構13、ニードル駆動機構19のいずれかを動作させて、テンプレートが図32の位置関係になった時に動作させている駆動機構が停止する。
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。
Further, as another form of the processing from step S230 to step S250 described above, the following may be performed. The line drawing of the edge part extracted from the secondary particle image or the absorption current image data is limited to only the minimum part necessary for the alignment of both. FIG. 31 shows an example thereof, in which a columnar portion 34, a sample piece Q, a contour line (dotted line display), and an extracted edge (thick solid line display) are shown. Edges of interest of the columnar portion 34 and the sample piece Q are edges 34s and Qs that face each other, and part of the edges 34t and Qt of the upper end surfaces 34b and Qb of the columnar portion 34 and the sample piece Q, respectively. For the columnar portion 34, the line segments 35a and 35b are used. For the sample piece Q, the line segments 36a and 36b are used. From such line segments, for example, a T-shaped template is used. The corresponding template moves by operating the stage drive mechanism 13 and the needle drive mechanism 19. These templates 35a, 35b and 36a, 36b can grasp the distance between the columnar portion 34 and the sample piece Q, the parallelism, and the height of both from the mutual positional relationship, and can easily match them. FIG. 32 shows the positional relationship of the template corresponding to the positional relationship between the columnar portion 34 and the sample piece Q, the line segments 35a and 36a are parallel to each other at a predetermined interval, and the line segments 35b and 36b are in a straight line. Is in a positional relationship. At least one of the stage drive mechanism 13 and the needle drive mechanism 19 is operated, and the drive mechanism that is operated when the template is in the positional relationship of FIG. 32 stops.
Thus, after confirming that the sample piece Q is approaching the predetermined columnar part 34, it can be used for precise alignment.

次に、上述した実施形態の第11の変形例として、上述のステップS220からS250における、別の形態例について説明する。
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への衝突の危険性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に衝突する危険性が大きい。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。
Next, as an eleventh modification of the above-described embodiment, another embodiment in the above-described steps S220 to S250 will be described.
In step S230 in the above-described embodiment, the needle 18 is moved. If the sample piece Q that has finished step S230 is in a positional relationship greatly deviated from the target position, the following operation may be performed.
In step S220, it is desirable that the position of the sample piece Q before the movement is in a region of Y> 0, Z> 0 in the orthogonal triaxial coordinate system with the origin of each columnar portion 34. This is because there is very little risk of the sample piece Q colliding with the columnar portion 34 during the movement of the needle 18, and the X, Y, and Z drive portions of the needle drive mechanism 19 are simultaneously operated to quickly and safely. The target position can be reached. On the other hand, when the position of the sample piece Q before the movement is in the region of Y <0, the columnar portion 34 is obtained by simultaneously operating the X, Y, and Z drive portions of the needle drive mechanism 19 with the sample piece Q directed to the stop position. There is a high risk of collision. For this reason, when the sample piece Q is in the region of Y <0 in step S220, the needle 18 reaches the target position along a path avoiding the columnar portion 34. Specifically, first, the sample piece Q is driven only to the Y axis of the needle drive mechanism 19 and is moved to a region where Y> 0, and a predetermined position (for example, twice the width of the columnar portion 34 of interest, 3 times, 5 times, 10 times, etc.), and then moves toward the final stop position by the simultaneous operation of the X, Y, and Z driving units. By such steps, the sample piece Q can be safely and quickly moved without colliding with the columnar portion 34. In the unlikely event that the X coordinate of the sample piece Q and the columnar portion 34 is the same, and the Z coordinate is in a position lower than the upper end of the columnar portion (Z <0), an electron beam image and / or a focused ion beam image. First, the sample piece Q is moved to the Z> 0 region (for example, Z = 2 μm, 3 μm, 5 μm, and 10 μm positions), and then moved to a predetermined position in the Y> 0 region. Then, it moves toward the final stop position by the simultaneous operation of the X, Y, and Z driving units. By moving in this way, the sample piece Q and the columnar part 34 can reach the target position without colliding.

