KR20190056966A - 하전 입자 빔 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 이온 빔에 의한 시료의 가공에 의해서 형성된 시료편을 적출하여 시료편 홀더에 이설시키는 동작을 자동으로 반복한다.
(해결 수단) 하전 입자 빔 장치는, 니들에 의해서 시료편을 유지한 후에, 시료의 가공 시의 깊이 방향에 대응하는 시료편의 두께 방향에 있어서의 바닥부를 포함한 정형 가공 영역을 설정하고, 정형 가공 영역에 집속 이온 빔을 조사하여 시료편을 정형 가공하도록 집속 이온 빔 조사 광학계를 제어하는 컴퓨터를 구비한다.

Description

하전 입자 빔 장치{CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE}
이 발명은, 자동으로 샘플링하는 하전 입자 빔 장치에 관한 것이다.
종래, 시료에 전자 또는 이온으로 이루어지는 하전 입자 빔을 조사함으로써 제작한 시료편을 적출하여, 주사 전자현미경 및 투과 전자현미경 등에 의한 관찰, 분석, 및 계측 등의 각종 공정에 적합한 형상으로 시료편을 가공하는 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
종래, 시료에 집속 이온 빔을 조사함으로써 제작한 시료편을, 장치 내에 설치한 니들을 이용해 적출하여, 시료편을 시료편 홀더에 이설(移設)할 때, 니들을 축 회전시킴으로써, 시료편 홀더에 대한 시료편의 자세를 전환하는 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조). 이 장치에 있어서는, 니들의 축 회전에 의해서 시료편의 자세를 전환하고 나서 시료편을 시료편 홀더에 고정하므로, 주사 전자현미경 및 투과 전자현미경 등에 의한 관찰, 분석, 및 계측 등의 각종 공정에 적합한 형상으로 시료편을 가공할 때의 효율을 향상시킬 수 있다.
일본국 특허 공개 2008-153239호 공보 일본국 특허 공개 2009-110745호 공보
본 명세서에서는, 「샘플링」이란, 시료에 하전 입자 빔을 조사함으로써 제작한 시료편을 적출하여, 그 시료편을 관찰, 분석, 및 계측 등의 각종 공정에 적합한 형상으로 가공하는 것을 가리키며, 더 구체적으로는, 시료로부터 집속 이온 빔에 의한 가공에 의해서 형성된 시료편을 시료편 홀더에 이설하는 것을 말한다.
종래, 시료편의 샘플링을 자동으로 할 수 있는 기술은 충분히 실현되어 있다고는 할 수 없다.
샘플링을 자동으로 연속적으로 반복하는 것을 저해하는 원인으로서, 시료에 집속 이온 빔을 조사하여 시료편을 제작할 때, 및 시료편 홀더에 고정된 시료편에 집속 이온 빔을 조사하여 가공할 때, 집속 이온 빔의 입사 방향이 제한됨으로써, 시료편을 원하는 형상으로 가공할 수 없는 경우가 있다.
예를 들면, 시료에 집속 이온 빔을 조사하여 시료편을 제작할 때, 시료편의 바닥면측 등과 같이 집속 이온 빔을 조사할 수 없는 부위의 정형(整形) 가공은 곤란하다. 이에 의해, 니들을 이용하여 시료편을 시료편 홀더에 이설할 때, 시료편의 바닥면측등의 정형 가공되어 있지 않은 부위를 시료편 홀더에 고정하는 경우에는, 적정한 고정을 할 수 없다고 하는 문제가 발생한다.
또, 예를 들면, 시료편을 시료 홀더에 고정한 후, 시료편의 바닥면측으로부터 이온 빔을 조사하여 시료편을 마무리 가공하는 경우, 정형 가공되어 있지 않으면 바닥면의 형상의 영향으로 인해 시료편을 균일하게 가공할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
이러한 사태는, 본래 목적으로 하는 자동으로 연속적으로 샘플링을 반복하는 것을 저해하게 된다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 이온 빔에 의한 시료의 가공에 의해서 형성된 시료편을 적출하여 시료편 홀더에 이설시키는 동작을 자동으로 실행하는 것이 가능한 하전 입자 빔 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 양태를 채용했다.
