JP6239401B2 - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents
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Description
(1)本発明の一態様に係る荷電粒子ビーム装置は、照射対象に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム鏡筒と、前記荷電粒子ビームの照射によって前記照射対象から放出される二次粒子を検出する検出器と、前記検出器によって検出された前記二次粒子の2次元位置分布を示す画像データを生成する画像データ生成手段と、前記画像データ生成手段によって生成された前記画像データを表示する表示装置と、前記荷電粒子ビームの照射領域内で前記照射対象となるニードルと、前記ニードルを駆動する駆動機構と、操作者の操作入力に応じて前記画像データ上における前記ニードルの目標位置を設定する入力操作装置と、前記入力操作装置によって設定された前記目標位置に応じて前記駆動機構による前記ニードルの駆動を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記目標位置として第1目標位置が設定された場合に、前記画像データ上における前記ニードルが前記第1目標位置に移動するように、前記駆動機構による前記ニードルの移動を制御し、前記画像データ上における前記ニードルが前記第1目標位置に到達するよりも前のタイミングで、前記目標位置として前記第1目標位置とは異なる第2目標位置が設定された場合に、前記画像データ上における前記ニードルが現在位置から前記第2目標位置に移動するように、前記駆動機構による前記ニードルの移動を制御することにより、前記入力操作装置によって設定された前記目標位置の変化に追従して前記ニードルを移動させる。
さらに、上記(2)の場合、所定のタイミングで繰り返して目標位置を取得して目標位置を更新する制御手段を備えるので、ニードルを複数の任意の位置を経由させながら目的の位置に連続的に滑らかに移動させることができる。さらに、経由する位置の数が増大したとしても目的位置は更新されるので、必要とする目的位置の情報が増大することを防ぐことができる。
さらに、上記(3)の場合、照射方向に応じて移動機構の駆動方向を制御するので、3次元方向のニードルの駆動制御を容易に行なうことができる。
さらに、上記(4)の場合、走査方向に応じて移動機構の駆動方向を制御するので、3次元方向のニードルの駆動制御を精度良く行なうことができる。
本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10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を固定可能なステージ12と、ステージ12を駆動する駆動機構13と、を備えている。荷電粒子ビーム装置10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鏡筒14を備えている。荷電粒子ビーム装置10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鏡筒15を備えている。荷電粒子ビーム装置10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(二次電子および二次イオンなど)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10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。荷電粒子ビーム装置10は、ステージ12に固定された試料Sに接触させるニードル18と、ニードル18を駆動するニードル駆動機構19と、を備えている。荷電粒子ビーム装置10は、検出器16によって検出された二次荷電粒子Rに基づく画像データなどを表示する表示装置20と、制御部21と、入力デバイス22と、を備えている。
なお、集束イオンビーム鏡筒14および電子ビーム鏡筒15の照射対象は、ステージ12に固定された試料S、および、照射領域内に存在するニードル18などである。
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、制御部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。駆動機構13は、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。駆動機構13は、ステージ12をX軸またはY軸周りに回転させるチルト機構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。
集束イオンビーム鏡筒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、制御部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制御部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。
電子ビーム鏡筒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、制御部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制御部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。
なお、電子ビーム鏡筒15と集束イオンビーム鏡筒14の配置を入れ替え、電子ビーム鏡筒15を鉛直方向に、集束イオンビーム鏡筒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良い。
制御部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た信号などによって、荷電粒子ビーム装置10の動作を統合的に制御する。
制御部21は、入力デバイス22から出力される信号に応じて、表示装置20における各種の画面の表示を制御するとともに、ニードル駆動機構19によるニードル18の駆動を制御する。