次に、上述した実施形態の第12の変形例を説明する。
本発明による自動試料片作製装置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12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21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21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21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21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21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。
Next, a twelfth modification of the above-described embodiment will be described.
In the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the present invention, the needle 18 can be axially rotated by a needle drive mechanism 19. In the above-described embodiment, except for needle trimming, the most basic sampling procedure that does not use the shaft rotation of the needle 18 has been described. However, in the twelfth modification, an embodiment using the shaft rotation of the needle 18 will be described. .
Since the computer 21 operates the needle drive mechanism 19 and can rotate the needle 18, the posture of the sample piece Q can be controlled as necessary. The computer 21 rotates the sample piece Q taken out from the sample S, and fixes the sample piece Q in a state where the top and bottom or the left and right of the sample piece Q are changed to the sample piece holder P. The computer 21 fixes the sample piece Q so that the surface of the original sample S in the sample piece Q is perpendicular to or parallel to the end face of the columnar portion 34. As a result, the computer 21 secures the posture of the sample piece Q suitable for finishing processing to be executed later, for example, and the curtain effect (processing stripe pattern generated in the focused ion beam irradiation direction) generated during the thinning finishing processing of the sample piece Q. Thus, when the completed sample piece is observed with an electron microscope, the influence of misinterpretation) can be reduced. The computer 21 corrects the rotation so that the sample piece Q does not deviate from the real field of view by performing eccentricity correction when rotating the needle 18.

さらに、コンピュータ21は、必要に応じて集束イオンビーム照射によって試料片Qの整形加工を行なう。特に、整形後の試料片Qは、柱状部34に接する端面が、柱状部34の端面とほぼ平行になるように整形されることが望ましい。コンピュータ21は、後述するテンプレート作成前に試料片Qの一部を切断するなどの整形加工を行なう。コンピュータ21は、この整形加工の加工位置をニードル18からの距離を基準として設定する。これによりコンピュータ21は、後述するテンプレートからのエッジ抽出を容易にするとともに、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。
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21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21は、ニードル18を回転させる際には偏心補正を行なう。図33〜図38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。
Further, the computer 21 shapes the sample piece Q by focused ion beam irradiation as necessary. In particular, it is desirable that the shaped sample piece Q is shaped so that the end surface in contact with the columnar portion 34 is substantially parallel to the end surface of the columnar portion 34. The computer 21 performs a shaping process such as cutting a part of the sample piece Q before creating a template to be described later. The computer 21 sets the processing position of this shaping process based on the distance from the needle 18. As a result, the computer 21 facilitates edge extraction from a template, which will be described later, and ensures the shape of the sample piece Q suitable for finishing processing to be executed later.
Following the step S150 described above, in this posture control, first, the computer 21 drives the needle 18 by the needle drive mechanism 19, and the angle corresponding to the posture control mode so that the posture of the sample piece Q becomes a predetermined posture. The needle 18 is rotated by the amount. Here, the posture control mode is a mode for controlling the sample piece Q to a predetermined posture. The needle 18 is approached at a predetermined angle with respect to the sample piece Q, and the needle 18 connected to the sample piece Q is moved to a predetermined angle. The posture of the sample piece Q is controlled by rotating in the direction. The computer 21 performs eccentricity correction when the needle 18 is rotated. FIGS. 33 to 38 show this state, and show the state of the needle 18 to which the sample piece Q is connected in each of a plurality of (for example, three) different approach modes.