(1) 본 발명의 일 양태에 따른 하전 입자 빔 장치는, 시료로부터 시료편을 자동적으로 제작하는 하전 입자 빔 장치로서, 하전 입자 빔을 조사하는 하전 입자 빔 조사 광학계와, 상기 시료를 재치(載置)하여 이동하는 시료 스테이지와, 상기 시료로부터 분리 및 적출하는 상기 시료편을 유지하여 반송하는 시료편 이설 수단과, 상기 시료편이 이설되는 시료편 홀더를 유지하는 홀더 고정대와, 상기 시료편 이설 수단에 의해서 상기 시료편을 유지한 후에, 상기 하전 입자 빔을 상기 시료편에 조사하여 얻어지는 화상에 있어서, 상기 시료의 가공 시의 깊이 방향에 대응하는 상기 시료편의 두께 방향에 있어서의 단부를 포함하는 정형 가공 영역을 획정하고, 상기 정형 가공 영역에 상기 하전 입자 빔을 조사하여 상기 시료편을 정형 가공하도록 상기 시료편 이설 수단과 상기 하전 입자 빔 조사 광학계를 제어하는 컴퓨터를 구비한다.
(2) 상기 (1)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는, 상기 컴퓨터는, 상기 화상을 얻을 때의 상기 하전 입자 빔의 주사 방향을, 상기 시료편 이설 수단에 의해서 유지된 상기 시료편의 자세에 따른 회전 각도로 회전시키도록 상기 하전 입자 빔 조사 광학계를 제어한다.
(3) 상기 (2)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는, 상기 컴퓨터는, 상기 하전 입자 빔의 주사 방향을 상기 회전 각도로 회전하여 얻어지는 상기 화상에 있어서, 상기 시료편의 상기 단부의 에지를 인식하고, 이 에지에 의거해 상기 정형 가공 영역을 설정한다.
(4) 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는, 상기 시료편 이설 수단은, 상기 시료로부터 분리 및 적출하는 상기 시료편을 유지하여 반송하는 니들과, 이 니들을 구동하는 니들 구동 기구를 구비하고, 상기 컴퓨터는, 상기 시료편을 유지한 상기 니들을 축 회전시킴으로써 상기 시료편의 자세를 상기 시료편 홀더에 대해 제어하도록 상기 니들 구동 기구를 제어한다.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는, 상기 컴퓨터는, 상기 정형 가공 영역에 상기 하전 입자 빔을 조사하여 상기 시료편을 정형 가공한 후에, 상기 시료편의 관찰면에 상기 하전 입자 빔을 조사하여 상기 관찰면을 가공하도록 상기 하전 입자 빔 조사 광학계를 제어한다.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는, 상기 컴퓨터는, 상기 시료편 이설 수단에 의해서 유지된 상기 시료편의 표면에 노출된 패턴을 인식하고, 이 패턴에 간섭하지 않도록 상기 정형 가공 영역을 설정한다.
본 발명의 하전 입자 빔 장치에 의하면, 시료편을 시료편 홀더에 이설함에 앞서, 시료편의 단부를 포함하는 영역을 정형 가공하므로, 시료편을 원하는 형상으로 가공하여, 시료편을 시료편 홀더에 적정하게 고정할 수 있다. 이에 의해, 이온 빔에 의한 시료의 가공에 의해서 형성된 시료편을 적출하여 시료편 홀더에 이설시키는 샘플링 동작을 자동으로 연속해서 실행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 시료에 형성된 시료편을 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 시료편 홀더를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 시료편 홀더를 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 동작을 나타내는 플로차트 중, 특히, 초기 설정 공정의 플로차트이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서, 반복 사용한 니들의 실제의 선단을 설명하기 위한 모식도이며, 특히 (A)는 실제의 니들 선단을 설명하는 모식도이며, (B)는 흡수 전류 신호로 얻어진 제1 화상을 설명하는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 니들 선단에 있어서의 전자빔 조사에 의한 이차 전자 화상의 모식도이며, 특히 (A)는 배경보다 밝은 영역을 추출한 제2 화상을 나타내는 모식도이며, (B)는 배경보다 어두운 영역을 추출한 제3 화상을 나타내는 모식도이다.
