JP7507838B2

JP7507838B2 - 荷電粒子ビームを使用するプローブ先端のｘ－ｙロケーションの識別

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Publication number: JP7507838B2
Application number: JP2022190294A
Authority: JP
Inventors: リチャード・イー・ストールカップ・ザ・セカンド; マイケル・ベルクマイレ; ローネン・ベンジオン; カルロ・フロレスカ
Original assignee: イノヴェータム・インストゥルメンツ・インコーポレイテッド
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2024-06-28
Anticipated expiration: 2042-11-29
Also published as: US20230168274A1; JP2023081355A; EP4187573A1

Description

関連出願の相互参照
本特許出願は、２０２２年１１月３０日に出願した米国特許仮出願第６３／２８４，３１０号、名称「ＰＲＯＢＥＴＩＰＸ－ＹＬＯＣＡＴＩＯＮＣＯＯＲＤＩＮＡＴＩＯＮ」の利益を主張するものである。

荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）撮像システムは、ナノメートルスケールの物体を調べるために使用され得る。一般に、ＣＰＢ撮像システムは、光学顕微鏡を使用したのでは可視化され得ない物体または物体の特徴を可視化するために、物体に照射する、電子ビームなどの荷電粒子ビームを採用する。たとえば、光の波長よりも小さい特徴は、ＣＰＢ撮像システムを使用して可視化され得る。

ＣＰＢ撮像システムは、最大約１００万の倍率で、サブナノメートルの分解能（たとえば、約０．１ｎｍの解像度まで）で原子レベルの詳細を観察することができる。ＣＰＢ撮像システムには、ほかにもあるがとりわけ、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、集束イオンビーム（ＦＩＢ）顕微鏡、および透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を含む。

走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、ＣＰＢ撮像システムの一種である。例示的なＳＥＭにおいて、電子ビームが物体の表面上を走査する。検出器は、物体の表面から反射された、または物体の表面から他の何らかの形で発せられた後方散乱電子および二次電子を収集し、収集された電子を、試料のリアルタイム多次元可視化を行うために使用される信号に変換する。

実施形態のいくつかの態様、荷電粒子撮像システムにおいて実行される方法に向けられており、この方法は、第１の基準フレーム内で荷電粒子ビームを活性化することであって、第１の基準フレームは荷電粒子ビームに関連付けられている、活性化することと、コンピュータ制御システムによって、荷電粒子ビームおよび導電性プローブを交差させることと、荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差からの電気的応答を測定することと、荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差からの電気的応答に基づき第２の基準フレーム内の導電性プローブのロケーションを決定することであって、第２の基準フレームは導電性プローブと関連付けられている、決定することと、第２の基準フレーム内の導電性プローブのロケーションを第１の基準フレームと相関させることとを含む。

いくつかの実施形態において、電気的応答を測定することは、荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差から導電性プローブによって吸収される正味電流を測定することを含む。

いくつかの実施形態は、荷電粒子ビーム領域を通して第１の一連のプローブ走査を実行することと、第１の一連のプローブ走査の各々について、導電性プローブと荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第１のセットを測定することと、第１の一連の走査の各々からの電気的応答の第１のセットに基づき導電性プローブの電流プロファイルを作成することとを含み、導電性プローブのロケーションを決定することは、荷電粒子ビーム領域を通して第２の一連のプローブ走査を実行することであって、第２の一連のプローブ走査は第１の一連のプローブ走査よりも少ない数の走査を含む、実行することと、第２の一連のプローブ走査の各々について、導電性プローブと荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第２のセットを測定することと、電気的応答の第１のセットと電気的応答の第２のセットとの比較に基づき導電性プローブのロケーションを決定することとを含む。プローブ走査は、プローブを移動してＣＰＢに通すこと、またはＰＣＢを移動してプローブを走査することを含むことができる。

いくつかの実施形態において、荷電粒子ビームと導電性プローブとを交差させることは、荷電粒子ビームと導電性プローブとを導電性プローブの第１の位置で交差させることを含み、この方法は第１の位置における荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差から第１の電気的応答を測定することと、測定された第１の電気的応答に基づき荷電粒子ビームおよび導電性プローブが導電性プローブの第１の位置で交差していると決定することと、荷電粒子ビームと導電性プローブとを導電性プローブの第２の位置で交差させることと、第２の位置における荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差から第２の電気的応答を測定することと、測定された第２の電気的応答に基づき荷電粒子ビームおよび導電性プローブが導電性プローブの第２の位置で交差していると決定することとを含む。

いくつかの実施形態において、荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差からの電気的応答に基づき第２の基準フレーム内の導電性プローブのロケーションを決定することは、第２の基準フレーム内の導電性プローブのＸおよびＹ位置を決定することを含む。

いくつかの実施形態は、第２の基準フレーム内の導電性プローブのＸおよびＹ位置を第１の基準フレームの座標系と相関させることを含む。

いくつかの実施形態は、変換行列を使用して第２の基準フレーム内の導電性プローブのＸおよびＹ位置を第１の基準フレームの座標系と相関させることを含む。

いくつかの実施形態において、第１の基準フレーム内で荷電粒子ビームを活性化することは、第１の基準フレーム内の固定された知られているロケーションで荷電粒子ビームを活性化することを含む。

いくつかの実施形態において、荷電粒子ビームと導電性プローブとを交差させることは、導電性プローブを移動して導電性プローブの第１の位置で荷電粒子ビームと交差させることを含む。

いくつかの実施形態において、荷電粒子ビームと導電性プローブとを交差させることは、荷電粒子ビームを移動して導電性プローブと交差させることを含む。

いくつかの実施形態において、荷電粒子ビームを移動して導電性プローブと交差させることは、荷電粒子ビームが導電性プローブと交差する走査角度を決定することと、決定された走査角度に基づき荷電粒子ビームを移動して導電性プローブと交差させることとを含む。

いくつかの実施形態において、荷電粒子ビームを移動して導電性プローブと交差させることは、荷電粒子ビームを第１の曲率半径で円形方向に移動して導電性プローブと導電性プローブの第１の位置で交差させることと、荷電粒子ビームが導電性プローブの第１の位置と交差することを決定することと、荷電粒子ビームを第２の曲率半径で円形方向に移動して導電性プローブと導電性プローブの第２の位置で交差させることと、荷電粒子ビームが導電性プローブの第２の位置と交差することを決定することとを含む。

いくつかの実施形態において、第２の曲率半径は、第１の曲率半径より小さい。

いくつかの実施形態において、導電性プローブは、第１の導電性プローブであり、この方法は、荷電粒子ビームが第２の導電性プローブと第２の導電性プローブの第３の位置で交差することを決定することと、荷電粒子ビームを第３の曲率半径で円形方向に移動して第２の導電性プローブと第２の導電性プローブの第４の位置で交差させることとをさらに含む。

実施形態の態様は、荷電粒子ビームを放射する荷電粒子ビームエミッタを含む撮像システムと、アクチュエータを含むナノプローバ（ｎａｎｏｐｒｏｂｅｒ）であって、導電性プローブを固定するように構成されているナノプローバと、導電性プローブに電気的に結合されている信号測定回路であって、導電性プローブから信号を受信する信号測定回路と、実行されたときにハードウェアプロセッサに動作を実行させる命令を記憶するための少なくとも１つの有形の、非一時的なコンピュータ可読媒体とを備え、これらの動作は第１の基準フレーム内で荷電粒子ビームを活性化することであって、第１の基準フレームは荷電粒子ビームに関連付けられている、活性化することと、コンピュータ制御システムによって、荷電粒子ビームおよび導電性プローブを交差させることと、荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差からの電気的応答を測定することと、荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差からの電気的応答に基づき第２の基準フレーム内の導電性プローブのロケーションを決定することであって、第２の基準フレームは導電性プローブと関連付けられている、決定することと、第２の基準フレーム内の導電性プローブのロケーションに基づき第１の基準フレーム内の導電性プローブのロケーションを決定することとを含む、システムを含む。

いくつかの実施形態において、これらの動作は、荷電粒子ビーム領域を通して第１の一連のプローブ走査を実行することと、第１の一連のプローブ走査の各々について、導電性プローブと荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第１のセットを測定することと、第１の一連の走査の各々からの電気的応答の第１のセットに基づき導電性プローブの電流プロファイルを作成することとを含み、導電性プローブのロケーションを決定することは、荷電粒子ビーム領域を通して第２の一連のプローブ走査を実行することであって、第２の一連のプローブ走査は第１の一連のプローブ走査よりも少ない数の走査を含む、実行することと、第２の一連のプローブ走査の各々について、導電性プローブと荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第２のセットを測定することと、電気的応答の第１のセットと電気的応答の第２のセットとの比較に基づき導電性プローブのロケーションを決定することとを含む。

いくつかの実施形態において、荷電粒子ビームと導電性プローブとを交差させることは、荷電粒子ビームと導電性プローブとを導電性プローブの第１の位置で交差させることを含み、これらの動作は第１の位置における荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差から第１の電気的応答を測定することと、測定された第１の電気的応答に基づき荷電粒子ビームおよび導電性プローブが導電性プローブの第１の位置で交差していると決定することと、荷電粒子ビームと導電性プローブとを導電性プローブの第２の位置で交差させることと、第２の位置における荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差から第２の電気的応答を測定することと、測定された第２の電気的応答に基づき荷電粒子ビームおよび導電性プローブが導電性プローブの第２の位置で交差していると決定することとを含む。

いくつかの実施形態において、これらの動作は、第２の基準フレーム内の導電性プローブのＸおよびＹ位置を第１の基準フレームの座標系と相関させることを含む。

いくつかの実施形態において、これらの動作は、変換行列を使用して第２の基準フレーム内の導電性プローブのＸおよびＹ位置を第１の基準フレームの座標系と相関させることを含む。

いくつかの実施形態において、これらの動作は、信号測定回路から受信された情報に基づきナノプローバアクチュエータのモーションを制御するためのモーション制御システムであって、ナノプローバアクチュエータのモーションは導電性プローブを移動する、モーション制御システムも含み、荷電粒子ビームと導電性プローブとを交差させることは、モーション制御システムによって、導電性プローブを移動して導電性プローブの第１の位置で荷電粒子ビームと交差させることを含む。

いくつかの実施形態において、荷電粒子ビームを導電性プローブと交差させることは、荷電粒子ビームを移動して導電性プローブと交差させることを含む。

いくつかの実施形態において、モーション制御システムによって、荷電粒子ビームを移動して導電性プローブと交差させることは、荷電粒子ビームが導電性プローブと交差する走査角度を決定することと、決定された走査角度に基づき荷電粒子ビームを移動して導電性プローブと交差させることとを含む。

いくつかの実施形態において、導電性プローブは、第１の導電性プローブであり、これらの動作は、荷電粒子ビームが第２の導電性プローブの第３の位置で交差することを決定することと、荷電粒子ビームを第３の曲率半径で円形方向に移動して第２の導電性プローブと第２の導電性プローブの第４の位置で交差させることとをさらに含む。

実施形態の態様は、導電性プローブから信号を受信するための信号測定回路と、導電性プローブのモーションを制御するモーション制御システムと、実行されたときにハードウェアプロセッサに動作を実行させる命令を記憶するための少なくとも１つの有形の、非一時的なコンピュータ可読媒体とを備え、これらの動作は第１の基準フレーム内で荷電粒子ビームを活性化することであって、第１の基準フレームは荷電粒子ビームに関連付けられている、活性化することと、荷電粒子ビームと導電性プローブとを交差させることと、信号測定回路によって、荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差からの電気的応答を測定することと、荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差からの電気的応答に基づき第２の基準フレーム内の導電性プローブのロケーションを決定することであって、第２の基準フレームは導電性プローブと関連付けられている、決定することと、第２の基準フレーム内の導電性プローブのロケーションに基づき第１の基準フレーム内の導電性プローブのロケーションを決定することとを含む、装置を含む。

いくつかの実施形態は、荷電粒子ビーム領域を通して第１の一連のプローブ走査を実行することと、第１の一連のプローブ走査の各々について、導電性プローブと荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第１のセットを測定することと、第１の一連の走査の各々からの電気的応答の第１のセットに基づき導電性プローブの電流プロファイルを作成することとを含み、導電性プローブのロケーションを決定することは、荷電粒子ビーム領域を通して第２の一連のプローブ走査を実行することであって、第２の一連のプローブ走査は第１の一連のプローブ走査よりも少ない数の走査を含む、実行することと、第２の一連のプローブ走査の各々について、導電性プローブと荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第２のセットを測定することと、電気的応答の第１のセットと電気的応答の第２のセットとの比較に基づき導電性プローブのロケーションを決定することとを含む。

いくつかの実施形態において、荷電粒子ビームと導電性プローブとを交差させることは、荷電粒子ビームを導電性プローブと導電性プローブの第１の位置で交差させることを含み、これらの動作は第１の位置における荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差から第１の電気的応答を測定することと、測定された第１の電気的応答に基づき荷電粒子ビームおよび導電性プローブが導電性プローブの第１の位置で交差していると決定することと、荷電粒子ビームと導電性プローブとを導電性プローブの第２の位置で交差させることと、第２の位置における荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差から第２の電気的応答を測定することと、測定された第２の電気的応答に基づき荷電粒子ビームおよび導電性プローブが導電性プローブの第２の位置で交差していると決定することとを含む。

本開示の実施形態によるナノプローバと測定および制御回路とを含む例示的な荷電粒子ビーム撮像システムの概略図である。本開示の実施形態によるナノプローバと測定および制御回路とを含む例示的な荷電粒子ビーム撮像システムの概略図である。本開示の実施形態による荷電粒子ビーム撮像システムの真空チャンバ内のサンプルステージより上にある４つのナノプローバの概略トップダウン図である。本開示の実施形態による、サンプルステージ座標系に重ね合わせた例示的なプローブ先端座標系の概略図である。本開示の実施形態による、プローブ先端の様々な部分に対する例示的な電流吸収プロファイルの概略図である。本開示の実施形態による、０度の走査角度による走査電子ビームの例示的な一実施形態の概略図である。本開示の実施形態による、非０度の走査角度による走査電子ビームの例示的な一実施形態の概略図である。本開示の実施形態による、円形走査パターンを使用する例示的な一実施形態の概略図である。本開示の実施形態による、原位置プローブ先端Ｘ－Ｙロケーション調整を実行するためのプロセスフロー図である。本開示の実施形態による、プローブの高分解能電流データを取得するためのプロセスフロー図である。本開示の実施形態によるプローブ先端Ｚロケーション識別の概略図である。本開示の実施形態によるプローブ先端Ｚロケーション識別の概略図である。本開示の実施形態により、プローブ先端物理的変位を基準フレーム内のＸおよびＹ位置変位と相関をさせることを例示する概略図である。本開示の実施形態による、プローブ先端ロケーション識別のためのプローブの逆電気的応答プロファイルの一例の概略図である。