図33および図34は、ニードル18の回転角度0°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自動試料片作製装置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の状態(図33)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の状態(図34)とを示す図である。コンピュータ21は、ニードル18の回転角度0°でのアプローチモードにおいては、ニードル18を回転させずに試料片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35および図36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自動試料片作製装置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35)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36)とを示す図である。コンピュータ21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37および図38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自動試料片作製装置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21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。
33 and 34, the sample piece Q in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention is connected in the approach mode at the rotation angle of the needle 18 of 0 °. It is a figure which shows the state (FIG. 33) of the needle 18 to which the sample piece Q in the image data obtained by an electron beam (FIG. 33) and the sample piece Q was connected. In the approach mode in which the rotation angle of the needle 18 is 0 °, the computer 21 sets a posture state suitable for transferring the sample piece Q to the sample piece holder P without rotating the needle 18.
35 and 36, the sample piece Q in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention is connected in the approach mode at the rotation angle of the needle 18 of 90 °. It is a figure which shows the state (FIG. 35) which rotated the needle 18 90 degrees, and the state (FIG. 36) which rotated the needle 18 to which the sample piece Q in the image data obtained by an electron beam was connected. In the approach mode where the rotation angle of the needle 18 is 90 °, the computer 21 sets a posture state suitable for transferring the sample piece Q to the sample piece holder P with the needle 18 rotated by 90 °. Yes.
37 and 38, the sample piece Q in the image data obtained by the focused ion beam of the automatic sample piece preparation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention is connected in the approach mode at the rotation angle of the needle 18 of 180 °. It is a figure which shows the state (FIG. 37) which rotated the needle 18 180 degrees, and the state (FIG. 38) which rotated the needle 18 to which the sample piece Q in the image data obtained by an electron beam was connected. In the approach mode in which the needle 18 is rotated at an angle of 180 °, the computer 21 sets a posture state suitable for transferring the sample piece Q to the sample piece holder P with the needle 18 rotated by 180 °. Yes.
The relative connection posture between the needle 18 and the sample piece Q is set in advance to a connection posture suitable for each approach mode when the needle 18 is connected to the sample piece Q in the sample piece pick-up process described above. .

以下、他の実施形態について説明する。
(1)自動試料片作製装置は、
試料から試料片を自動的に作製する自動試料片作製装置であって、
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試料片ホルダ固定台と、
前記荷電粒子ビーム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、
少なくとも前記複数の荷電粒子ビームによって取得した前記柱状部の画像を基にして、前記試料片を前記柱状部に移設するよう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と前記ガス供給部を制御するコンピュータと、
を備える。
Hereinafter, other embodiments will be described.
(1) Automatic sample piece preparation equipment
An automatic sample piece preparation device for automatically producing a sample piece from a sample,
A plurality of charged particle beam irradiation optical systems for irradiating a charged particle beam;
A sample stage on which the sample is placed and moved;
Sample piece moving means for holding and carrying the sample piece separated and extracted from the sample;
A sample piece holder fixing base for holding a sample piece holder having a columnar portion to which the sample piece is transferred;
A gas supply unit for supplying a gas for forming a deposition film by the charged particle beam;
At least the charged particle beam irradiation optical system, the sample piece transfer means, and the gas supply unit so as to transfer the sample piece to the columnar part based on at least the image of the columnar part acquired by the plurality of charged particle beams. A computer to control,
Is provided.

(2)自動試料片作製装置は、
試料から試料片を自動的に作製する自動試料片作製装置であって、
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試料片ホルダ固定台と、
前記集束イオンビーム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、
少なくとも前記集束イオンビームによって異なる方向から取得した前記柱状部の画像を基にして、前記試料片を前記試料片ホルダに移設するよう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と前記ガス供給部を制御するコンピュータと、
を備える。
(2) Automatic sample piece preparation equipment
An automatic sample piece preparation device for automatically producing a sample piece from a sample,
at least,
A focused ion beam irradiation optical system for irradiating a focused ion beam;
A sample stage on which the sample is placed and moved;
Sample piece moving means for holding and carrying the sample piece separated and extracted from the sample;
A sample piece holder fixing base for holding a sample piece holder having a columnar portion to which the sample piece is transferred;
A gas supply unit for supplying a gas for forming a deposition film by the focused ion beam;
At least the focused ion beam irradiation optical system, the sample piece moving means, and the gas so as to transfer the sample piece to the sample piece holder based on at least the image of the columnar portion acquired from different directions by the focused ion beam. A computer for controlling the supply unit;
Is provided.