도 8은 도 7의 제2 화상과 제3 화상을 합성한 제4 화상을 설명하는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 동작을 나타내는 플로차트 중, 특히, 시료편 픽업 공정의 플로차트이다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서, 니들을 시료편에 접속시킬 때에 있어서의 니들의 정지 위치를 설명하기 위한 모식도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 니들의 선단 및 시료편을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 전자빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 니들의 선단 및 시료편을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 니들 및 시료편의 접속 가공 위치를 포함하는 가공 범위를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서의, 니들을 시료편에 접속할 때의, 니들과 시료편의 위치 관계, 디포지션막 형성 영역을 설명하기 위한 모식도이다.
도 15는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 시료 및 시료편의 지지부의 절단 가공 위치(T1)를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 전자빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 시료편이 접속된 니들을 퇴피시키고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 전자빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 시료편이 접속된 니들에 대해 스테이지를 퇴피시킨 상태를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의 시료편이 접속된 니들의 회전 각도 0°에서의 어프로치 모드의 상태를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 전자빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 시료편이 접속된 니들의 회전 각도 0°에서의 어프로치 모드의 상태를 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 시료편이 접속된 니들의 회전 각도 90°에서의 어프로치 모드의 상태를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 전자빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 시료편이 접속된 니들의 회전 각도 90°에서의 어프로치 모드의 상태를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 시료편이 접속된 니들의 회전 각도 180°에서의 어프로치 모드의 상태를 나타내는 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 전자빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 시료편이 접속된 니들의 회전 각도 180°에서의 어프로치 모드의 상태를 나타내는 도면이다.
도 24는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 니들의 회전 각도 90°에서의 어프로치 모드에 있어서, 집속 이온 빔의 주사 방향을, -68°만큼 회전시키는 스캔 로테이션에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서, 시료편이 접속된 니들의 상태를 나타내는 도면이다.
도 25는 도 24의 화상 데이터에 의거해 시료편의 두께 방향의 바닥부에 있어서 추출된 2개의 에지의 일례를 나타내는 도면이다.
도 26은 도 25의 화상 데이터에 있어서의 2개의 에지에 의거해 시료편의 바닥부를 포함하도록 설정된 가공 범위의 일례를 나타내는 도면이다.
도 27은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 집속 이온 빔을 이용한 정형 가공에 의해서 시료편 홀더의 기둥형상부의 접속면(예를 들면, 측면 등)과 평행한 단면을 갖는 시료편의 일례를 나타내는 도면이다.
도 28은 도 24에 나타낸 화상 데이터에 있어서 사용자에 의해서 지시되는 시료편의 표면으로부터의 거리를 기준으로 하여 시료편에 설정되는 가공 범위의 일례를 나타내는 도면이다.
도 29는 도 28에 나타낸 가공 범위에 집속 이온 빔을 조사함으로써 시료편의 바닥부측의 부위를 제거하는 정형 가공의 실행 후에 시료편 홀더의 기둥형상부의 접속면(예를 들면, 측면 등)과 평행한 단면을 갖는 시료편의 일례를 나타내는 도면이다.
도 30은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 니들의 회전 각도 180°에서의 어프로치 모드에 있어서, 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의 시료편이 접속된 니들을 180° 회전시킨 상태를 나타내는 도면이다.
도 31은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 니들의 회전 각도 180 °에서의 어프로치 모드에 있어서, 집속 이온 빔의 주사 방향을, 22°만큼 회전시키는 스캔 로테이션에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서, 시료편이 접속된 니들의 상태를 나타내는 도면이다.
도 32는 도 31의 화상 데이터에 의거해 시료편의 디바이스 구조가 존재하지 않는 부위를 제거하기 위해서 설정된 가공 범위의 일례를 나타내는 도면이다.