同様の参照番号は、同様のコンポーネントを示す。図面は、縮尺通りではない。

本開示は、非視覚的技術を使用して荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）撮像システムに対する原位置でナノプローバシステムのプローブ先端の位置を決定することと、プローブ先端ロケーションをナノプローバ基準フレームからＣＰＢ撮像システムの基準フレームにマッピングすることとを説明するものである。本明細書において説明されている技術により、プローブ先端ロケーションは、撮像または目視検査から独立して物理的に検出され、特定され、プローブ先端の近くまたは真下にある可能性のある背景物体から独立して特定され得る。ＣＰＢ撮像システム内のプローブ先端の非視覚的な原位置識別、およびＣＰＢ撮像システム基準フレーム内のプローブ先端のその後の定位は、原位置デバイス試験の自動化を円滑にする。

図１Ａ～図１Ｂは、本開示の実施形態による、ナノプローバ、信号測定回路、およびモーション制御システムを含む例示的な荷電粒子ビーム撮像システムの概略図である。図１Ａは、真空チャンバの天井表面に結合されたナノプローバを示しており、図１Ｂは、ＣＰＢカラムに取り付けられている装着リングに結合されたナノプローバを示している。図１Ａおよび図１Ｂのシステムは、本開示の実施形態によるナノプローバならびに測定および制御回路を含む荷電粒子ビーム撮像システムを含む。

図１Ａは、本開示の実施形態による自動化プローブランディングシステム１００および荷電粒子ビームシステム１０２の第１の例示的な実施形態を示している。ＣＰＢシステム１０２は、走査型電子顕微鏡、集束イオンビームシステム、ＳＥＭとＦＩＢの組合せ、またはマイクロメートルおよびナノメートルスケールの構造を撮像するための他のタイプのＣＰＢシステムであってよい。ＣＰＢシステム１０２は、真空チャンバ１０４を含む。ＣＰＢシステム１０２は、真空チャンバ内に真空を作り出すためのシール、ポンプ、および他の機器を備えることができる。ＣＰＢシステム１０２は、ＣＰＢ撮像カラム１０６を備える。ＣＰＢ撮像カラム１０６は、電子ビーム、陽電子ビーム、または集束イオンビームなどの荷電粒子ビームをターゲットに向けて放射することができる。ＣＰＢシステム１０２は、撮像プロセスの一部として電子を検出するための電子検出器１０８を備える。真空チャンバ１０４内には、サンプル１２４を保持するためのサンプルステージ１１０がある。サンプルステージ１１０は、ＣＰＢ撮像カラム１０６の下に被試験体（ＤＵＴ）を位置決めするために自動的に移動するように制御可能であり訓練可能であることができる。別の言い方をすれば、サンプルステージ１１０は、符号化されたサンプルステージ１１０である。サンプルステージ１１０はまた、外部電子システムに電気的に接続されており、したがってサンプルステージ１１０は、電気的な戻りまたは電気接地として機能することができるか、またはバイアスをかけられ得る。サンプルステージ１１０は、電気的中性線または接地線として機能することができる戻り線１２６を含むことができる。戻り線１２６は、導電性プローブとＤＵＴとの間に回路を完成させることができ、プローブでＤＵＴに印加される電圧は戻り線１２６を通して信号測定回路に電流を逆流させることができる。

戻り線１２６は、信号チャネルとしても使用され得る。いくつかの実施形態において、戻り線１２６は、信号測定回路１１８の入力チャネルに接続され得る。信号測定回路１１８は、サンプルまたはサンプルステージ１１０を通る電流を測定することができる。たとえば、サンプルまたはサンプルステージ１１０を通して吸収された正味電流は、信号測定回路１１８によって検出され得る。この正味電流吸収測定は、たとえば、プローブ先端を通して吸収される正味電流を測定する代わりに（またはそれに加えて）サンプルステージを通して吸収される正味電流を測定することによってプローブ先端ロケーションを決定するために使用され得る。ＣＰＢは、サンプルまたはサンプルステージ１１０と相互作用して、電流を戻り線１２６に通して信号測定回路１１８内に流れ込ませることができる。プローブ先端およびＣＢＰは、以下で説明されているように、交差することができる。プローブ先端とＣＰＢとが交差するときに、プローブ先端は、ＣＰＢがサンプルまたはサンプルステージ１１０と相互作用するのを本質的にブロックすることができる。サンプルステージからの電流プロファイルは、プローブ先端がＣＰＢをブロックする前後に作成される電流プロファイルを見ることによってプローブ先端ロケーションをマッピングするために使用され得る。

ＤＵＴは、抵抗器またはトランジスタなどの回路素子であるか、またはＤＵＴは、トランジスタソースまたはトランジスタドレインコンタクトなどの回路素子に対するランディングパッドまたはコンタクトパッドまたは他の電極とすることができる。チップ上のデバイスまたは材料に電気的に接触させるための他のランディングエリアは、ＤＵＴと呼ぶことができる。

自動化プローブランディングシステム１００は、１つまたは複数のナノプローバ１１２を含む。ナノプローバ１１２は、ナノメートルまたはそれよりもよい（すなわち、サブナノメートル）分解能のモーションが可能な任意のデバイスを含むことができる。ナノプローバ１１２は、１つまたは複数のプローブ１１４を搭載することができる。プローブ１１４は、走査トンネル顕微鏡法に使用されるような先細り端部を含む金属線（たとえば、タングステン線）、または任意の他の導電性材料とすることができる。

ナノプローバ１１２または複数のナノプローバ（図示されているような）は、ＣＰＢ撮像システム１０２の内部で使用され、それによりサンプルに関する追加の情報を取得することができる。各ナノプローバ１１２は、モーション制御システム１２２によって制御され得る。ナノプローバ１１２は、真空チャンバの側壁または真空チャンバのドアなど、真空パススルー１１６を通してモーション制御システム１２２に電気的に接続される。図１Ａに示されている実施形態において、ナノプローバ１１２は、真空チャンバ１０４の天井に固定され得る。典型的には、ＣＰＢシステムに対する真空チャンバ１０４は、大型で重い機器であり、このことが機械的安定性をもたらす。ナノプローバ１１２を真空チャンバ１０４の天井に固定することで、ナノプローバに機械的安定性を与えることができる。

図１Ｂをざっと見てみると、図１Ｂは、本開示の実施形態による自動化プローブランディングシステム１５０および荷電粒子ビームシステム１０２の別の実施形態の概略図である。自動化プローブランディングシステム１５０は、本明細書において説明されている自動化プローブランディングシステム１００に似ているが、装着リング１５４を含む。装着リング１５４は、ＣＰＢカラムに固定されるか、またはＣＰＢカラムを取り囲み、真空チャンバ１０４の天井に固定され得る。ナノプローバ１１２は、装着リング１５４に固定され得る。装着リング１５４の利点は、真空圧の問題を生じさせる可能性のある、真空チャンバ１０４に装着穴を開ける必要がないことである。その代わりに、装着リング１５４は、ブラケットまたは他のメカニズムを使用してＣＰＢカラム１０６に動かないように固定され得る。装着リング１５４の追加の利点は、装着リング１５４の中心がＣＰＢカラム１０６と同軸になるように装着リング１５４が構造化され得ることである。装着リング１５４は、ＣＰＢカラムと同軸であり、荷電粒子ビームそれ自体と同軸である原点の周りの知られている固定されたロケーションにナノプローバ１１２を固定することができる。

再び図１Ａを参照すると、モーション制御システム１２２は、ナノプローバ１１２に直接結合され得るか、またはコンピュータシステム１２０などの、中間電子機器を通して、ナノプローバに接続され得る。モーション制御システム１２２は、ナノプローバ１１２を移動させる、またはプローブ１１４を移動させるための電気信号をナノプローバに送ることができる任意のタイプの制御システムであり得る。モーション制御システム１２２は、自動化方式で（すなわち、オペレータ入力なしで）ナノプローバ１１２を移動させるか、またはプローブ１１４を移動させることができる。モーション制御システム１２２および／またはコンピュータ１２０は、非一時的媒体上に具現化されるソフトウェアまたはファームウェアを含むことができる。ソフトウェアまたはファームウェアは、実行されたときにモーション制御システム１２２にナノプローバ１１２を動作させプローブを１つまたは複数の方向に移動させる命令を含むことができる。たとえば、モーション制御システム１２２は、プローブがＤＵＴの表面上にランディングしていることを示すプローブ１１４から受信された電気的情報に応答し、プローブをＤＵＴに向けて動かすことを停止することができる。モーション制御システム１２２は、試験の完了に応答してプローブを上方に移動させ、ＤＵＴから遠ざけることもできる。

自動化プローブランディングシステム１００は、信号測定回路１１８も備える。信号測定回路１１８は、プローブ１１４に電気信号を印加し、プローブ１１４を通してサンプルから電気信号を受信するための回路を備えることができる。信号測定回路１１８は、戻り線１２６を通して信号を受信することもできる。信号測定回路１１８は、真空パススルー１１６を通してプローブ１１４と通信することができる。信号測定回路１１８は、コンピュータ１２０および／またはモーション制御システム１２２に信号を提供することができる。たとえば、プローブ１１４からの生データは、信号測定回路１１８を通して、インピーダンスの大きさの値および／または電圧と電流との間の位相角（説明を容易にするために、電圧と電流との間の位相角は単に「位相角」と称される）を計算することができるコンピュータ１２０に送られ得る。インピーダンスおよび／または位相角は、また、本開示の範囲から逸脱することなく信号測定回路１１８によって計算され得る。信号測定回路１１８は、信号測定回路１１８からの信号を使用してナノプローバ１１２を自動的に制御することができる、モーション制御システム１２２に信号を提供することもできる。

信号測定回路１１８および運動制御システム１２２の各々は、個別のハードウェアユニットとすることができるか、またはコンピュータ１２０の一部などの単一のユニットにパッケージ化されてもよい。信号測定回路１１８、モーション制御システム１２２、およびコンピュータ１２０をパッケージングすることの任意の組合せが、本開示によって企図されている。それに加えて、図示されないが、信号測定回路１１８またはモーション制御システム１２２の一方もしくは両方は、ナノプローバ１１２上に置かれているか、またはナノプローバとともにある、もしくはナノプローバの近くにある回路を用いて実装され得る。ナノプローバ１１２は、また、バッテリーまたは他のモジュール式電源を使用して給電されてもよい。そのような実装形態の選択で、信号測定、ナノプローバ制御、および電源供給に使用される外部ケーブルの数を減らす。

コンピュータ１２０は、１つまたは複数のハードウェアプロセッサ、メモリ、ストレージ、およびマウス、キーボード、モニター、ジョイスティック、もしくは他のタイプのユーザインターフェースなどのユーザインターフェースコンポーネントを含む周辺コンポーネントを備えることができる。コンピュータ１２０は、オペレータがＣＰＢシステム１０２を制御することを可能にするためのソフトウェアを含むことができる。モニターは、ナノプローバ１１２の動作のリアルタイム撮像を含む、ＣＰＢシステム１０２によって作成された画像を閲覧ために使用され得る。コンピュータ１２０は、信号測定、信号計算を実行し、テストを実行し、ナノプローバを自動化し、情報の記憶し、自動化プローブ移動およびランディングおよびデバイス検査に関連付けられている他のタスクを実行するためのハードウェアおよびソフトウェアを含むことができる。コンピュータ１２０は、本明細書において説明されているように、信号測定回路およびモーション制御のハードウェアおよびソフトウェアを含むことができる。

図２は、本開示の実施形態による荷電粒子ビーム撮像システムの真空チャンバ内のサンプルステージより上にある４つのナノプローバの概略トップダウン図である。図２は、図１Ａまたは図１Ｂの自動化プローブランディングシステムのトップダウン図を示している。自動化プローブランディングシステムは、４つのナノプローバ１１２ａ～１１２ｄを含む。各ナノプローバ１１２ａ～１１２ｄは、粗調整ポジショナー２０２および微調整ポジショナー２０４を含む。粗調整ポジショナー２０２および微調整ポジショナー２０４の各々は、モーション制御システム１２２によって制御され得る。モーション制御システム１２２は、粗調整ポジショナー２０２および微調整ポジショナー２０４を制御して、Ｘ方向、Ｙ方向、またはＺ方向に移動させることができる（当業者であれば、物理的空間および物理的空間内の移動を記述するために、極座標などの他の座標系が使用され得ることを知るであろう）。

図２に示されているように、ナノプローバは、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の粗動を含む。粗動は、アクチュエータを使用して実行され得る。また、ナノプローバは、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向への微動を含む。微動は、圧電材料を使用して実行され得る。粗動および微動のための他のメカニズムは、各々真空と親和性があり、所望の移動分解能を達成するものである場合に、使用され得る。

ＣＰＢ撮像システム内に置かれるナノプロービングシステムは、各プローブの位置を制御するために人間に依存していた。実施形態では、モーション制御システム１２２は、手動操作され得る。手動操作されるときに、オペレータは、ジョイスティック、マウス、キーボード、スマートデバイス、またはオペレータによって制御される他のインターフェースなどの、制御インターフェースを介してナノプローバに制御命令または信号を送る。モーション制御システム１２２は、オペレータの信号を、ナノプローバの細動または粗動を作動させる電気信号に変換することができる。ディスプレイ上のライブ（たとえば、ＳＥＭ）画像を視覚的に観察しているオペレータは、ソフトウェア制御またはハードウェアコントローラを使用してプローブを動かすことができる。このタイプの制御は「オープンループ」であり、ターゲット設定はオペレータによって遂行される。本質的に、オペレータは、ＣＰＢ撮像システムの画像内のターゲットとなるコンタクトポイントを見て、同じ画像内のプローブ先端を見る。次いで、オペレータは、ジョイスティック、マウスモーション、または他の任意のコントローラを使用して制御ソフトウェアへの入力を行い、プローブを移動してターゲット点に接触させる。