(3)上記(1)または(2)に記載の自動試料片作製装置では、
前記コンピュータは、
前記画像において、少なくとも前記柱状部と前記試料片の前記画像をテンプレートとして、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前記柱状部と前記試料片の位置情報を基にして、前記試料片を前記試料片ホルダに移設するよう前記試料片移設手段または前記試料ステージの移動を制御する。
(3) In the automatic sample piece preparation apparatus according to (1) or (2) above,
The computer
In the image, at least the image of the columnar part and the sample piece is used as a template, and the sample piece is converted into the sample based on positional information of the columnar part and the sample piece obtained by template matching using the template. The movement of the sample piece transfer means or the sample stage is controlled so as to be transferred to the piece holder.

(4)上記(1)または(2)に記載の自動試料片作製装置では、
前記コンピュータは、
前記画像からエッジを抽出することによって、少なくとも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、前記試料片を前記試料片ホルダに移設するよう前記試料片移設手段または前記試料ステージの移動を制御する。
(4) In the automatic sample piece preparation apparatus according to (1) or (2) above,
The computer
By extracting an edge from the image, at least a template of the columnar part is created, and the sample piece is transferred to the sample piece holder on the basis of position information obtained by template matching using the template. The movement of the sample piece moving means or the sample stage is controlled.

(5)上記(1)または(2)に記載の自動試料片作製装置では、
前記コンピュータは、
前記画像からエッジを抽出することによって、少なくとも前記柱状部と前記試料片の一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、前記試料片を前記試料片ホルダに移設するよう前記試料片移設手段または前記試料ステージの移動を制御する。
(5) In the automatic sample piece preparation apparatus according to (1) or (2) above,
The computer
By extracting edges from the image, a template of at least a part of the columnar part and the sample piece is created, and the sample piece is converted into the sample based on position information obtained by template matching using the template. The movement of the sample piece transfer means or the sample stage is controlled so as to be transferred to the piece holder.

(6)上記(1)または(2)に記載の自動試料片作製装置では、
前記コンピュータは、
前記試料片を前記柱状部に移設する前に、予め前記柱状部の位置座標、画像、コード番号のうちの少なくともいずれかと共に、該柱状部の形状と予め登録した所定の形状との一致度の評価結果を記録する。
(6) In the automatic sample piece preparation apparatus according to (1) or (2) above,
The computer
Before transferring the sample piece to the columnar portion, the degree of coincidence between the shape of the columnar portion and a predetermined shape registered in advance is set together with at least one of the position coordinates, image, and code number of the columnar portion. Record the evaluation results.

(7)上記(6)に記載の自動試料片作製装置では、
前記コンピュータは、
対象とする前記柱状部の形状と予め登録した所定の形状とが一致しない場合、該柱状部には前記試料片を移設させることなく、別の前記柱状部に移設するよう、少なくとも前記試料ステージを動作させる。
(7) In the automatic sample piece preparation apparatus described in (6) above,
The computer
If the shape of the target columnar portion does not match the predetermined shape registered in advance, at least the sample stage is moved so as to be transferred to another columnar portion without transferring the sample piece to the columnar portion. Make it work.

(8)上記(6)に記載の自動試料片作製装置では、
前記コンピュータは、
前記評価結果を、予め登録した対象とする前記柱状部の画像または該画像から抽出したエッジパターンと、前記対象とする前記画像を重ね合わせマッチングさせて得られるマッチングスコアを基に形成している。
(8) In the automatic sample piece preparation apparatus described in (6) above,
The computer
The evaluation result is formed on the basis of a matching score obtained by superposing and matching the image of the columnar portion as a target registered in advance or an edge pattern extracted from the image and the target image.

(9)上記(6)に記載の自動試料片作製装置では、
前記コンピュータは、
前記試料から作製すべき前記試料片の個数を予め定めておき、前記試料片の摘出から前記柱状部への移設を、予め定めた該個数に達するまで連続して繰り返し行なう。
(9) In the automatic sample piece preparation apparatus described in (6) above,
The computer
The number of the sample pieces to be prepared from the sample is determined in advance, and the transfer from the sample piece extraction to the columnar portion is continuously repeated until the predetermined number is reached.