도 33은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서, 시료편을 기둥형상부에 고정한 상태의 일례를 나타내는 도면이다.
도 34는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 집속 이온 빔을 이용하여 시료편에 마무리 가공을 행하는 상태의 일례를 나타내는 도면이다.
도 35는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 기둥형상부의 드리프트 보정 마크와 시료편의 가공 범위의 일례를 나타내는 도면이다.
도 36은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 기둥형상부의 시료편의 장착 위치를 나타내는 도면이다.
도 37은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 전자빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 기둥형상부의 시료편의 장착 위치를 나타내는 도면이다.
도 38은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 동작을 나타내는 플로차트 중, 특히, 시료편 마운트 공정의 플로차트이다.
도 39는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 시료대의 시료편의 장착 위치 주변에서 이동 정지한 니들을 나타내는 도면이다.
도 40은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 전자빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 시료대의 시료편의 장착 위치 주변에서 이동 정지한 니들을 나타내는 도면이다 .
도 41은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 니들에 접속된 시료편을 시료대에 접속하기 위한 가공 범위를 나타내는 도면이다.
도 42는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 니들과 시료편을 접속하는 디포지션막을 절단하기 위한 절단 가공 위치를 나타내는 도면이다.
도 43은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의 니들을 퇴피시킨 상태를 나타내는 도면이다.
도 44는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 전자빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 니들을 퇴피시킨 상태를 나타내는 도면이다.
도 45는 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서, 집속 이온 빔 조사에 의해서 얻어지는 화상을 기초로 한 기둥형상부와 시료편의 위치 관계를 나타내는 설명도이다.
도 46은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서, 전자빔 조사에 의해서 얻어지는 화상을 기초로 한 기둥형상부와 시료편의 위치 관계를 나타내는 설명도이다.
도 47은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서, 전자빔 조사에 의해서 얻어지는 화상을 기초로 한 기둥형상부와 시료편의 에지를 이용한 템플릿을 나타내는 설명도이다.
도 48은 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치에 있어서, 기둥형상부와 시료편을 접속할 때의 위치 관계를 나타내는 템플릿을 설명하는 설명도이다.
도 49는 본 발명의 실시형태에 따른 평면 시료를 제작하기 위한 설명도이며, 본 발명에 의한 하전 입자 빔 장치의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서의 시료편이 접속된 니들의 회전 각도 90°에서의 어프로치 모드의 상태를 나타내는 도면이다.
도 50은 본 발명의 실시형태에 따른 평면 시료를 제작하기 위한 설명도이며, 분리한 시료편을 시료편 홀더에 접촉하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 51은 본 발명의 실시형태에 따른 평면 시료를 제작하기 위한 설명도이며, 시료편 홀더에 고정한 시료편을 박편화하여 평면 시료를 제작할 수 있었던 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 따른 자동으로 시료편을 제작 가능한 하전 입자 빔 장치에 대해서 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)의 구성도이다. 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 내부를 진공 상태로 유지 가능한 시료실(11)과, 시료실(11)의 내부에 있어서 시료(S) 및 시료편 홀더(P)를 고정 가능한 스테이지(12)와, 스테이지(12)를 구동하는 스테이지 구동 기구(13)를 구비하고 있다. 하전 입자 빔 장치(10)는, 시료실(11)의 내부에 있어서의 소정의 조사 영역(즉 주사 범위) 내의 조사 대상에 집속 이온 빔(FIB)을 조사하는 집속 이온 빔 조사 광학계(14)를 구비하고 있다. 하전 입자 빔 장치(10)는, 시료실(11)의 내부에 있어서의 소정의 조사 영역 내의 조사 대상에 전자빔(EB)을 조사하는 전자빔 조사 광학계(15)를 구비하고 있다. 하전 입자 빔 장치(10)는, 집속 이온 빔 또는 전자빔의 조사에 의해서 조사 대상으로부터 발생하는 이차 하전 입자(이차 전자, 이차 이온)(R)를 검출하는 검출기(16)를 구비하고 있다. 하전 입자 빔 장치(10)는, 조사 대상의 표면에 가스(G)를 공급하는 가스 공급부(17)를 구비하고 있다. 가스 공급부(17)는 구체적으로는 외경 200μm 정도의 노즐(17a) 등이다. 하전 입자 빔 장치(10)는, 스테이지(12)에 고정된 시료(S)로부터 미소한 시료편(Q)을 꺼내고, 시료편(Q)을 유지하여 시료편 홀더(P)에 이설하는 니들(18)과, 니들(18)을 구동하여 시료편(Q)을 반송하는 니들 구동 기구(19)와, 니들(18)에 유입하는 하전 입자 빔의 유입 전류(흡수 전류라고도 함)를 검출하고, 유입 전류 신호는 컴퓨터에 보내 화상화하는 흡수 전류 검출기(20)를 구비하고 있다.