半導体デバイスの原位置テストのための手動プロービングは、時間と労力を要するプロセスである。本開示では、プロービングデバイスの手動操作なしで一桁ナノメートル特徴サイズの原位置テストが達成され得るように原位置ナノプローバ制御の自動化を円滑にするプローブ先端のロケーションを決定するシステムおよびデバイスについて説明する。オペレータがいなくてもテストを実行できるようにナノプローバを自動化するために、テスト環境内で動作する１つまたは複数の独立したシステムの基準フレームが相関されるべきである（たとえば、変換行列、ルックアップテーブル、数式などを使用する）。テスト環境の自動化を制御するコンピューティングシステムは、ＤＵＴと導電性プローブの先端との相対位置を決定するために独立した基準フレームの相関に頼ることができる。導電性プローブの先端は、ＤＵＴとテスト回路およびソフトウェアとの間のインターフェースを表している。自動化システムでは、テスト環境を制御するコンピューティングシステムがＤＵＴに関してプローブ先端のロケーションを把握していない限り、ＤＵＴの正確なテストは実行され得ない。コンピューティングシステムは、最初に、プローブ先端の基準フレーム内のプローブ先端のロケーションを決定し、次いで、そのロケーションを、ＤＵＴの基準フレーム内のプローブ先端のロケーションを表す情報に変換することができる。

コンピューティングシステムは、ＣＰＢと導電性プローブとの交差からの正味電流吸収を測定して、導電性プローブに対する電流プロファイルを作成することができる。電流プロファイルは、プローブに沿ってＣＰＢが交差している場所を指示することができる。プローブまたはＣＰＢは、先端を見つけるために再配置することができる。電流吸収プロファイルは、ＣＰＢがプローブ先端と交差していると決定するために使用され得る。正味電流吸収は、システムの構成、プローブまたはサンプルに遭遇したときの電子の反応などに応じて、正または負の値をとり得る。

ＣＰＢ撮像システム内で動作するナノプロービングシステムは、各プローブの位置を制御するために人間に依存していた。ディスプレイ上のライブ（たとえば、ＳＥＭ）画像を視覚的に観察しているオペレータが、ソフトウェア制御またはハードウェアコントローラを使用してプローブを移動する。このタイプの制御は「オープンループ」であり、ターゲット設定はオペレータによって遂行される。本質的に、オペレータは、ＣＰＢ撮像システムの画像内のターゲットとなるコンタクトポイントを見て、同じ画像内のプローブ先端を見る。次いで、オペレータは、ジョイスティック、マウスモーション、または他の任意のコントローラを使用して制御ソフトウェアへの入力を行い、プローブを移動してターゲット点に接触させる。

このオープンループの人間操作制御は、ＣＰＢ撮像システムとナノプローバの座標系間の相関に依存しない。人間オペレータは、手動制御システムおよび視覚的フィードバックを使用してＣＰＢ座標系内でナノプローバのプローブを視覚的に誘導することができる。しかしながら、ナノプローバの座標系とＣＰＢ撮像システムの座標系とを相関させることは、自動化および分析のスループットを高める。言い換えれば、自動化は、ＣＰＢ撮像システムの原位置電気的および／または機械的分析アプリケーションのスループットを向上させることができる。自動化は、ナノプローバ座標系と荷電粒子ビーム撮像システム座標系とを相関させることによって円滑にされ、それによりコマンドのセットがソフトウェアを介して発行され、人間オペレータがいなくてもナノプローバを制御することができる。自動化ソフトウェアは、プローブ先端がＤＵＴに関してどこにあるかを知ることによってＤＵＴに接触するようにプローブ先端を移動させることができる。

自動化システムが苦手とする追加の問題は、背景にサンプル特徴を有する走査粒子ビーム画像からプローブ先端ロケーションを解読することである。プローブ先端の真下にサンプルがある場合、画像は小さな特徴により乱され得る。自動化システムについては、これらの特徴は、多くの場合に、上記のプローブ先端と見分けがつかない。人間オペレータは、目視検査を通じてプローブ先端の真の正確なロケーションを決定することができるが、同じことが自動化システムには当てはまらない。本開示は、プローブ先端が表面特徴から区別可能となり得るようにプローブ先端の電気的プロファイルをマッピングすることを説明する。

本開示は、非視覚的技術を使用してＣＰＢ撮像システム内のプローブ先端ロケーションを識別することを説明し、また荷電粒子ビーム撮像システムに対する原位置での荷電粒子ビーム座標系からプローブポジショナー座標系への変換を説明する。この変換が行われた後、対応するナノプローブに対する符号化されたプローブ先端ロケーションは、荷電粒子ビーム座標系内に知られる。そこで、プローブ先端は、プローブポジショナーの範囲限度内にある荷電粒子ビーム座標系を基準として任意の特徴の真上に位置決めされ得る。この機能は、人間制御インターフェースの介助なしでプローブ先端をサンプル、チップ、またはウェハの特定の所定の特徴に接触させる自動化プロービングシステムを円滑にする。本開示の１つの利点は、プローブ先端のロケーションを識別するために画像処理を必要としないか、または使用しないことである。画像処理は、大量の計算を必要とし、プローブ先端ロケーション精度は、プローブ先端識別をさらに難しくする画像背景クラッタによって影響を受け得る。それに加えて、プローブ先端ロケーションは、画像処理技術に関連する高いコストをかけることなく、ドリフトを考慮するために定期的に迅速に再キャリブレートされ得る。

本開示のために、荷電粒子ビーム撮像システムのＸ－Ｙ座標平面は、荷電粒子ビームそれ自体に直交する平面であると定義される。また、荷電粒子ビーム撮像システムのＺ方向は、荷電粒子ビームに平行な方向に沿っているものと定義される。プローブ先端のＺ軸マッピングは、プローブ先端のＸ－Ｙマッピングの前に行われると想定される。プローブ先端をＺ軸マッピングすることは、プローブ先端が意図された作業平面で荷電粒子ビームに遭遇することを確実にする。それに加えて、プローブ先端のＺ軸マッピングは、ターゲットサンプルおよびプローブが安全に同じ作業平面を占有することができる前に実行されるが、そうしないと、プローブ先端とサンプルが制御されずに接触してしまう結果、プローブおよび／またはサンプルが致命的な損傷を受ける可能性がある。Ｚ軸のマッピングについては以下で説明される。

作業平面は、オペレータによって各特徴が視覚的に観察され得る分解能で信号収集が実行される所定の平面である（ただし、観察は自動化の必要条件ではない）。作業平面は、ＣＰＢ光学系の物理的設計のせいでＣＰＢ撮像システムが焦点を合わせる場所である。サンプル、プローブ、およびＣＰＢの焦点は、作業平面内で観察され得る。実際、ＣＰＢ撮像システムは、焦点が合っていると判断される画像を与える最も近い物体と最も遠い物体との間の距離を定義する被写界深度Ｄ内で機能することができる。

ウェハ検査／点検システムにおける座標系のアライメント
次に、パターン付きウェハ、ウェハステージ（Ｘ－Ｙ軸）、およびビーム走査により形成される画像の直線座標系をアライメントすることについて説明する。ステージのモーションまたは位置の読み取り欠陥などの非線形誤差源は通常マッピングアウトされるが、このプロセスについてはここでは説明しない。このアライメントプロセスは、プローブ先端ロケーションとＣＰＢ撮像基準フレームとを相関させる変換行列を構築するための例示的な技術を例示するために記述されている。一般的に、ＤＵＴを載せたサンプルは、サンプルによって運ばれる各デバイスのロケーションを指定するＣＡＤマップに関連付けられる。サンプルは、ＣＰＢ撮像システム内でサンプルをアライメントするために使用され得る注目する特徴を含むことができる。

アライメントプロセス
１）プリアライメント：ウェハノッチを使用する粗アライメント（機械的プリアライメント）、
２）大域的アライメント：ウェハ座標とステージ座標との間のアライメント（ソフトウェアおよびパターンのＣＡＤを使用する大域的画像ベースのアライメント）、
３）ＣＰＢシステムのワークポイント画像アライメント（ｗｏｒｋｐｏｉｎｔｉｍａｇｅａｌｉｇｎｍｅｎｔ）：ステージ座標とビーム走査座標との間のアライメント、
４）プローブ先端のアライメント。

プリアライメント
ウェハがステージに装填される前に、ウェハはその端にある物理的ノッチを探し求めて回転させられる。ウェハノッチ、ウェハ平坦部、またはウェハもしくはサンプル上の他の識別可能な特徴は、サンプルの粗アライメントに使用され得る。識別可能な特徴は、ＣＰＢ撮像システム内の直線的アライメントおよびＣＰＢ撮像システム内のサンプルの回転方向の両方を補助することができる。典型的には、ウェハノッチまたは平坦部は、ＣＡＤマップを解釈するのを助ける真の方向を示すガイドポストとして使用され得る。プリアライメントまたは粗アライメントは、ロボットアームによって原位置で、またはオペレータがＣＰＢ撮像システム内のステージにサンプルを置くことによって実行され得る。回転角および並進ベクトル（原点のＸ－Ｙシフト）は、ステージ上に装填された後、残差がアライメントプロセスにおける次のステップの探索範囲内にあるように計算される。

大域的アライメント（ウェハからステージへ）
この段階では、ウェハ上の印刷パターンの座標系をステージの座標系にアライメントする。事前学習ターゲットが、中心から端に向かう一連のステップで探索される（誤差は端で最大化される）。各ステップで、高倍率光学顕微鏡、ＳＥＭそれ自体、またはその両方を使用して画像が取得される。画像は、ソフトウェアによって評価され、印刷パターンのＣＡＤマップ（または保存済み画像サンプル）と比較される。画像内のパターンの予想ロケーションとそれが検出された実際のロケーションとの間のシフトは、変換係数を計算するために使用される。特に、システムは、ウェハにまたがる少なくとも３つのロケーション（ほとんど場合、精度および平均測定誤差を改善するためにより多くのロケーションが使用される）を使用して、回転角、並進ベクトル（Ｘ，Ｙ）、拡大ベクトル（Ｘ，Ｙ）、および軸垂直度を計算する。これは、ステージとウェハ（ＣＡＤ）座標間の完全な線形変換行列である。これが完了すると、この変換行列は、ステージがサンプルパターン（ＣＡＤ）の座標系を使用してウェハ上の任意の点に移動することを可能にする。

ＣＰＢ撮像システムのワークポイントアライメント（ＷｏｒｋｐｏｉｎｔＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）
座標系パラメータを含む撮像プロパティは、システムキャリブレーションの一部として行われ、ウェハ固有のアライメントプロセスの一部ではない。回転、センタリング（並進）、倍率、および垂直度は、標準キャリブレーションウェハを使用して各ＣＰＢシステムワークポイント（ランディングエネルギーおよびビームステアリングパラメータ）についてキャリブレートされる。これらのパラメータは、システムのキャリブレーションファイルに記憶され、大きなシステム中断（メンテナンスまたは故障）の後にのみ再度参照される。

ＳＥＭ画像を使用したターゲット取得
この段階は、すでに完了している所定の大域的アライメントを使用する。ステージはＣＡＤ座標にブラインドステップ（ｂｌｉｎｄｓｔｅｐ）する。画像は、ＳＥＭを使用して撮影される。画像は、ソフトウェアによって評価され、印刷パターンのＣＡＤマップと比較される。画像内のパターンの予想ロケーションと検出された実際のロケーションとの間のシフトは、残差並進ベクトルを（画像ピクセル単位で）計算するために使用される。ピクセルサイズが知られているとすれば（ＳＥＭ内にコマンドで入れられる）、画像サイズにおける特徴の正確なロケーションは、変換行列を通してＣＡＤに逆に直接関係付けられる。この時点で、われわれはＣＡＤに関係する画像特徴の非常に正確なロケーションを有する。

プローブ先端のアライメント
本開示は、非視覚的技術を使用してＣＰＢ撮像システムに対して原位置でナノプローバシステムのプローブ先端を識別すること、およびプローブ先端座標系（または複数のプローブ先端座標系）を荷電粒子ビーム撮像システム座標系に相関させることを説明する。プローブ先端ロケーションとＣＰＢ撮像システムの基準フレームとを相関させることで、サンプルに対する変換行列の作成が完了する。変換行列は、異なるサンプルについて作成され、各変換行列は、プローブ先端の定位および相関プロセスによって「完成」させることができる。プローブ先端または複数のプローブ先端の座標系が荷電粒子ビーム座標系に関係付けられた後、これらは、次いで、ステージ座標系およびサンプル（たとえば、ＣＡＤ）座標系の両方に関係付けられる。これらの座標系変換行列が完成した後、プローブまたは複数のプローブは、サンプル（たとえば、ＣＡＤ）座標に移動され得る。プローブ先端の定位を完遂するためのいくつかの実施形態が説明される。

この時点で、完全なシーケンスは、所与のＣＡＤ構造上の自動化プローブ制御およびＤＵＴテストを円滑にする。代替的に、ＣＡＤファイルを事前学習された画像で代用することができる。

ＣＡＤマップを有する半導体サンプル以外の他のタイプのサンプルも、同様の方法でプローブ座標系に関係付けられ得る。

図３～図４に例示されている第１の例示的な実施形態では、プローブ先端ロケーションの決定は、静的な、動かない、荷電粒子ビームを用いて実行されことが説明されている（たとえば、スポットモードでのＣＰＢ）。図５～図６に例示されている例示的な第２の実施形態において、荷電粒子ビームをプローブ先端のＹ軸を横切るモーションの直線方向に移動しながら固定されているプローブ先端位置を保持することによってプローブ先端ロケーションまたは複数のプローブ先端ロケーションを決定することを説明している。図７に例示されている第３の例示的な実施形態は、ビームがプローブの独立したＹ軸の各々を横切るように荷電粒子ビームを円運動で動かしながらプローブまたはプローブの位置を固定して保持することによってプローブ先端ロケーションまたは複数のプローブ先端のロケーションを決定することを説明している。第４の例示的な実施形態は、これらの技術が、ＣＰＢシステムのＺ軸に沿ってプローブ先端または複数のプローブ先端を配置するためにどのように使用されるかを説明している。第５の例示的な実施形態は、プローブ先端位置決めメカニズムのスケールとモーションの角度とをキャリブレートするために、本明細書において説明されている技術がどのように使用されるかを説明している。