(10)上記(6)に記載の自動試料片作製装置では、
前記コンピュータは、
予め定めた前記柱状部と前記試料片の位置関係を示す線図に、対象とする柱状部の画像と対象とする試料片の画像とを重ね合わせ、前記線図にマッチングするように前記対象とする柱状部又は試料片の少なくとも一方を移動させるように前記試料ステージ又は前記試料片移設手段のうちの少なくとも一方を制御する。
(10) In the automatic sample piece preparation apparatus described in (6) above,
The computer
The image of the target columnar part and the image of the target sample piece are superimposed on the predetermined diagram showing the positional relationship between the columnar part and the sample piece, and the target and the image are matched with the diagram. At least one of the sample stage and the sample piece moving means is controlled so as to move at least one of the columnar part or the sample piece.

(11)上記(1)または(2)に記載の自動試料片作製装置では、前記試料片ホルダは、それぞれの幅が異なる複数の前記柱状部を有する櫛歯状である。 (11) In the automatic sample piece preparation apparatus according to (1) or (2), the sample piece holder has a comb-like shape having a plurality of the columnar portions having different widths.

なお、上述した実施形態では、コンピュータ21は、ソフトウェア機能部、またはLSIなどのハードウェア機能部も含む。
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し、ピンセットのような機構であってもよい。
なお、上述の本発明による自動試料片作製装置10によって作製された試料片Qは、別の集束イオンビーム装置に導入して、透過電子顕微鏡解析に相応しい薄さまで、オペレータが慎重に操作し、加工してもよい。このように本発明による自動試料片作製装置10と集束イオンビーム装置とを連携することによって、夜間に無人で多数個の試料片Qを試料片ホルダPに固定しておき、昼間にオペレータが慎重に超薄の透過電子顕微鏡用試料に仕上げることができる。このため、従来、試料摘出から薄片加工までの一連作業を、一台の装置でオペレータの操作に頼っていたことに比べて、オペレータへの心身の負担は大幅に軽減され、作業効率が向上する。
In the above-described embodiment, the computer 21 also includes a software function unit or a hardware function unit such as an LSI.
In the above-described embodiment, the needle 18 has been described as an example of a sharpened needle-like member. However, the tip may have a shape such as a flat eyeglass, or a mechanism such as tweezers. Also good.
The sample piece Q produced by the above-described automatic sample piece production apparatus 10 according to the present invention is introduced into another focused ion beam apparatus, and the operator carefully manipulates the sample piece Q to a thickness suitable for the transmission electron microscope analysis. May be. In this way, by linking the automatic sample piece preparation apparatus 10 and the focused ion beam apparatus according to the present invention, a large number of sample pieces Q are fixed to the sample piece holder P unattended at night, and the operator is careful in the daytime. In addition, it can be made into an ultrathin sample for a transmission electron microscope. For this reason, compared to the conventional process of sample extraction to thin piece processing that relies on the operator's operation with a single device, the burden on the mind and body for the operator is greatly reduced and work efficiency is improved. .

なお、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   In addition, said embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…自動試料片作製装置、10a…荷電粒子ビーム装置、11…試料室、12…ステージ(試料ステージ)、13…ステージ駆動機構、14…集束イオンビーム照射光学系(荷電粒子ビーム照射光学系)、15…電子ビーム照射光学系(荷電粒子ビーム照射光学系)、16…検出器、17…ガス供給部、18…ニードル、19…ニードル駆動機構、20…表示装置、21…コンピュータ、22…入力デバイス、33…試料台、34…柱状部、P…試料片ホルダ、Q…試料片、R…二次荷電粒子、S…試料   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Automatic sample piece preparation apparatus, 10a ... Charged particle beam apparatus, 11 ... Sample chamber, 12 ... Stage (sample stage), 13 ... Stage drive mechanism, 14 ... Focused ion beam irradiation optical system (charged particle beam irradiation optical system) , 15 ... Electron beam irradiation optical system (charged particle beam irradiation optical system), 16 ... Detector, 17 ... Gas supply unit, 18 ... Needle, 19 ... Needle drive mechanism, 20 ... Display device, 21 ... Computer, 22 ... Input Device 33 ... Sample stand 34 ... Columnar portion P ... Sample piece holder Q ... Sample piece R ... Secondary charged particle S ... Sample