例えば、制御部21は、入力デバイス22によってニードル18を駆動させるための画面では、生成した画像データ上に入力デバイス22のカーソルを表示する。そして、入力デバイス22に対する入力操作を介して操作者にカーソルを操作させ、画像データ上のニードル18の移動先の位置および移動経路などを指示させる。そして、この指示に応じて実際にニードル駆動機構19を作動させて、ニードル18を駆動する。
「オペレーション」の操作画面20Aは、入力デバイス22の操作に応じた画像表示画面20Bでのカーソルの移動に追従するようなニードル18の自動的な連続移動の実行を指示する追従メニュー34を備えている。
制御部21は、「オペレーション」の操作画面20Aにおいて追従メニュー34が選択されている場合には、入力デバイス22に対する所定操作に応じて画像表示画面20Bで移動するカーソル42の位置を、所定周期などの所定のタイミングで繰り返し取得する。そして、画像データ上のニードル像41が、順次取得したカーソル42の位置に追従して移動するようにして、実際のニードル18をニードル駆動機構19によって駆動する。
次に、カーソル42の位置として第2位置Bを取得すると、制御部21は、この第2位置Bの位置座標と基準位置との間の相対距離を算出する。そして、算出した相対距離を基準位置に加算して得られる位置座標を、画像データ上のニードル像41の目標位置とする。そして、画像データ上のニードル像41が、この時点での目標位置に移動するようにして、ニードル駆動機構19によってニードル18を駆動する。これにより、画像データ上のニードル像41が現在位置(つまり第1位置A)から、この時点での目標位置(つまり第2位置B)に移動する。
次に、カーソル42の位置として第3位置Cを取得すると、制御部21は、この第3位置Cの位置座標と基準位置との間の相対距離を算出する。そして、算出した相対距離を基準位置に加算して得られる位置座標を、新たに画像データ上のニードル像41の目標位置とする。そして、画像データ上のニードル像41が、この時点での目標位置に移動するようにして、ニードル駆動機構19によってニードル18を駆動する。これにより、画像データ上のニードル像41が現在位置(つまり第2位置B)から、この時点での目標位置(つまり第3位置C)に移動する。
例えば、順次、図4の上図、中央側上図、中央側下図、および下図に示すように、制御部21は、画像表示画面20Bのカーソル42の位置として、順次、第1位置A、第2位置B、および第3位置Cを取得すると、カーソル42の位置に応じてニードル像41の目標位置を順次更新する。
次に、カーソル42の位置として第2位置Bを取得すると、制御部21は、この第2位置Bの位置座標と基準位置との間の相対距離を算出する。そして、算出した相対距離を基準位置に加算して得られる位置座標を、画像データ上のニードル像41の目標位置とする。そして、画像データ上のニードル像41が、この時点での目標位置に移動するようにして、ニードル駆動機構19によってニードル18を駆動する。これにより、画像データ上のニードル像41が現在位置(つまり第1位置A)から、この時点での目標位置(つまり第2位置B)に移動する。
次に、ニードル18がこの時点での目標位置に到達するよりも前のタイミングでカーソル42の位置として第3位置Cを取得すると、制御部21は、この第3位置Cの位置座標と基準位置との間の相対距離を算出する。そして、算出した相対距離を基準位置に加算して得られる位置座標を、新たに画像データ上のニードル像41の目標位置とする。そして、画像データ上のニードル像41が、この時点での目標位置に移動するようにして、ニードル駆動機構19によってニードル18を駆動する。これにより、画像データ上のニードル像41が現在位置(つまり、第1位置Aと第2位置Bとの間の位置E)から、この時点での目標位置(第3位置C)に移動する。
例えば、順次、図6の上図、中央側上図、中央側下図、および下図に示すように、実空間の複数の位置座標に対応する第1位置A、第2位置B、第3位置C、および第4位置Dによって移動経路が設定されていると、先ず、制御部21は、ニードル18の現在位置Fに最も近い第3位置Cを抽出する。
次に、制御部21は、ニードル18が、この時点での現在位置Fから、現在位置Fに最も近い第3位置Cに移動するようにして、ニードル駆動機構19によってニードル18を駆動する。
次に、制御部21は、移動経路上で設定されている移動方向(例えば、順次、第4位置D、第3位置C、第2位置B、および第1位置Aに移動する方向)にニードル18が移動するようにして、ニードル駆動機構19によってニードル18を駆動する。
なお、制御部21は、予め「シーケンス」の操作画面20Aにおいて、ニードル18の適宜の移動経路を設定する場合には、この移動経路を構成する複数の位置座標ごとにニードル18の駆動に対するニードル駆動機構19の駆動軸(または駆動方向)を選択しておく。
または、移動経路の設定は、複数の位置の座標を指定する登録方法の他に、ニードル18を移動させ、移動後の位置を指定する登録方法を用いても良い。すなわち、ニードル18を移動させ、荷電粒子ビーム装置10内の部品、例えば、集束イオンビーム鏡筒14にニードル18が干渉しないことを視認しながら、移動後の位置を一点ずつ登録させる。これにより、ニードル18をより安全に移動させることができる。
制御部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、制御部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、制御部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の位置ずれを補正する。
制御部21は、例えば、ニードル18のシーケンス駆動時において、ニードル18が移動経路の終点位置に接近することに伴い、駆動速度が減少傾向に変化するように設定する。
また、制御部21は、ニードル18の接触センサ機能によりニードル18を移動させてもよい。例えば、ニードル18が荷電粒子ビーム装置10内の部品や試料Sと接触した際の電気抵抗の変化を検出し、接触を検知する。制御部21は、接触を検知した場合、ニードル18の移動を停止させる。これによりニードル18を安全に移動させることができる。