이 니들(18)과 니들 구동 기구(19)를 합쳐서 시료편 이설 수단이라고 부르는 경우도 있다. 하전 입자 빔 장치(10)는, 검출기(16)에 의해서 검출된 이차 하전 입자(R)에 의거하는 화상 데이터 등을 표시하는 표시 장치(21)와, 컴퓨터(22)와, 입력 디바이스(23)를 구비하고 있다.
또한, 집속 이온 빔 조사 광학계(14) 및 전자빔 조사 광학계(15)의 조사 대상은, 스테이지(12)에 고정된 시료(S), 시료편(Q), 및 조사 영역 내에 존재하는 니들(18)이나 시료편 홀더(P) 등이다.
이 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)는, 조사 대상의 표면에 집속 이온 빔을 주사하면서 조사함으로써, 피조사부의 화상화나 스퍼터링에 의한 각종의 가공(굴착, 트리밍 가공 등)과 디포지션막의 형성 등이 실행 가능하다. 하전 입자 빔 장치(10)는, 시료(S)로부터 투과 전자현미경에 의한 투과 관찰용 시료편(Q)(예를 들면, 박편 시료, 침상 시료 등)이나 전자빔 이용의 분석 시료편을 형성하는 가공을 실행 가능하다. 하전 입자 빔 장치(10)는, 시료편 홀더(P)에 이설된 시료편(Q)을, 투과 전자현미경에 의한 투과 관찰에 적합한 원하는 두께(예를 들면, 5~100nm 등)의 박막으로 하는 가공이 실행 가능하다. 하전 입자 빔 장치(10)는, 시료편(Q) 및 니들(18) 등의 조사 대상의 표면에 집속 이온 빔 또는 전자빔을 주사하면서 조사함으로써, 조사 대상의 표면의 관찰을 실행 가능하다.
흡수 전류 검출기(20)는, 프리 앰프를 구비하고, 니들의 유입 전류를 증폭해, 컴퓨터(22)에 보낸다. 흡수 전류 검출기(20)에 의해 검출되는 니들 유입 전류와 하전 입자 빔의 주사와 동기한 신호에 의해, 표시 장치(21)에 니들 형상의 흡수 전류 화상을 표시할 수 있어, 니들 형상이나 선단 위치 특정을 행할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)에 있어서, 집속 이온 빔을 시료(S) 표면(사선부)에 조사하여 형성된, 시료(S)로부터 적출되기 전의 시료편(Q)을 나타내는 평면도이다. 부호 F는 집속 이온 빔에 의한 가공 범위, 즉, 집속 이온 빔의 주사 범위를 나타내고, 그 내측(백색부)이 집속 이온 빔 조사에 의해서 스퍼터 가공되어 굴착된 가공 영역(H)을 나타내고 있다. 부호 Ref는, 시료편(Q)을 형성하는(굴착하지 않고 남기는) 위치를 나타내는 레퍼런스 마크(기준점)이며, 예를 들면, 후술하는 디포지션막(예를 들면, 한 변 1μm인 정방형)에 집속 이온 빔에 의해서 예를 들면 직경 30nm의 미세 구멍을 설치한 형상 등이며, 집속 이온 빔이나 전자빔에 의한 화상에서는 양호한 콘트라스트로 인식할 수 있다. 시료편(Q)의 개략의 위치를 알려면 디포지션막을 이용하고, 정밀한 위치 맞춤에는 미세 구멍을 이용한다. 시료(S)에 있어서 시료편(Q)은, 시료(S)에 접속되는 지지부(Qa)를 남기고 측부측 및 바닥부측의 주변부가 깎아내어져 제거되도록 에칭 가공되어 있고, 지지부(Qa)에 의해서 시료(S)에 캔틸레버식으로 지지되고 있다. 시료편(Q)의 길이 방향의 치수는, 예를 들면, 10μm, 15μm, 20μm 정도이며, 폭(두께)은, 예를 들면, 500nm, 1μm, 2μm, 3μm 정도의 미소한 시료편이다.