Claims (7)

試料から試料片を自動的に作製する自動試料片作製装置であって、
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前記試料片と前記柱状部との間に隙間を空けて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、
前記試料片と前記柱状部とを接続するデポジション膜を形成するデポジション用ガスを供給するガス供給手段と、
を備えること、
を特徴とする自動試料片作製装置。
An automatic sample piece preparation device for automatically producing a sample piece from a sample,
A charged particle beam irradiation optical system for irradiating a charged particle beam;
A sample stage on which the sample is placed and moved;
Sample piece moving means for holding and carrying the sample piece separated and extracted from the sample;
A holder fixing base for holding a sample piece holder having a columnar part to which the sample piece is transferred;
Based on the image of the columnar part acquired by irradiation of the charged particle beam, create a template of the columnar part, and based on the position information obtained by template matching using the template, the sample piece A computer for controlling the charged particle beam irradiation optical system and the sample piece moving means so as to move the columnar part with a gap between the sample piece and the columnar part ;
A gas supply means for supplying a deposition gas for forming a deposition film connecting the sample piece and the columnar part;
Providing
An automatic sample piece preparation apparatus characterized by
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こと、
を特徴とする請求項1に記載の自動試料片作製装置。
The sample piece holder is
A plurality of the columnar parts arranged apart from each other;
The computer
Creating a template for each of the plurality of columnar portions based on images of the plurality of the columnar portions;
The automatic sample piece preparation apparatus according to claim 1.
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こと、
を特徴とする請求項2に記載の自動試料片作製装置。
The computer
A determination process for determining whether or not the shape of the target columnar portion among the plurality of columnar portions matches a predetermined shape registered in advance by template matching using a template of each of the plurality of columnar portions. If the shape of the target columnar portion does not match the predetermined shape, the target columnar portion is newly switched to another columnar portion, the determination process is performed, and the target is the target. Controlling the movement of the charged particle beam irradiation optical system and the sample piece moving means or the sample stage so that the sample piece is transferred to the columnar part when the shape of the columnar part matches the predetermined shape;
The automatic sample piece preparation apparatus according to claim 2.
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こと、
を特徴とする請求項2または請求項3に記載の自動試料片作製装置。
The computer
When controlling the movement of the sample stage so as to arrange the target columnar part among the plurality of columnar parts at a predetermined position, if the target columnar part is not disposed at the predetermined position, Initializing the position of the sample stage;
The automatic sample piece preparation apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that:
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こと、
を特徴とする請求項4に記載の自動試料片作製装置。
The computer
When controlling the movement of the sample stage so that the target columnar part among the plurality of the columnar parts is arranged at a predetermined position, there is a problem with the shape of the target columnar part after the movement of the sample stage. If there is a problem with the shape of the target columnar part, the target columnar part is newly switched to another columnar part, and the columnar shape is determined. Controlling the movement of the sample stage so as to place the part at the predetermined position and performing the shape determination process,
The automatic sample piece preparation apparatus according to claim 4.
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こと、
を特徴とする請求項1から請求項5の何れか1つに記載の自動試料片作製装置。
The computer
Creating the columnar template prior to separating and extracting the sample piece from the sample;
The automatic sample piece preparation apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein:
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こと、
を特徴とする請求項3に記載の自動試料片作製装置。
The computer
Each image of the plurality of columnar portions, edge information extracted from the image, or design information of each of the plurality of columnar portions is stored as the template, and the target is determined by a template matching score using the template. Determining whether the shape of the columnar part matches the predetermined shape,
The automatic sample piece preparation apparatus according to claim 3.
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