各実施形態において、システムは、各プローブの吸収電荷または散乱電荷を監視し、ビームが各プローブ先端と一致することを監視されている値が示す瞬間に荷電粒子ビームの位置を記録し、それにより、画像処理なしでプローブ先端または複数のプローブ先端を配置することになる。図４に、プローブ交差位置と比較した吸収電流プロファイルの一例が示されている。

これらの実施形態は、荷電粒子ビームシステム内のナノプローバによる完全自動化サンプル検査を円滑にする。

再び図１Ａ～図１Ｂにざっと見てみると、本システムは、ロケーション符号化サンプルステージを含み、真空チャンバの内部でロケーション符号化位置決めシステムを支持する荷電粒子ビーム撮像システムを備える。ロケーション符号化位置決めシステムは、サンプルステージ上に装着されたサンプルの電気的試験のために、プローブ先端を保持し、移動する。本明細書において説明されているプローブ先端ロケーション機能については、充電電流測定のために電流モニター（信号測定回路）がプローブ先端に接続されている。これらの測定値は、プローブ先端と荷電粒子ビームの一致するロケーションを決定するために使用される。

以下は、システムをキャリブレートするオペレータによって、またはアルゴリズムを実行するコンピュータによって実行され得る。たとえば、測定および制御システムは、ＣＰＢからプローブによって吸収された電荷を示す信号を受信する回路を備えることができる。この信号は、プローブ先端がＣＰＢと交差していることを示す所定の吸収プロファイルに到達するまでプローブ先端を移動するために制御システムに送信され得る。制御システムは、プローブ先端が配置されるまでプローブをスネーク走査またはラスターで自動的に移動する回路およびソフトウェアを含むことができる。プローブ先端が配置された後、制御システムはプローブ先端ロケーションを検証するために先端を動かし続けることができる（たとえば、ＣＰＢと交差しないようにプローブ先端を動かし、その後再びＣＰＢ内に移動させる）か、または制御システムはプローブ先端の移動を停止することができる。

同様に、ＣＰＢのための制御システムは、プローブ先端が配置されるまでＣＰＢを移動させることができる。

第１の実施形態：プローブ＆固定ビームを移動する
図３は、本開示の実施形態による、サンプルステージ座標系に重ね合わせた例示的なプローブ先端座標系の概略図３００である。図３において、ＣＰＢ３０２が静止状態に保持されている間に（たとえば、スポットモードで）プローブ先端１１４は移動される。サンプルステージ１１０は、図示されているサンプルステージ基準フレーム３０８を有する。サンプルステージ座標基準フレーム３０８は、ＣＰＢ撮像システム座標フレームと同じではない。プローブ先端座標基準フレーム３０６は、Ｘ’－Ｙ’フレームとして示されている。

当初、サンプルおよびプローブを保護するために、ターゲットサンプルは、意図しない無制御のプローブ先端とサンプルとの接触を回避するために意図された作業平面より下（たとえば、Ｚ方向）に下げるができる。プローブ先端のＺ軸マッピングが実行された場合、ターゲットサンプルは、最小量だけ下げられるか、またはこのステップはスキップされ得る。

ＣＰＢ３０２は、移動するプローブ先端１１４が静的なＣＰＢ３０２に遭遇したときに、プローブ１１４が電流監視システムによって検出されるように静的な知られている位置に設定される。たとえば、ＣＰＢ３０２は、ビームのＸ－Ｙ走査範囲の中心（ビーム原点）への静的なロケーションにより、またはＤＵＴから離れるビーム原点からオフセットされた何らかのロケーションで位置決めされることもあり得る。いくつかの実施形態において、ＣＰＢを静的な位置に設定することは、スポットモードとして知られている。ビームによって放出される電荷の量は、システムの要件または他の要因に基づき事前決定され得る。

ＣＰＢ３０２の焦点は、プローブ先端がＣＰＢＺ軸に沿って配置されることが予想される意図された作業平面に設定される。最も高い分解能でプローブ先端を配置する機能は、ビーム焦点およびプローブ先端がＣＰＢＺ軸に沿って同じロケーションにある場合の機能である。注目すべきは、プローブがビーム焦点面とは無関係に電荷を吸収するが、ビームからの電荷密度は焦点面において最も高くなることである。

プローブ１１４は、モーション制御システムによってプローブのＹ’軸（先端長手方向軸）に沿った方向に移動されビームＸ－Ｙ走査範囲内に入り、それによりプローブ先端は最終的に静的なＣＰＢ３０２に接触する。また、プローブ１１４は、プローブ１１４の先端がＣＰＢ３０２と交差するまでＸ’方向および－Ｘ’方向に移動することができる。プローブ１１４の先端を見つけるために、プローブ先端３０４の運動は、Ｘ’－Ｙ’平面内の段階的ラスター並進移動によって特徴付けられる。この移動は、粗動または微動を使用して行うことができる。移動の方向は任意であり、他の実装形態の選択も使用することができる。また、基準フレーム方向（Ｘ’およびＹ’およびＺ’）もまた任意である。プローブ先端３０４のモーションは、プラスとマイナスのＸ’軸（プローブ先端のＹ’軸とＺ’軸とに直交する）方向に沿って交互することができる。プローブ先端がその交互するプラスとマイナスのプローブ先端Ｘ’軸の移動を完了した後、プローブ先端Ｙ’軸は、小さい定義済みの量だけ後退する（たとえば、プローブ先端はスネーク走査または修正ラスター走査のように移動する）。

プローブ１１４によって吸収される荷電粒子電流は、高利得、高帯域幅の電流増幅器または荷電粒子検出器を使用して監視され得る。この監視されている電流は、（たとえば）プローブのＸ’軸に沿って並進しながらＣＰＢ３０２に遭遇する際にプローブ１１４によって吸収された（または散乱された）正味電流である。図４は、ＣＰＢの位置に関するプローブの様々なＸ’位置に対する吸収電流プロファイルを示す。プローブを通る電流を検出することができる他の電流検出回路も使用され得る。

第１のプロファイル４０４は、第１の位置Ｙ１４０２で交差するプローブ１１４およびＣＰＢ３０２を示す。プローブ１１４の断面が広くなっている結果として、広い電流吸収プロファイル４０４が得られる。吸収電流プロファイル４０４は、ＣＰＢ３０２がプローブ１１４と交差しているが、プローブ１１４の先端から離れた位置にあることをコントローラシステムに指示することができる。プローブ１１４は、移動され、吸収電流プロファイルが監視され得る。プロファイルが広くなると、プローブは、先端をＣＰＢ３０２からさらに離す方向に移動したことになる。

しかしながら、プローブ１１４が位置Ｙ２４０６でＣＰＢ３０２と交差するときに、プロファイル４０８によって示されるように、吸収電流プロファイルの幅が狭くなった場合、コントローラシステムは、プロファイルの変化を、プローブ１１４の先端がＣＰＢ３０２に近いことを意味すると解釈することができる。コントローラシステムは、プローブ１１４の先端が見つかるまでプローブ１１４を同じ方向に移動させることができる。実施形態において、プローブ１１４は、信号が検出されなくなるまで移動することができ、これは、プローブ１１４がＣＰＢ３０２と交差していないことを意味する。次いで、プローブ１１４は、反対方向へ移動し、ＣＰＢ３０２と交差するときにプローブ１１４の先端を見つけることができる。電流吸収プロファイル４１２は、プローブ１１４の先端に対する例示的な電流プロファイルを示す。

いくつかの条件の下では、吸収電流プロファイルは、正または負をとり得る、正味吸収電流に基づくことができる。信号測定回路は、電流を監視し、プローブ－ビーム相互作用から正味吸収電流を決定することができる。したがって、信号測定リング回路は、プローブ１１４とＣＰＢ３０２との間の相互作用からの吸収電流の変化を監視することができる。信号測定回路またはコンピュータコントローラは、吸収電流の変化をプローブ１１４の位置と相関させることができる。吸収電流とプローブ先端位置との相関は、吸収電流プロファイルおよびプローブ交差に関する履歴情報を、絶対プローブロケーション情報（たとえば、符号化済みナノプローバからの）とともに使用して行うことができる。図４に示されているように、吸収電流プロファイル４１２は、プローブ先端（Ｘ’ｎ，Ｙ’３）４１０のロケーションと相関する。ナノプローバ基準フレーム内のこのロケーションは、次いで、変換行列を使用してＣＰＢ撮像装置基準フレームと相関させることができる。

吸収電流プロファイルは、プローブ１１４を通る正味吸収電流を使用して作成され得る。それに加えて（または代替的に）、ＣＰＢ撮像システムの軸外検出器（たとえば、図１Ａの電子検出器１０８）は、電流を測定することによってプローブとビームとの相互作用を決定するために使用され得る。軸外検出器は、たとえば、散乱電子を収集するために、またそれらの電子を使用して画像をレンダリングする代わりに、コンピュータシステムは、そのデータを使用して、散乱電子の値に基づきプローブ先端プロファイルを作成し、次いでプロファイルを使用してプローブ先端を見つけることができる。しかしながら、下にあるサンプルはデータを混乱させ得るが、プローブに吸収された電流を使用することにはこの問題はない。とは言うものの、静止したビームについては、プローブが移動するときに下にあるサンプルステージからの電子は変化せず、プローブ先端の電子のみが変化する。したがって、これらの変化は、サンプルからの電子値を取り扱うために信号をフィルタ処理するかまたはバイアスをかけることによってプローブ先端ロケーションを割り出すために使用され得る。プローブ先端を通る電流吸収を利用する別の利点は、複雑で高価な撮像機器およびグラフィック処理ソフトウェアを使用せずに、信号測定回路が簡略化され得る点である。

ビームを移動することは、ＣＰＢ撮像システムがプローブより下の表面／サンプルから情報を収集することができるという点で類似の問題を有する。プローブを移動することには、ビームが固定されたままであるという利点がある。並進移動するプローブ先端の縁がＣＰＢ３０２に遭遇したときに、監視されている電流はより高い値を有する。荷電粒子ビームを横切るプローブ先端の縁は、監視されている電流の最も急な勾配に対応する。ＣＰＢ３０２およびプローブ１１４が一致する場合、監視されている電流の振幅は、単位面積当たりのＣＰＢ電流に比例する。

監視されているプローブ吸収電流のより高い値の急勾配の縁は、４１２に示されているように、プローブ先端がマイナスのプローブＹ’軸方向に後退するときに１つの急勾配の縁に合併する。プローブＹ’軸に沿ったプローブ先端のロケーションは、プローブの監視されている吸収電流がベースラインレベルまで減少し、プローブ先端がもはや荷電粒子ビームに遭遇しなくなった位置で示されることになる。

注目すべきは、ＣＰＢがＣＰＢ基準フレーム内の知られているロケーションで安定状態に保持される（たとえば、固定される）ことである。このロケーションは、ナノプローバ基準フレーム内のプローブ先端ロケーションをＣＰＢ基準フレームに（次いでＤＵＴ基準フレームに）変換するために後で使用され得る。最終的に、プローブ先端ロケーションは、ＤＵＴ基準フレーム内で決定され、所望のサンプルロケーションにおいてＤＵＴ上へのプローブ先端の自動ランディングを円滑にする。

第２の実施形態：固定したプローブとともにビームを移動する
図５は、本開示の実施形態による、０度の走査角度による走査電子ビームの例示的な一実施形態の概略図５００である。図６は、本開示の実施形態による、非０度の走査角度による走査電子ビームの例示的な一実施形態の概略図６００である。この実施形態では、プローブは静止状態に保持され、ビームは各プローブを横切って移動される。静止プローブプロセスにより移動ビームを実行するために、ターゲットサンプルは、意図されたビーム作業平面より下に下げられる。これは、プローブ先端のＺ軸マッピングが実行されたことを仮定している。ビームは、Ｘ－Ｙ走査モードに設定され、ビームの焦点は、意図された作業平面に設定される。知られているプローブ先端ロケーションまたは複数のプローブ先端ロケーションの不確実性誤差の範囲内で、プローブまたは複数のプローブが荷電粒子ビーム走査エリア内に位置決めされ得る。

図５および図６は、異なる位置にある３つのプローブ先端１１４ａ、１１４ｂ、および１１４ｃを示しており、各々互いにならびにステージフレーム３０８およびビームフレーム５０２および５０２’に関して固有のＸ－Ｙ座標フレームを有している。ＣＰＢは、サンプルステージフレームに関する（しかし、静止したプローブにも関する）ビーム走査角度を有することができる。たとえば、図５において、ＣＰＢは、サンプルステージフレームに関して０度のビーム走査角度５０４を有することができる（図５において、ビーム走査角度は、走査ビームフレーム５０２およびサンプルステージフレーム３０８の両方のＸ軸に平行である）。このビーム走査角度５０４は、サンプルステージフレームに関するビーム走査方向の角度を表している。図５では、ＣＰＢは、サンプルステージフレームのＸ軸に関して角度０度で走査する。

図５を見るとわかるように、プローブ＃３１１４ｃは、ビーム走査角度５０２が０度に設定される場合に本明細書において説明されている吸収電流プロファイルを使用して配置することは困難であろう。ビームＸ軸に関するプローブの角度は浅すぎて、監視されている吸収電流の予想される挙動をもたらすことができない。

図６において、ビーム走査角度６０４は、走査ビームフレーム５０２’内のビームＸ’軸が単一のプローブまたはプローブのグループにおおよそ直交するようにθ（シータ）に設定され、θはゼロではない。図６では、走査方向は、走査ビームフレーム５０２’のＸ’軸に沿っており、実質的に、走査ビームフレームをθだけ回転させる。そこで、プローブ＃３１１４ｃは、走査角度θを有するプローブのグループに好適な追加である。