시료실(11)은, 배기 장치(도시 생략)에 의해서 내부를 원하는 진공 상태가 될 때까지 배기 가능함과 더불어, 원하는 진공 상태를 유지 가능하게 구성되어 있다.
스테이지(12)는, 시료(S)를 유지한다. 스테이지(12)는, 시료편 홀더(P)를 유지하는 홀더 고정대(12a)를 구비하고 있다. 이 홀더 고정대(12a)는 복수의 시료편 홀더(P)를 탑재할 수 있는 구조여도 된다.
도 3은 시료편 홀더(P)의 평면도이며, 도 4는 측면도이다. 시료편 홀더(P)는, 절결부(31)를 갖는 대략 반원형 판상의 기부(基部)(32)와, 절결부(31)에 고정되는 시료대(33)를 구비하고 있다. 기부(32)는, 예를 들면 금속에 의해서 직경 3mm 및 두께 50μm 등의 원형 판상으로 형성되어 있다. 시료대(33)는, 예를 들면 실리콘 웨이퍼로부터 반도체 제조 프로세스에 의해서 형성되고, 도전성의 접착제에 의해서 절결부(31)에 붙여져 있다. 시료대(33)는 빗살 형상이며, 이격 배치되어 돌출하는 복수(예를 들면, 5개, 10개, 15개, 20개 등)로, 시료편(Q)이 이설되는 기둥형상부(이하, 필러라고도 함)(34)를 구비하고 있다.
각 기둥형상부(34)의 폭을 다르게 해둠으로써, 각 기둥형상부(34)에 이설한 시료편(Q)과 기둥형상부(34)의 화상을 대응짓고, 또한 대응하는 시료편 홀더(P)와 대응지어 컴퓨터(22)에 기억시켜둠으로써, 1개의 시료(S)로부터 다수개의 시료편(Q)을 제작한 경우에도 틀리지 않고 인식할 수 있어, 후속하는 투과 전자현미경 등의 분석을 해당하는 시료편(Q)과 시료(S) 상의 적출 개소를 대응 짓는 것도 틀림없이 행할 수 있다. 각 기둥형상부(34)는, 예를 들면 선단부의 두께는 10μm 이하, 5μm 이하 등으로 형성되고, 선단부에 장착되는 시료편(Q)을 유지한다.
또한, 기부(32)는, 상기와 같은 직경 3mm 및 두께 50μm 등의 원형 판상으로 한정되는 일은 없고, 예를 들면 길이 5mm, 높이 2mm, 두께 50μm 등의 직사각형 판상이어도 된다. 요컨대, 기부(32)의 형상은, 후속하는 투과 전자현미경에 도입하는 스테이지(12)에 탑재할 수 있는 형상임과 더불어, 시료대(33)에 탑재한 시료편(Q)의 전부가 스테이지(12)의 가동 범위 내에 위치하는 형상이면 된다. 이러한 형상의 기부(32)에 의하면, 시료대(33)에 탑재한 모든 시료편(Q)을 투과 전자현미경으로 관찰할 수 있다.