さらに、所定のタイミングで繰り返してカーソル42の位置を取得して目標位置を更新する制御部21を備えるので、ニードル18を複数の任意の位置を経由させながら目的の位置に連続的に滑らかに移動させることができる。さらに、経由する位置の数が増大したとしても目的位置は更新されるので、必要とする目的位置の情報が増大することを防ぐことができる。
上述した実施形態において、画像表示画面20Bのカーソル42の移動に画像データ上のニードル像41を追従させる場合、制御部21は、荷電粒子ビーム(つまり集束イオンビームおよび電子ビーム)の照射方向に応じて、ニードル駆動機構19の駆動軸(または駆動方向)を選択してもよい。
以下において、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射方向が互いになす角度が所定角度(例えば、50°〜90°の間の適宜の角度、55°など)であり、集束イオンビームの照射方向がニードル駆動機構19のZ軸に平行である場合を一例として説明する。
この場合、集束イオンビームにより得られる画像データは、駆動機構19のX軸およびY軸によるXY平面の画像となる。電子ビームにより得られる画像データは、ニードル駆動機構19のZ軸に所定角度傾斜した画像(例えば、XZ平面などの画像)となる。
制御部21は、先ず、集束イオンビームの画像データを用いて、画像表示画面20Bのカーソル42の位置に応じてニードル18の目標位置を設定し、ニードル駆動機構19のX軸およびY軸のみでニードル18を駆動する。これによりニードル18は、実際の目標位置を含むZ軸方向の適宜の位置に移動する。
なお、制御部21は、電子ビームの画像データを用いてニードル18を駆動する場合に、必要に応じて、ニードル駆動機構19のZ軸に加えてX軸でニードル18を駆動してもよい。
上述した実施形態において、画像表示画面20Bのカーソル42の移動に画像データ上のニードル像41を追従させる場合、制御部21は、荷電粒子ビーム(つまり集束イオンビームおよび電子ビーム)の走査方向に応じて、ニードル駆動機構19の駆動軸(または駆動方向)を選択してもよい。
以下において、例えば試料Sおよびニードル18の相対位置などに起因して、集束イオンビームの走査方向がニードル駆動機構19のX軸に対して所定角度θだけ回転させられた場合を一例として説明する。
この場合、制御部21は、集束イオンビームの画像データによって画像表示画面20Bでのカーソル42の位置から得られた基準位置に対する相対距離(X,Y)を用いて、ニードル駆動機構19のX軸およびY軸に駆動指令(Xcosθ−Ysinθ,Xsinθ+Ycosθ)を与える。
上述した実施形態において、ニードル18をシーケンス駆動させる場合、制御部21は、ニードル18の現在位置が所定位置領域内に存在する場合には、予め設定されている移動経路に対して、ニードル18の現在位置を基準とした相対経路を設定してもよい。なお、所定位置領域は、例えば、相対経路が荷電粒子ビーム装置10内の部品に干渉しないような領域である。
次に、制御部21は、相対経路上で設定されている移動方向(例えば、順次、現在位置F、第5位置G、および第6位置Hに移動する方向)にニードル18が移動するようにして、ニードル駆動機構19によってニードル18を駆動する。
なお、制御部21は、ニードル18が相対経路の終点位置(つまり第6位置H)に到達した場合には、予め設定されている移動経路の終点位置(つまり第1位置A)にニードル18が移動するようにして、ニードル駆動機構19によってニードル18を駆動してもよい。
Claims (4)
- 照射対象に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム鏡筒と、
前記荷電粒子ビームの照射によって前記照射対象から放出される二次粒子を検出する検出器と、
前記検出器によって検出された前記二次粒子の2次元位置分布を示す画像データを生成する画像データ生成手段と、
前記画像データ生成手段によって生成された前記画像データを表示する表示装置と、
前記荷電粒子ビームの照射領域内で前記照射対象となるニードルと、
前記ニードルを駆動する駆動機構と、
操作者の操作入力に応じて前記画像データ上における前記ニードルの目標位置を設定する入力操作装置と、
前記入力操作装置によって設定された前記目標位置に応じて前記駆動機構による前記ニードルの駆動を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記目標位置として第1目標位置が設定された場合に、前記画像データ上における前記ニードルが前記第1目標位置に移動するように、前記駆動機構による前記ニードルの移動を制御し、
前記画像データ上における前記ニードルが前記第1目標位置に到達するよりも前のタイミングで、前記目標位置として前記第1目標位置とは異なる第2目標位置が設定された場合に、前記画像データ上における前記ニードルが現在位置から前記第2目標位置に移動するように、前記駆動機構による前記ニードルの移動を制御することにより、
前記入力操作装置によって設定された前記目標位置の変化に追従して前記ニードルを移動させる、
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 前記制御手段は、
所定のタイミングで繰り返して前記目標位置を取得することによって前記目標位置を更新する、
ことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記制御手段は、
前記荷電粒子ビームの照射方向に応じて、前記駆動機構の駆動方向を制御する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記制御手段は、
前記荷電粒子ビームの走査方向に応じて、前記駆動機構の駆動方向を制御する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1つに記載の荷電粒子ビーム装置。
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