ビームは、ビームＹ’軸位置をゆっくり変化させながら、Ｘ’方向（走査ビームＸ’方向）に前後に走査され得る。また、高速な戻り（もしくはフライバック）でＸ’方向にビームを走査すること、または戻る際にビームブランキングすることも好適な方法である。

プローブ先端吸収荷電粒子電流は、高利得、高帯域幅の電流増幅器または荷電粒子検出器または他のタイプの信号測定回路を使用して監視され得る。この監視されている電流は、ビームがビームＸ’軸方向に移動し、静止したプローブ先端に遭遇したときにプローブ先端によって吸収されるか、または散乱される電流である（たとえば、図４参照）。監視されている電流は、並進する荷電粒子ビームがプローブ先端の縁に遭遇するときに高い値を有する。プローブ先端の縁を横切る荷電粒子ビームは、監視されている電流の最も急な勾配に対応する。

荷電粒子ビームがプラスおよびマイナスのビームＸ’軸において交互しながら並進移動する間に、ビームＹ’軸はプローブまたはプローブのグループにおおよそ沿って前進する。監視されているプローブ吸収電流のより高い値の急勾配の縁は、ビームがプラスのプローブＹ軸方向に前進するにつれて１つの急勾配の縁に合併する。

プローブＹ軸に沿ったプローブ先端のロケーションは、プローブの吸収電流がベースラインレベルまで減少し、荷電粒子ビームがプローブ先端にもはや遭遇しなくなった位置で示される。各プローブ１１４ａ、１１４ｂ、および１１４ｃは、各プローブが信号測定回路へのそれ独自のチャネルを有するので独立して監視され得る。したがって、３つの電流吸収プロファイルが作成され、それにより各プローブ先端のロケーションを独立して（すなわち、それらの自基準フレーム内で）決定することができる。次いで、各プローブ先端の配置は、変換行列を使用して他の基準フレームに相関させられ得る。

第３の実施形態：ビームの円運動および複数の静止しているプローブ
図７は、本開示の実施形態による、円形走査パターン７０２を使用する例示的な一実施形態の概略図７００である。ビームを回転移動させることで、任意のビーム走査角度を割り当てることと比較してプローブＣＰＢ交差での直交の可能性が高くなる。回転移動を使用し、ＣＰＢの回転運動の曲率半径を変化させることによって、複数のプローブが１つのプロセスで正確に配置され得る。

最初に、ターゲットサンプルは、意図されたビーム作業平面より下に下げられる。これは、プローブ先端のＺ軸マッピングが実行されたことを仮定している。ＣＰＢは、半径方向走査モードに設定され得る。このモードでは、ビームをアーチ状に移動し、モーションは常に所与の半径を有する円の接線方向のモーションである。ビームの焦点は、意図された作業平面に設定され得る。

知られているプローブ先端ロケーションまたはナノプローバ符号化からの複数のプローブ先端ロケーションの不確実性誤差の範囲内で、プローブまたは複数のプローブが荷電粒子ビーム走査エリア内に位置決めされ得る。

ビーム走査半径７０６は、走査エリア内に移動されたすべてのプローブに遭遇できる十分な大きさに設定され、ビームは、所与の半径を有するアーチで移動（走査）され得る。プローブ先端吸収荷電粒子電流は、高利得、高帯域幅の電流増幅器または荷電粒子検出器を使用して監視され得る。この監視されている電流は、ビームが所与の半径のアーチで移動し、静止したプローブ先端に遭遇したときにプローブ先端によって吸収されるか、または散乱される電流である。監視されている電流は、並進する荷電粒子ビームがプローブ先端の縁に遭遇するときに高い値を有する。プローブ先端の縁を横切る荷電粒子ビームは、監視されている電流の最も急な勾配に対応する。

荷電粒子ビームが所与の半径のアーチで並進移動する間、ビームはプローブＸ軸の各々におおよそ平行で、プローブＹ軸の各々におおよそ直交しているすべてのプローブ先端の縁（たとえば、プローブ１１４ａの縁７０８）に遭遇することになる。ビームが１つまたは複数の円形の道を作った後、またビーム走査エリア内にある各プローブに遭遇した後に、ビームは、次いで、プローブ先端７１０の吸収荷電粒子電流がプローブ先端を示すまで走査半径を半径７０４まで減少させることによって新しい小さいアーチを走査する。監視されているプローブ吸収電流のより高い値の急勾配の縁は、ビーム走査半径が最小値まで減少すると１つの急勾配の縁に合併する。

プローブ先端のロケーションは、プローブの吸収電流がベースラインレベルまで減少し、荷電粒子ビームがプローブ先端にもはや遭遇しなくなった位置で示される。

図８は、本開示の実施形態による、原位置プローブ先端Ｘ－Ｙロケーション調整を実行するためのプロセスフロー図８００である。最初に、大域的アライメントプロセスが実行される。サンプル（並進）ステージ基準フレーム（すなわち、座標系）は、サンプル基準フレームと相関される（８０２）。サンプルステージ基準フレームは、ＣＰＢ撮像システム基準フレームと同じである。ＣＰＢ撮像システムのワークポイントアライメントが実行される（８０４）。たとえば、ＣＰＢ撮像システムに対する回転、センタリング（並進）、倍率、および垂直性は、各ワークポイントについてキャリブレートされる。ＣＰＢワークポイントアライメントは、大域的アライメントの前、後、またはその間に実行され得る。ターゲット取得が実行される（８０６）。サンプルの画像が撮られ、印刷パターンのＣＡＤマップと比較される。画像サイズは、サンプルの各特徴を正確に配置するために変換行列を通してＣＡＤに直接的に逆関係付けられる。

ステージサンプル間基準フレーム相関は、ＤＵＴ解析の開始前に実行され得る。粗アライメント手順は、ノッチまたは平坦部などの、サンプルのいくつかの大規模な識別特性を識別することによって使用され得る。粗アライメントは、サンプルの目視検査（たとえば、オペレータまたはロボットによる）を使用して実行され得る。次いで、サンプルは、サンプル上の知られているロケーションを示す注目する１つまたは複数の特徴を識別することに対してＣＰＢ撮像システムを使用して撮像され得る。第１の特徴は、ＣＰＢ撮像システムを使用して識別されるものとしてよく、これは、粗アライメントとともに、サンプルのＣＡＤマップからの情報を使用して、絶対Ｘ－Ｙ座標でサンプル上のロケーションを識別するために使用され得る。注目する第２の特徴も、同様のプロセスを使用して識別され得る。注目する第２の特徴を識別することによって、各々のＸ－Ｙロケーションが検証され得る。

それに加えて、サンプルの相対的なスケールが識別され得る。すなわち、注目する第１の特徴および第２の特徴のＸ－Ｙ位置の差は、それらの間の距離を決定するために使用され得る。この距離は、サンプルステージがテストのためにＣＰＢまたはナノプローバプローブに関してＤＵＴを位置決めするためにサンプルの基準フレーム内でどのように移動できるかを決定するために使用され得る。たとえば、サンプルステージは、所与の作業距離（Ｚ位置）でＣＰＢの下（または下に近い位置）にＤＵＴを位置決めするために使用される。しかしながら、サンプルステージは、分析されるべきＤＵＴに対する位置にＤＵＴを位置決めするためにＸ－Ｙ平面内で移動し、これは、ＤＵＴをＣＰＢの下に位置決めすること、またはＤＵＴをプローブの届く範囲内に位置決めすることのうちの一方または両方を意味するものとしてよい。自動化システムでは、モーション制御システムは、注目する２つの特徴の平面的定位から決定されたスケール情報を使用して、所望のロケーションでサンプル上に任意の所与のＤＵＴを位置決めするためにステージをどれだけ移動すべきかを決定する。粗アライメント、位置情報、およびスケールは、変換行列を構築するか、または更新するために使用され得る。ＣＰＢ撮像システムの並進移動ステージの座標系は、サンプルの座標系と相関している（たとえば、パターン化ウェハのＣＡＤマップを使用して）。サンプルステージは、それ独自の符号化された座標系を有する。サンプルがアライメントされた後、サンプルステージの絶対Ｘ－Ｙ値は、サンプルと相関され得る。

次いで、プローブ先端のアライメントは、上で概要を述べた手順のうちの１つを使用して実行される（８０８）。すなわち、プローブおよびＣＰＢは交差する。電荷吸収（または電流）は、プローブの外形を決め、ナノプローバ基準フレーム内で先端を配置するために測定される（８１０）。上で述べたように、各ナノプローバはそれ独自のＸ－Ｙ座標で符号化されている。したがって、ナノプローバは、それ独自の基準フレーム内でプローブの位置を絶対的に追跡する。先端のロケーションは、ＣＰＢビーム、ステージ、およびサンプルの基準フレームに逆相関され得る（８１２）。プローブ先端が配置された（分析に使用されるべきナノプローバ毎に）、プローブ先端の配置が変換行列（または他の関係技術）を使用してＣＰＢ撮像システムの基準フレームに相関された後、ナノプローバは、ＤＵＴのターゲット特徴上にプローブ先端をランディングすることを含む、自動化モーション制御を実行することができる。

高分解能プローブマッピング
図９は、本開示の実施形態による、プローブの高分解能電流データを取得するためのプロセスフロー図９００である。一般的に、高分解能走査は、プローブ先端のところ、またはその近くのＹ位置のセットを含む、Ｙ位置のセットに対して、プローブのＸ位置で電気的応答データを取得することを伴う。その後、プローブにより自動化タスクを実行し、プローブ先端が配置される必要があるときに、プローブ先端の２回目の定位からの電気的応答が高分解能走査結果と比較され、それによりプローブ先端を素早く見つけることができる。Ｔａｂｌｅ１（表１）は、例示的な高分解能プローブ電気的プロファイルを表している。

Ｔａｂｌｅ１（表１）では、後の時間にプローブとＣＰＢとが交差する場所を決定するために使用されるベースラインまたは現在の値のテンプレートを定めている。そのような決定は、プローブモーション制御自動化を円滑にする。たとえば、プローブランディングのような後のプローブモーションプロセスにおいて、プローブ先端ロケーションは、自動的に識別されることである。プローブ先端ロケーションの識別は、ＣＰＢ領域内のプローブのより速い低分解能走査を含むことができる。「低分解能」走査中に測定された結果として得られる正味吸収電流値は、プローブのロケーションを素早く確認するために、所定のベースラインまたはテンプレート値と比較され得る。

プローブは、Ｙ方向に沿って先に行くほど細くなるので、プローブが－Ｙ方向に移動されると（すなわち、プローブがＣＰＢから引き離されると）、ＣＰＢは、プローブのより小さな断面と交差することになる。電流プロファイルは、プローブ先端プロファイルを各Ｘ－Ｙ位置について減少する電流値として示す。最終的に、ＣＰＢおよびプローブは、Ｙｍ－１１に示されているように、もはや交差することがなくなり、すべてのＸ位置の値は０になる。したがって、プローブ先端プロファイルは、０でないＸ位置の値が最も少ないＹ位置に配置されるものとして特徴付けられ得る。別の方法は、すべて０の値を有する最初のＹ位置（Ｙ）を見て、Ｘｎの少なくとも１つの非０値を有するＹ（０）のすぐ隣のＹ位置にプローブ先端が配置されているとみなすことである。

最初に、新しいプローブは、ＣＰＢシステム内にある、ナノプローバシステムに装填され、ＣＰＢシステムは、真空などの、動作状態にされる。自動化プローブランディングサイクルを活性化することで、最初に、電流を探し始める、増幅器を含む、信号測定回路などの、電気回路をオンにすることができる。モーション制御システムは、導電性プローブをＹ方向に移動して数ミクロンだけＣＰＢビーム領域内のどこかに入れ、Ｘ方向に走査することができる（９０２）。信号測定回路は、本明細書において説明されているようなプロセスによって（たとえば、プローブからの正味吸収電流を見ること、サンプルからの正味吸収電流を見ること、他の検出器からの電流を見ることなどによって）プローブがいつ検出されるかを決定することができる。電流が信号測定回路によって検出されたときに、プロセッサは、プローブが概ね配置されたと決定することができる。

ナノプローバシステムは、次いで、高分解能走査を実行して、ビームと導電性プローブとの相互作用から導電性プローブの電気的応答プロファイルをマッピングすることができる（９０４）。プローブを発見することからＹの最初の値で始まるＹの各値について、Ｘにおける各位置に対する電気的応答値が記録される。モーション制御システムは、プローブを負のＹ方向（ＣＰＢから離れる方向）に移動し、Ｘ方向で走査することができる（ラスタースキャンのように）。各Ｙ値について、信号測定回路は、各Ｘ位置に対する対応する電気的応答値を測定する。モーション制御システムは、プローブの先端が見つかるまで、Ｘ方向に掃引しながらＹ方向に引き返す。

Ｘ方向に掃引している間に、各Ｘ位置に対する電流（または他の電気的値）がログに記録される（９０６）。Ｘ方向からの電気的応答データは、プローブの下まで掃引する。ＣＰＢが先端を通過したときに、電流は０になる。モーション制御システムは、プローブをＹ方向に動かして、プローブ先端ロケーションを検証することができる。この電気的応答マッピングは、導電性プローブの電気的応答プロファイルの高分解能マッピング（たとえば、プローブ上の複数のＸ－Ｙロケーションに対して電流値が識別される）を提供することができる。

別の時点に（たとえば、ＤＵＴテストのためのプローブ先端ランディングプロセスにおいて）、導電性プローブは、Ｙ方向でＣＰＢ領域内に移動され、ＣＰＢが導電性プローブと交差するまでＸ方向に走査され得る（９０８）。次いで、モーション制御システムは、プローブの低分解能走査を実行することができる（９１０）。モーション制御システムは、Ｘ方向に走査することができ、信号測定回路は、ビームとプローブとの相互作用から電気的応答を測定することができる。コンピュータプロセッサは、この走査からの電気的応答を記憶されているデータと比較して、可能なＸ－Ｙロケーションを識別することができる（９１２）。次いで、モーション制御システムは、プローブをＹ方向に移動して、別のＸ方向走査を実行することができる（９１４）。高分解能走査とは異なり、低分解能走査は、プローブに沿ったＹ軸位置のより小さいサブセットに対して実行され得る。Ｙ軸位置走査の数は、たとえば、オペレータによって設定され得る。典型的には、プローブ先端の位置を一意的に識別するために、１～５回の走査で十分である。Ｙ軸位置走査が所望の回数に達していない場合（９１６）、（９１０）においてこのプロセスが繰り返される。走査が所望の回数に達した後、プローブ先端の配置は、低分解能走査からの電気的応答値を高分解能走査からの電気的応答値に相関させることによって、識別され得る（９１８）。次いで、モーション制御システムは、ナノプローバをプローブ先端ロケーションに対応するＸ－Ｙ位置に移動することができる（９２０）。

Ｚ軸におけるプローブ先端ロケーション
Ｚ軸マッピングは、Ｚ軸に沿ってプローブ先端ロケーションを配置することを含む。意図された作業平面は、荷電粒子ビームの焦点のロケーションでもある。プローブ先端のＸ－Ｙマッピングは、プローブ先端が荷電粒子ビームの被写界深度の外側、荷電粒子ビームの焦点より下または上にあった場合に、正確ではない。図１０Ａ～図１０Ｂは、本開示の実施形態によるプローブ先端Ｚロケーション識別の概略図１０００、１０５０である。図１０Ａにおいて、プローブ先端１００２は、ＸおよびＹプローブ先端ロケーション識別を実行する、または基準フレームマッピングを実行する前に、プローブ先端１００２があり得る場所である作業平面１００４内に位置決めされている（ただし、Ｘ－ＹマッピングはＺ軸ワークポイントアライメントを実行せずに実行されることも可能である）。図１０Ａに示されているように、プローブ先端が作業平面内に位置決めされている間に、ＣＰＢの傾斜があっても、結果として、ＣＰＢがプローブと交差する場所への変更はない。すなわち、ＣＰＢ傾斜におけるＸ－Ｙ中心からの測定された変位は０であるか、または０に近い。一方、図１０Ｂに示されているように、プローブ先端１００２が作業平面１００４内に位置決めされていない場合に、ＣＰＢを傾斜させると、結果として、Ｘ－Ｙ変位１００６が生じることになる。図１０Ａ～図１０Ｂは、この節で説明されている基準フレームを例示している。

プローブのＺ軸ワークポイントアライメントを検証するために、ＣＰＢＺ軸をプローブ先端ポジショナーＺ軸に関して異なる傾斜角度に傾斜される。これは、ＣＰＢがＣＰＢ光学レンズカラムアセンブリのＺ軸に沿って移動する角度を電子的に調整することによって行うことができるか、またはＣＰＢ光学レンズカラムアセンブリは、プローブ先端Ｚ軸に関して機械的に傾斜させることができる。

プローブ先端は、ここで説明されている実施形態のいずれかを採用することによってＣＰＢのＸ－Ｙ座標系において測定値＃１としてマッピングされる。ＣＰＢが傾斜している間、プローブ先端は、上で説明されている３つの方法のいずれかによってＣＰＢＸ－Ｙ座標系内の測定値＃２としてマッピングされる。ＣＰＢＸ－Ｙ平面上のプローブ先端測定値＃１とプローブ先端測定値＃２との間の差は、ＣＰＢ非傾斜Ｚ軸に沿ったプローブ先端の位置を表す。

プローブ先端は、ＣＰＢ非傾斜Ｚ軸に沿って、測定値＃１と測定値＃２との差が最小となる位置まで移動され得る。これは、この差が最小になるまで上記のプロセスを繰り返すか、またはＣＰＢ非傾斜Ｚ軸に沿ってプローブ先端の単一の移動を計算し、実行することによって行われ得る。

差が最小になった後、プローブ先端は、選択されたプロービング平面上に配置される。このプロセスは、単一のプローブ先端または複数のプローブ先端で同時に行うことができる。

Ｚ軸アライメントは、たとえば符号化ステージを使用して、知られているＺロケーションに配置されている広い導電性表面上にプローブ先端を自動的にランディングさせることによって行うことができる。

プローブ軸モーションキャリブレーション
図１１は、本開示の実施形態により、プローブ先端物理的変位を基準フレーム内のＸおよびＹ位置変位と相関をさせることを例示する概略図１１００である。プローブモーション軸の直交性、スケール、および回転は、本明細書において説明されている実施形態の方法を使用してプローブ先端のロケーションを測定し、次いでプローブ先端を新しいロケーションまで定義された量だけ変位させ、そのロケーションを２回目に測定することによって決定され得る。最も単純なプローブ先端位置変位は、１つのプローブ先端軸にのみ沿ったものであろう。しかしながら、複数の軸が、より複雑な計算に対して同時に移動されることも可能である。測定された変位およびモーションの角度は、プローブ先端のモーション軸を計算し、ＣＰＢ座標系にマッピングするために使用される。このプロセスは、単一のプローブ先端または複数のプローブ先端で同時に行うことができる。

第１の実施形態を使用するこのプロセスの進行の一例が図１１に例示されている。ＣＰＢは、制御システムによって固定配置＃１１１０４に位置決めされ、モーションキャリブレーションを必要とする単一のプローブのモーションの範囲内にあり、プローブはロケーション＃１１１０２にある。次いで、プローブは、第１の実施形態の方法によって、固定ＣＰＢを探索する。プローブ先端がＣＰＢ固定ロケーション＃１１１０４でＣＰＢと一致するときに、プローブ先端ロケーションは、プローブロケーション＃１１１０２で記録される。次いで、制御システムは、プローブのモーションの範囲内にまだ留まっている固定ロケーション＃２にＣＰＢを再位置決めする。次いで、プローブは、第１の実施形態の方法によって固定ＣＰＢの２回目の探索をする。プローブ先端が再び固定ロケーション＃２１１０８でＣＰＢと一致するときに、プローブ先端ロケーションは、プローブロケーション＃２１１０６で記録される。このプロセスは、ＣＰＢ座標系に対するプローブモーション軸の直交性、スケール、および回転を数学的に決定するために十分なデータが収集されるまで、必要なだけ何度でも繰り返され得る。

プローブ影
図１２は、本開示の実施形態による、プローブ先端ロケーション識別のためのプローブの逆電気的応答プロファイルの一例の概略図１２００である。いくつかの実施形態において、信号測定回路は、サンプルステージ１２０２に結合され得る。プローブを通して正味電流を測定する代わりに、サンプルステージ１２０２を通して正味電流が測定され得る。図１２において、プローブおよびＣＰＢが相対的位置を変えて、交差すると（プローブが移動しているか、ＣＰＢが移動しているか）、ＣＰＢは、サンプルまたはサンプルステージと相互作用することができる。ＣＰＢは、電流を流させることができ、これは信号測定回路によって測定される。プローブ１１４がビーム３０２をブロックすると、サンプルステージ１２０２は、電荷を受け取らず、結果として生じる正味吸収電流が低下する。いくつかの実施形態において、プローブ影技術の使用は、Ｘ－Ｙロケーション識別、高分解能プローブプロファイリング、および他の自動化プローブ識別プロセスを実行するために使用され得る。サンプルの高分解能マッピングのために、各Ｘ－Ｙ位置に対する０値はプローブを表すことができ、非０値はステージ１２０２を表すことができる。

「例示的な」という単語は、本明細書では、「一例、事例、または例示として使用する」ことを意味するために使用される。本明細書に「例示的」と記載されたいかなる実施形態も、必ずしも他の実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。

本明細書内で使用されているように、「通信する」という用語は、伝送すること、または受信すること、または伝送することおよび受信することの両方を含むことを意図されている。これは、一方のデバイスによって伝送され、他方のデバイスによって受信されているデータの構成を記述するときに請求項において特に有用であり得るが、それらのデバイスのうちの一方のデバイスの機能のみが請求項に反している必要がある。同様に、２つのデバイスの間のデータの双方向交換（両方のデバイスが交換中に伝送し、受信する）は、それらのデバイスのうちの一方の機能のみが請求されているときに、「通信する」と記述され得る。ワイヤレス通信信号に関して本明細書において使用される「通信する」という言い回しは、ワイヤレス通信信号を伝送すること、および／またはワイヤレス通信信号を受信することを含む。たとえば、ワイヤレス通信信号を通信することができる、ワイヤレス通信ユニットは、ワイヤレス通信信号を少なくとも１つの他のワイヤレス通信ユニットに伝送するためのワイヤレストランスミッター、および／または少なくとも１つの他のワイヤレス通信ユニットからワイヤレス通信信号を受信するためのワイヤレス通信レシーバーを含み得る。

本明細書で使用されているように、別段の指定のない限り、共通の対象を記述するために序数詞「第１の」、「第２の」、「第３の」などを使用することは、単に、類似の対象の異なる事例が参照されていることを示し、そのように記述された対象が時間的、空間的、順位、または他の方式のいずれかの所与の順序になっていなければならないことを暗示することを意図されていない。

いくつかの実施形態は、様々なデバイスおよびシステム、たとえば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、デスクトップコンピュータ、モバイルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、タブレットコンピュータ、サーバコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、ハンドヘルドデバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）デバイス、ハンドヘルドＰＤＡデバイス、オンボードデバイス、オフボードデバイス、ハイブリッドデバイス、車載デバイス、非車載デバイス、モバイルまたはポータブルデバイス、コンシューマデバイス、非モバイルまたはポータブルデバイス、ワイヤレス通信局、ワイヤレス通信デバイス、ワイヤレスアクセスポイント（ＡＰ）、有線またはワイヤレスルーター、有線またはワイヤレスモデム、ビデオデバイス、オーディオデバイス、オーディオ－ビデオ（Ａ／Ｖ）デバイス、有線またはワイヤレスネットワーク、ワイヤレスエリアネットワーク、ワイヤレスビデオエリアネットワーク（ＷＶＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイヤレスＬＡＮ（ＷＬＡＮ）、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、ワイヤレスＰＡＮ（ＷＰＡＮ）、および同様のデバイスと併せて使用され得る。

いくつかの実施形態は、一方向および／または双方向無線通信システム、セルラー無線電話通信システム、携帯電話、セルラー電話、ワイヤレス電話、パーソナルコミュニケーションシステム（ＰＣＳ）デバイス、ワイヤレス通信デバイスを組み込んだＰＤＡデバイス、携帯またはポータブル全地球測位システム（ＧＰＳ）デバイス、ＧＰＳレシーバーまたはトランシーバまたはチップを組み込んだデバイス、ＲＦＩＤ素子またはチップを組み込んだデバイス、多入力多出力（ＭＩＭＯ）トランシーバまたはデバイス、単入力多出力（ＳＩＭＯ）トランシーバまたはデバイス、単入力単出力（ＳＩＳＯ）トランシーバまたはデバイス、多入力単出力（ＭＩＳＯ）トランシーバまたはデバイス、１つもしくは複数の内部アンテナおよび／または外部アンテナを有するデバイス、デジタルビデオブロードキャスト（ＤＶＢ）デバイスまたはシステム、マルチスタンダード無線デバイスまたはシステム、有線またはワイヤレスハンドヘルドデバイス、たとえば、スマートフォン、ワイヤレスアプリケーションプロトコル（ＷＡＰ）デバイス、または同様のものと併せて使用され得る。

本開示のいくつかの態様は、様々な実装形態によるシステム、方法、装置、および／またはコンピュータプログラム製品のブロック図およびフロー図を参照しつつ上で説明されている。ブロック図およびフロー図の１つまたは複数のブロック、ならびにブロック図およびフロー図内のブロックの組合せは、それぞれ、コンピュータ実行可能なプログラム命令によって実装され得ることは理解されるであろう。同様に、ブロック図およびフロー図のいくつかのブロックは、いくつかの実装形態により、必ずしも提示された順序で実行される必要はないか、または必ずしも全く実行される必要はない場合がある。本開示のいくつかの態様は、全体がハードウェアである実施形態、全体がソフトウェアである実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、または本明細書ですべて「サービス」、「回路」、「回路構成」、「モジュール」、および／または「システム」と一般的に称され得るソフトウェアの態様とハードウェアの態様とを組み合わせた実施形態の形をとり得る。

コンピュータ実行可能プログラム命令が専用コンピュータもしくは他の特定のマシン、プロセッサ、または他のプログラム可能データ処理装置にロードされて特定のマシンを生成し、それにより、コンピュータ、プロセッサ、または他のプログラム可能データ処理装置上で実行される命令は、フロー図の１つもしくは複数のブロックにおいて指定されている１つまたは複数の機能を実施するための手段を形成し得る。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読記憶媒体またはメモリに記憶され、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置が特定の方式で機能することを指示し、それにより、コンピュータ可読記憶媒体に記憶されている命令は、フロー図の１つまたは複数のブロックにおいて指定されている１つまたは複数の機能を実装する命令手段を含む製造物品を生み出し得る。一例として、いくつかの実装形態は、コンピュータ可読プログラムコードまたはそこで実装されたプログラム命令を有するコンピュータ可読記憶媒体を含むコンピュータプログラム製品を提供し、前記コンピュータ可読プログラムコードは実行されて、フロー図の１つまたは複数のブロックにおいて指定されている１つまたは複数の機能を実装するように適合され得る。コンピュータプログラム命令は、また、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置にもロードされるものとしてよく、それにより、コンピュータ実装プロセスを生成するための一連の動作要素または動作ステップがコンピュータまたは他のプログラム可能装置上で実行させられ、したがってコンピュータまたは他のプログラム可能装置上で実行される命令は、流れ図の１つまたは複数のブロックで指定された機能を実装するための要素またはステップを提供する。

したがって、ブロック図およびフロー図のブロックは、指定された機能を実行するための手段の組合せ、指定された機能を実行するための要素またはステップの組合せ、および指定された機能を実行するためのプログラム命令手段をサポートする。ブロック図および流れ図の各ブロック、ならびにブロック図および／または流れ図中のブロックの組合せは、指定された機能もしくはステップ、または専用ハードウェアとコンピュータ命令との組合せを実行する専用ハードウェアベースのコンピュータシステムによって実装され得ることも理解されるであろう。

ほかにもあるがとりわけ「できる」、「する可能性もあろう」、「し得ることもあろう」、「してよい」、「する場合がある」、または「し得る」などの条件付きの言い回しは、特に断りのない限り、または使用されている文脈内で他の意味に理解されるべきでない限り、一般的に、いくつかの特徴、要素、および／またはステップを、いくつかの実装形態が含む可能性もあろうが、他の実装形態は含まない、ことを伝達することを意図されている。したがって、そのような条件付きの言い回しは、特徴、要素、および／または動作がいかなる形でも１つまたは複数の実装形態に対して必要であること、または１つまたは複数の実装形態が必ず、ユーザ入力またはプロンプトあり、またはなしで、これらの特徴、要素、および／または動作が、特定の実装形態に含まれるか、または特定の実装形態において実行されるべきであるかを決定するための論理を含むことを意味することを意図されていない。

本明細書において述べられている開示の多くの修正形態および他の実装形態が、前述の説明および関連する図面に提示されている教示の利点を有することは明らかであろう。したがって、本開示は、開示されている特定の実装形態に限定されるべきものではなく、修正形態および他の実装形態は、付属の請求項の範囲内に含まれることが意図されていることは理解されるであろう。特定の用語が本明細書において採用されているが、これらは一般的かつ説明的な意味でのみ使用されており、制限を目的としたものではない。

次の例は、本開示および請求項の範囲による実施形態に関係する。

例１は、荷電粒子撮像システムにおいて実行される方法であり、この方法は、第１の基準フレーム内で荷電粒子ビームを活性化することであって、第１の基準フレームは荷電粒子ビームに関連付けられている、活性化することと、コンピュータ制御システムによって、荷電粒子ビームおよび導電性プローブを交差させることと、荷電粒子ビームとプローブとの交差からの電気的応答を測定することと、荷電粒子ビームとプローブとの交差からの電気的応答に基づき第２の基準フレーム内のプローブのロケーションを決定することであって、第２の基準フレームは導電性プローブと関連付けられている、決定することと、第２の基準フレーム内のプローブのロケーションを第１の基準フレームと相関させることとを含む。

例２は、例１の主題を含むものとしてよく、電気的応答を測定することは、荷電粒子ビームとプローブとの交差からプローブによって吸収される正味電流を測定することを含む。

例３は、例１または例２のいずれかの主題を含むものとしてよく、荷電粒子ビーム領域を通して第１の一連のプローブ走査を実行することと、第１の一連のプローブ走査の各々について、プローブと荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第１のセットを測定することと、第１の一連の走査の各々からの電気的応答の第１のセットに基づきプローブの電流プロファイルを作成することとを含むこともでき、プローブのロケーションを決定することは、荷電粒子ビーム領域を通して第２の一連のプローブ走査を実行することであって、第２の一連のプローブ走査は第１の一連のプローブ走査よりも少ない数の走査を含む、実行することと、第２の一連のプローブ走査の各々について、プローブと荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第２のセットを測定することと、電気的応答の第１のセットと電気的応答の第２のセットとの比較に基づきプローブのロケーションを決定することとを含む。

例４は、例１～３のいずれかの主題を含むものとしてよく、荷電粒子ビームと導電性プローブとを交差させることは、荷電粒子ビームと導電性プローブとを導電性プローブの第１の位置で交差させることを含み、この方法は第１の位置における荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差から第１の電気的応答を測定することと、測定された第１の電気的応答に基づき荷電粒子ビームおよび導電性プローブが導電性プローブの第１の位置で交差していると決定することと、荷電粒子ビームと導電性プローブとを導電性プローブの第２の位置で交差させることと、第２の位置における荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差から第２の電気的応答を測定することと、測定された第２の電気的応答に基づき荷電粒子ビームおよび導電性プローブが導電性プローブの第２の位置で交差していると決定することとを含む。

例５は、例１～４のいずれかの主題を含むものとしてよく、荷電粒子ビームとプローブとの交差からの電気的応答に基づき第２の基準フレーム内のプローブのロケーションを決定することは、第２の基準フレーム内の導電性プローブのＸおよびＹ位置を決定することを含む。

例６は、例５の主題を含むものとしてよく、第２の基準フレーム内の導電性プローブのＸおよびＹ位置を第１の基準フレームの座標系と相関させることも含むことができる。

例７は、例６の主題を含むものとしてよく、変換行列を使用して第２の基準フレーム内の導電性プローブのＸおよびＹ位置を第１の基準フレームの座標系と相関させることも含むことができる。

例８は、例１～７のいずれかの主題を含むものとしてよく、第１の基準フレーム内で荷電粒子ビームを活性化することは、第１の基準フレーム内の固定された知られているロケーションで荷電粒子ビームを活性化することを含む。

例９は、例の主題を含むものとしてよく、荷電粒子ビームと導電性プローブとを交差させることは、導電性プローブを移動して導電性プローブの第１の位置で荷電粒子ビームと交差させることを含む。

例１０は、例１～１０のいずれかの主題を含むものとしてよく、荷電粒子ビームと導電性プローブとを交差させることは、荷電粒子ビームを移動して導電性プローブと交差させることを含む。

例１１は、例１０の主題を含むものとしてよく、荷電粒子ビームを移動して導電性プローブと交差させることは、荷電粒子ビームが導電性プローブと交差する走査角度を決定することと、決定された走査角度に基づき荷電粒子ビームを移動して導電性プローブと交差させることとを含む。

例１２は、例１０の主題を含むものとしてよく、荷電粒子ビームを移動して導電性プローブと交差させることは、荷電粒子ビームを第１の曲率半径で円形方向に移動して導電性プローブと導電性プローブの第１の位置で交差させることと、荷電粒子ビームが導電性プローブの第１の位置と交差することを決定することと、荷電粒子ビームを第２の曲率半径で円形方向に移動して導電性プローブと導電性プローブの第２の位置で交差させることと、荷電粒子ビームが導電性プローブの第２の位置と交差することを決定することとを含む。

例１３は、例１２の主題を含むものとしてよく、第２の曲率半径は、第１の曲率半径より小さい。

例１４は、例１２の主題を含むものとしてよく、導電性プローブは、第１の導電性プローブであり、この方法は荷電粒子ビームが第２の導電性プローブと第２の導電性プローブの第３の位置で交差することを決定することと、荷電粒子ビームを第３の曲率半径で円形方向に移動して第２の導電性プローブと第２の導電性プローブの第４の位置で交差させることとをさらに含む。

例１５は、荷電粒子ビームを放射する荷電粒子ビームエミッタを含む撮像システムと、アクチュエータを含むナノプローバであって、導電性プローブを固定するように構成されているナノプローバと、導電性プローブに電気的に結合されている信号測定回路であって、導電性プローブから信号を受信する信号測定回路と、実行されたときにハードウェアプロセッサに動作を実行させる命令を記憶するための少なくとも１つの有形の、非一時的なコンピュータ可読媒体とを備え、これらの動作は第１の基準フレーム内で荷電粒子ビームを活性化することであって、第１の基準フレームは荷電粒子ビームに関連付けられている、活性化することと、コンピュータ制御システムによって、荷電粒子ビームおよび導電性プローブを交差させることと、荷電粒子ビームとプローブとの交差からの電気的応答を測定することと、荷電粒子ビームとプローブとの交差からの電気的応答に基づき第２の基準フレーム内のプローブのロケーションを決定することであって、第２の基準フレームは導電性プローブと関連付けられている、決定することと、第２の基準フレーム内のプローブのロケーションに基づき第１の基準フレーム内のプローブのロケーションを決定することとを含む、システムである。

例１６は、例１５の主題を含むものとしてよく、電気的応答を測定することは、荷電粒子ビームとプローブとの交差からプローブによって吸収される正味電流を測定することを含む。

例１７は、例１５～１６のいずれかの主題を含むものとしてよく、これらの動作は、荷電粒子ビーム領域を通して第１の一連のプローブ走査を実行することと、第１の一連のプローブ走査の各々について、プローブと荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第１のセットを測定することと、第１の一連の走査の各々からの電気的応答の第１のセットに基づきプローブの電流プロファイルを作成することとを含み、プローブのロケーションを決定することは、荷電粒子ビーム領域を通して第２の一連のプローブ走査を実行することであって、第２の一連のプローブ走査は第１の一連のプローブ走査よりも少ない数の走査を含む、実行することと、第２の一連のプローブ走査の各々について、プローブと荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第２のセットを測定することと、電気的応答の第１のセットと電気的応答の第２のセットとの比較に基づきプローブのロケーションを決定することとを含む。

例１８は、例１５～１７のいずれかの主題を含むものとしてよく、荷電粒子ビームと導電性プローブとを交差させることは、荷電粒子ビームと導電性プローブとを導電性プローブの第１の位置で交差させることを含み、これらの動作は第１の位置における荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差から第１の電気的応答を測定することと、測定された第１の電気的応答に基づき荷電粒子ビームおよび導電性プローブが導電性プローブの第１の位置で交差していると決定することと、荷電粒子ビームと導電性プローブとを導電性プローブの第２の位置で交差させることと、第２の位置における荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差から第２の電気的応答を測定することと、測定された第２の電気的応答に基づき荷電粒子ビームおよび導電性プローブが導電性プローブの第２の位置で交差していると決定することとを含む。

例１９は、例１５～１８のいずれかの主題を含むものとしてよく、荷電粒子ビームとプローブとの交差からの電気的応答に基づき第２の基準フレーム内のプローブのロケーションを決定することは、第２の基準フレーム内の導電性プローブのＸおよびＹ位置を決定することを含む。

例２０は、例１９の主題を含むものとしてよく、これらの動作は、第２の基準フレーム内の導電性プローブのＸおよびＹ位置を第１の基準フレームの座標系と相関させることを含む。

例２１は、例２０の主題を含むものとしてよく、これらの動作は、変換行列を使用して第２の基準フレーム内の導電性プローブのＸおよびＹ位置を第１の基準フレームの座標系と相関させることを含む。

例２２は、例１５～２１のいずれかの主題を含むものとしてよく、第１の基準フレーム内で荷電粒子ビームを活性化することは、第１の基準フレーム内の固定された知られているロケーションで荷電粒子ビームを活性化することを含む。

例２３は、例２２の主題を含むものとしてよく、これらの動作は、また、モーション制御システムが信号測定回路から受信された情報に基づきナノプローバアクチュエータのモーションを制御することも含み、ナノプローバアクチュエータのモーションは導電性プローブを移動し、荷電粒子ビームと導電性プローブとを交差させることは、モーション制御システムによって、導電性プローブを移動して導電性プローブの第１の位置で荷電粒子ビームと交差させることを含む。

例２４は、例１５～２３のいずれかの主題を含むものとしてよく、荷電粒子ビームを導電性プローブと交差させることは、荷電粒子ビームを移動して導電性プローブと交差させることを含む。

例２５は、例２４の主題を含むものとしてよく、モーション制御システムによって、荷電粒子ビームを移動して導電性プローブと交差させることは、荷電粒子ビームが導電性プローブと交差する走査角度を決定することと、決定された走査角度に基づき荷電粒子ビームを移動して導電性プローブと交差させることとを含む。

例２６は、例２４の主題を含むものとしてよく、荷電粒子ビームを移動して導電性プローブと交差させることは、荷電粒子ビームを第１の曲率半径で円形方向に移動して導電性プローブと導電性プローブの第１の位置で交差させることと、荷電粒子ビームが導電性プローブの第１の位置と交差することを決定することと、荷電粒子ビームを第２の曲率半径で円形方向に移動して導電性プローブと導電性プローブの第２の位置で交差させることと、荷電粒子ビームが導電性プローブの第２の位置と交差することを決定することとを含む。

例２７は、例２６の主題を含むものとしてよく、第２の曲率半径は、第１の曲率半径より小さい。

例２８は、例２６の主題を含むものとしてよく、導電性プローブは、第１の導電性プローブであり、これらの動作は荷電粒子ビームが第２の導電性プローブと第２の導電性プローブの第３の位置で交差することを決定することと、荷電粒子ビームを第３の曲率半径で円形方向に移動して第２の導電性プローブと第２の導電性プローブの第４の位置で交差させることとをさらに含む。

例２９は、導電性プローブから信号を受信するための信号測定回路と、導電性プローブのモーションを制御するモーション制御システムと、実行されたときにハードウェアプロセッサに動作を実行させる命令を記憶するための少なくとも１つの有形の、非一時的なコンピュータ可読媒体とを備え、これらの動作は第１の基準フレーム内で荷電粒子ビームを活性化することであって、第１の基準フレームは荷電粒子ビームに関連付けられている、活性化することと、荷電粒子ビームと導電性プローブとを交差させることと、信号測定回路によって、荷電粒子ビームとプローブとの交差からの電気的応答を測定することと、荷電粒子ビームとプローブとの交差からの電気的応答に基づき第２の基準フレーム内のプローブのロケーションを決定することであって、第２の基準フレームは導電性プローブと関連付けられている、決定することと、第２の基準フレーム内のプローブのロケーションに基づき第１の基準フレーム内のプローブのロケーションを決定することとを含む、装置である。

例３０は、例２９の主題を含むものとしてよく、電気的応答を測定することは、荷電粒子ビームとプローブとの交差からプローブによって吸収される正味電流を測定することを含む。

例３１は、例２９～３０のいずれかの主題を含むものとしてよく、これらの動作は、また、荷電粒子ビーム領域を通して第１の一連のプローブ走査を実行することと、第１の一連のプローブ走査の各々について、プローブと荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第１のセットを測定することと、第１の一連の走査の各々からの電気的応答の第１のセットに基づきプローブの電流プロファイルを作成することとを含み、プローブのロケーションを決定することは、荷電粒子ビーム領域を通して第２の一連のプローブ走査を実行することであって、第２の一連のプローブ走査は第１の一連のプローブ走査よりも少ない数の走査を含む、実行することと、第２の一連のプローブ走査の各々について、プローブと荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第２のセットを測定することと、電気的応答の第１のセットと電気的応答の第２のセットとの比較に基づきプローブのロケーションを決定することとを含む。

例３２は、例２９～３１のいずれかの主題を含むものとしてよく、荷電粒子ビームと導電性プローブとを交差させることは、荷電粒子ビームを導電性プローブと導電性プローブの第１の位置で交差させることを含み、これらの動作は第１の位置における荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差から第１の電気的応答を測定することと、測定された第１の電気的応答に基づき荷電粒子ビームおよび導電性プローブが導電性プローブの第１の位置で交差していると決定することと、荷電粒子ビームと導電性プローブとを導電性プローブの第２の位置で交差させることと、第２の位置における荷電粒子ビームと導電性プローブとの交差から第２の電気的応答を測定することと、測定された第２の電気的応答に基づき荷電粒子ビームおよび導電性プローブが導電性プローブの第２の位置で交差していると決定することとを含む。

例３３は、例２９～３２のいずれかの主題を含むものとしてよく、荷電粒子ビームとプローブとの交差からの電気的応答に基づき第２の基準フレーム内のプローブのロケーションを決定することは、第２の基準フレーム内の導電性プローブのＸおよびＹ位置を決定することを含む。

例３４は、例３３の主題を含むものとしてよく、これらの動作は、第２の基準フレーム内の導電性プローブのＸおよびＹ位置を第１の基準フレームの座標系と相関させることを含む。

例３５は、例３４の主題を含むものとしてよく、これらの動作は、変換行列を使用して第２の基準フレーム内の導電性プローブのＸおよびＹ位置を第１の基準フレームの座標系と相関させることを含む。

１００自動化プローブランディングシステム
１０２荷電粒子ビームシステム
１０４真空チャンバ
１０６ＣＰＢ撮像カラム
１０８電子検出器
１１０サンプルステージ
１１２ナノプローバ
１１２ａ～１１２ｄナノプローバ
１１４プローブ
１１４ａ、１１４ｂ、および１１４ｃプローブ先端
１１６真空パススルー
１１８信号測定回路
１２０コンピュータ
１２２モーション制御システム
１２４サンプル
１２６戻り線
１５０自動化プローブランディングシステム
１５４装着リング
２０２粗調整ポジショナー
２０４微調整ポジショナー
３００概略図
３０２ＣＰＢ
３０６プローブ先端座標基準フレーム
３０８サンプルステージ基準フレーム
４０２第１の位置Ｙ１
４０４第１のプロファイル
４０６位置Ｙ２
４１０プローブ先端（Ｘ’ｎ，Ｙ’３）
４１２吸収電流プロファイル
５００概略図
６００概略図
５０２および５０２’ ビームフレーム
５０４ビーム走査角度
６０４ビーム走査角度
７００概略図
７０２円形走査パターン
７０４半径
７０６ビーム走査半径
７０８縁
８００プロセスフロー図
９００プロセスフロー図
１０００、１０５０概略図
１００２プローブ先端
１００４作業平面
１００６Ｘ－Ｙ変位
１１００概略図
１１０２ロケーション＃１
１１０４固定ロケーション＃１
１２００概略図
１２０２サンプルステージ

Claims

荷電粒子撮像システム（１０２）において実行される方法であって、
第１の基準フレーム内で荷電粒子ビームを活性化するステップであって、前記第１の基準フレームは前記荷電粒子ビームに関連付けられている、ステップと、
サンプルステージ基準フレームをサンプル基準フレームと相関させるステップ（８０２）と、
コンピュータ制御システムによって、前記荷電粒子ビームおよび導電性プローブ（１１４）を交差させるステップ（８０８）と、
前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとが交差するロケーションから電気的応答を測定するステップと、
前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとの前記交差からの前記電気的応答に基づき第２の基準フレーム内の前記導電性プローブのロケーションを決定するステップであって、前記第２の基準フレームは前記導電性プローブに関連付けられている、ステップと、
前記第２の基準フレーム内の前記導電性プローブの前記ロケーションを前記第１の基準フレーム、前記サンプルステージ基準フレーム、および前記サンプル基準フレームと相関させるステップ（８１２）とを含む方法。
前記電気的応答を測定するステップは、前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとの前記交差から前記導電性プローブによって吸収される正味電流を測定するステップを含む請求項１に記載の方法。
荷電粒子ビーム領域を通して第１の一連のプローブ走査を実行するステップと、
前記第１の一連のプローブ走査の各々について、前記導電性プローブと前記荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第１のセットを測定するステップと、
前記第１の一連のプローブ走査の各々からの電気的応答の前記第１のセットに基づき前記導電性プローブの電流プロファイルを作成するステップとを含み、
前記導電性プローブの前記ロケーションを決定するステップは、
前記荷電粒子ビーム領域を通して第２の一連のプローブ走査を実行するステップであって、前記第２の一連のプローブ走査は前記第１の一連のプローブ走査よりも少ない数の走査を含む、ステップと、
前記第２の一連のプローブ走査の各々について、前記導電性プローブと前記荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第２のセットを測定するステップと、
電気的応答の前記第１のセットと電気的応答の前記第２のセットとの比較に基づき前記導電性プローブのロケーションを決定するステップとを含む請求項１に記載の方法。
前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとを交差させるステップは、前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとを前記導電性プローブの第１の位置で交差させるステップを含み、前記方法は、
前記第１の位置における前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとの前記交差から第１の電気的応答を測定するステップと
前記測定された第１の電気的応答に基づき前記荷電粒子ビームおよび前記導電性プローブが前記導電性プローブの前記第１の位置で交差していると決定するステップと、
前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとを前記導電性プローブの第２の位置で交差させるステップと、
前記第２の位置における前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとの前記交差から第２の電気的応答を測定するステップと、
前記測定された第２の電気的応答に基づき前記荷電粒子ビームおよび前記導電性プローブが前記導電性プローブの前記第２の位置で交差していると決定するステップとを含む請求項１に記載の方法。
前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとの交差からの前記電気的応答に基づき第２の基準フレーム内の前記導電性プローブのロケーションを決定するステップは、前記第２の基準フレーム内の前記導電性プローブのＸおよびＹ位置を決定するステップを含む請求項１に記載の方法。
前記第２の基準フレーム内の前記導電性プローブの前記ＸおよびＹ位置を前記第１の基準フレームの座標系と相関させるステップを含む請求項５に記載の方法。
変換行列を使用して前記第２の基準フレーム内の前記導電性プローブの前記ＸおよびＹ位置を前記第１の基準フレームの座標系と相関させるステップを含む請求項６に記載の方法。
第１の基準フレーム内で前記前記荷電粒子ビームを活性化させるステップは、前記第１の基準フレーム内の固定された知られているロケーションで前記荷電粒子ビームを活性化するステップを含む請求項１に記載の方法。
前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとを交差させるステップは、前記導電性プローブを移動して前記導電性プローブの第１の位置で荷電粒子ビームと交差させるステップを含む請求項８に記載の方法。
前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとを交差させるステップは、前記荷電粒子ビームを移動して前記導電性プローブと交差させるステップを含む請求項１に記載の方法。
前記荷電粒子ビームを移動して前記導電性プローブと交差させるステップは、
前記荷電粒子ビームが前記導電性プローブと交差する走査角度を決定するステップと、
前記決定された走査角度に基づき前記荷電粒子ビームを移動して前記導電性プローブと交差させるステップとを含む請求項１０に記載の方法。
前記荷電粒子ビームを移動して前記導電性プローブと交差させるステップは、
前記荷電粒子ビームを第１の曲率半径で円形方向に移動して前記導電性プローブと前記導電性プローブの第１の位置で交差させるステップと、
前記荷電粒子ビームが前記導電性プローブの前記第１の位置と交差することを決定するステップと、
前記荷電粒子ビームを第２の曲率半径で円形方向に移動して前記導電性プローブと前記導電性プローブの第２の位置で交差させるステップと、
前記荷電粒子ビームが前記導電性プローブの前記第２の位置と交差することを決定するステップとを含む請求項１０に記載の方法。
前記第２の曲率半径は、前記第１の曲率半径よりも小さい請求項１２に記載の方法。
前記導電性プローブは、第１の導電性プローブであり、前記方法は
前記荷電粒子ビームが第２の導電性プローブと前記第２の導電性プローブの第３の位置で交差することを決定するステップと、
前記荷電粒子ビームを第３の曲率半径で円形方向に移動して前記第２の導電性プローブと前記第２の導電性プローブの第４の位置で交差させるステップとをさらに含む請求項１２に記載の方法。
荷電粒子ビームを放射する荷電粒子ビームエミッタを含む撮像システムと、
アクチュエータを含むナノプローバであって、導電性プローブ（１１４）を固定するように構成されているナノプローバ（１１２）と、
前記導電性プローブに電気的に結合されている信号測定回路（１１８）であって、前記導電性プローブから信号を受信する信号測定回路と、
実行されたときにハードウェアプロセッサに動作を実行させる命令を記憶するための少なくとも１つの有形の、非一時的なコンピュータ可読媒体とを備え、前記動作は
第１の基準フレーム内で荷電粒子ビームを活性化するステップであって、前記第１の基準フレームは前記荷電粒子ビームに関連付けられている、ステップと、
サンプルステージ基準フレームをサンプル基準フレームと相関させるステップ（８０２）と、
コンピュータ制御システムによって、前記荷電粒子ビームおよび前記導電性プローブを交差させるステップ（８０８）と、
前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとの交差からの電気的応答を測定するステップと、
前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとの前記交差からの前記電気的応答に基づき第２の基準フレーム内の前記導電性プローブのロケーションを決定するステップであって、前記第２の基準フレームは前記導電性プローブと関連付けられている、ステップと、
前記第２の基準フレーム内の前記導電性プローブのロケーションを前記第１の基準フレーム、前記サンプルステージ基準フレーム、および前記サンプル基準フレームと相関させるステップ（８１２）とを含む、システム（１０２）。
前記電気的応答を測定するステップは、前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとの前記交差から前記導電性プローブによって吸収される正味電流を測定するステップを含む請求項１５に記載のシステム。
前記動作は
荷電粒子ビーム領域を通して第１の一連のプローブ走査を実行するステップと、
前記第１の一連のプローブ走査の各々について、前記導電性プローブと前記荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第１のセットを測定するステップと、
前記第１の一連のプローブ走査の各々からの電気的応答の前記第１のセットに基づき前記導電性プローブの電流プロファイルを作成するステップとを含み、
前記導電性プローブの前記ロケーションを決定するステップは、
前記荷電粒子ビーム領域を通して第２の一連のプローブ走査を実行するステップであって、前記第２の一連のプローブ走査は前記第１の一連のプローブ走査よりも少ない数の走査を含む、ステップと、
前記第２の一連のプローブ走査の各々について、前記導電性プローブと前記荷電粒子ビームとの交差に対応する電気的応答の第２のセットを測定するステップと、
電気的応答の前記第１のセットと電気的応答の前記第２のセットとの比較に基づき前記導電性プローブのロケーションを決定するステップとを含む請求項１５に記載のシステム。
前記荷電粒子ビームと導電性プローブとを交差させるステップは、前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとを前記導電性プローブの第１の位置で交差させるステップを含み、前記動作は
前記第１の位置における前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとの前記交差から第１の電気的応答を測定するステップと
前記測定された第１の電気的応答に基づき前記荷電粒子ビームおよび前記導電性プローブが前記導電性プローブの前記第１の位置で交差すると決定するステップと、
前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとを前記導電性プローブの第２の位置で交差させるステップと、
前記第２の位置における前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとの前記交差から第２の電気的応答を測定するステップと、
前記測定された第２の電気的応答に基づき前記荷電粒子ビームおよび前記導電性プローブが前記導電性プローブの前記第２の位置で交差していると決定するステップとを含む請求項１５に記載のシステム。
前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとの交差からの前記電気的応答に基づき第２の基準フレーム内の前記導電性プローブのロケーションを決定するステップは、前記第２の基準フレーム内の前記導電性プローブのＸおよびＹ位置を決定するステップを含む請求項１５に記載のシステム。
前記動作は前記第２の基準フレーム内の前記導電性プローブの前記ＸおよびＹ位置を前記第１の基準フレームの座標系と相関させるステップを含む請求項１９に記載のシステム。
前記動作は変換行列を使用して前記第２の基準フレーム内の前記導電性プローブの前記ＸおよびＹ位置を前記第１の基準フレームの座標系と相関させるステップを含む請求項２０に記載のシステム。
第１の基準フレーム内で前記前記荷電粒子ビームを活性化させるステップは、前記第１の基準フレーム内の固定された知られているロケーションで前記荷電粒子ビームを活性化するステップを含む請求項１５に記載のシステム。
前記動作は前記信号測定回路から受信された情報に基づき前記ナノプローバのアクチュエータのモーションを制御するためのモーション制御システムであって、前記ナノプローバのアクチュエータの前記モーションは前記導電性プローブを移動する、モーション制御システムをさらに含み、
前記荷電粒子ビームと前記導電性プローブとを交差させるステップは、前記モーション制御システムによって、前記導電性プローブを移動して前記導電性プローブの第１の位置で荷電粒子ビームと交差させるステップを含む請求項２２に記載のシステム。
前記荷電粒子ビームを前記導電性プローブと交差させるステップは、前記荷電粒子ビームを移動して前記導電性プローブと交差させるステップを含む請求項１５に記載のシステム。
モーション制御システムによって、前記荷電粒子ビームを移動して前記導電性プローブと交差させるステップは、
前記荷電粒子ビームが前記導電性プローブと交差する走査角度を決定するステップと、
前記決定された走査角度に基づき前記荷電粒子ビームを移動して前記導電性プローブと交差させるステップとを含む請求項２４に記載のシステム。
前記荷電粒子ビームを移動して前記導電性プローブと交差させるステップは、
前記荷電粒子ビームを第１の曲率半径で円形方向に移動して前記導電性プローブと前記導電性プローブの第１の位置で交差させるステップと、
前記荷電粒子ビームが前記導電性プローブの前記第１の位置と交差することを決定するステップと、
前記荷電粒子ビームを第２の曲率半径で円形方向に移動して前記導電性プローブと前記導電性プローブの第２の位置で交差させるステップと、
前記荷電粒子ビームが前記導電性プローブの前記第２の位置と交差することを決定するステップとを含む請求項２４に記載のシステム。
前記第２の曲率半径は、前記第１の曲率半径よりも小さい請求項２６に記載のシステム。
前記導電性プローブは、第１の導電性プローブであり、前記動作は
前記荷電粒子ビームが第２の導電性プローブと前記第２の導電性プローブの第３の位置で交差することを決定するステップと、
前記荷電粒子ビームを第３の曲率半径で円形方向に移動して前記第２の導電性プローブと前記第２の導電性プローブの第４の位置で交差させるステップとをさらに含む請求項２６に記載のシステム。