스테이지 구동 기구(13)는, 스테이지(12)에 접속된 상태로 시료실(11)의 내부에 수용되어 있고, 컴퓨터(22)로부터 출력되는 제어 신호에 따라 스테이지(12)를 소정 축에 대해 변위시킨다. 스테이지 구동 기구(13)는, 적어도 수평면에 평행 또한 서로 직교하는 X축 및 Y축과, X축 및 Y축에 직교하는 연직 방향의 Z축을 따라서 평행으로 스테이지(12)를 이동시키는 이동 기구(13a)를 구비하고 있다. 스테이지 구동 기구(13)는, 스테이지(12)를 X축 또는 Y축 둘레로 경사지게 하는 경사 기구(13b)와, 스테이지(12)를 Z축 둘레로 회전시키는 회전 기구(13c)를 구비하고 있다.
집속 이온 빔 조사 광학계(14)는, 시료실(11)의 내부에 있어서 빔 출사부(도시 생략)를, 조사 영역 내의 스테이지(12)의 연직 방향 상방의 위치에서 스테이지(12)에 면하게 함과 더불어, 광축을 연직 방향에 평행하게 하여, 시료실(11)에 고정되어 있다. 이에 의해서, 스테이지(12)에 재치된 시료(S), 시료편(Q), 및 조사 영역 내에 존재하는 니들(18) 등의 조사 대상에 연직 방향 상방으로부터 하방을 향해 집속 이온 빔을 조사 가능하다. 또, 하전 입자 빔 장치(10)는, 상기와 같은 집속 이온 빔 조사 광학계(14) 대신에 다른 이온 빔 조사 광학계를 구비해도 된다. 이온 빔 조사 광학계는, 상기와 같은 집속 빔을 형성하는 광학계로 한정되지 않는다. 이온 빔 조사 광학계는, 예를 들면, 광학계 내에 정형의 개구를 갖는 스텐실 마스크를 설치하여, 스텐실 마스크의 개구 형상의 성형 빔을 형성하는 프로젝션형의 이온 빔 조사 광학계여도 된다. 이러한 프로젝션형의 이온 빔 조사 광학계에 의하면, 시료편(Q)의 주변의 가공 영역에 상당하는 형상의 성형 빔을 정밀하게 형성할 수 있어, 가공 시간이 단축된다.
집속 이온 빔 조사 광학계(14)는, 이온을 발생시키는 이온원(14a)과, 이온원(14a)으로부터 인출된 이온을 집속 및 편향시키는 이온 광학계(14b)를 구비하고 있다. 이온원(14a) 및 이온 광학계(14b)는, 컴퓨터(22)로부터 출력되는 제어 신호에 따라 제어되며, 집속 이온 빔의 조사 위치 및 조사 조건 등이 컴퓨터(22)에 의해서 제어된다. 이온원(14a)은, 예를 들면, 액체 갈륨 등을 이용한 액체 금속 이온원이나 플라즈마형 이온원, 가스 전계 전리형 이온원 등이다. 이온 광학계(14b)는, 예를 들면, 콘덴서 렌즈 등의 제1 정전 렌즈와, 정전 편향기와, 대물 렌즈 등의 제2 정전 렌즈 등을 구비하고 있다. 이온원(14a)으로서, 플라즈마형 이온원을 이용한 경우, 대전류 빔에 의한 고속의 가공을 실현할 수 있어, 큰 시료(S)의 적출에 적합하다.
전자빔 조사 광학계(15)는, 시료실(11)의 내부에 있어서 빔 출사부(도시 생략)를, 조사 영역 내의 스테이지(12)의 연직 방향에 대해 소정 각도(예를 들면 60°) 경사진 경사 방향으로 스테이지(12)에 면하게 함과 더불어, 광축을 경사 방향에 평행하게 하여, 시료실(11)에 고정되어 있다. 이에 의해서, 스테이지(12)에 고정된 시료(S), 시료편(Q), 및 조사 영역 내에 존재하는 니들(18) 등의 조사 대상에 경사 방향의 상방으로부터 하방을 향해 전자빔을 조사 가능하다.
전자빔 조사 광학계(15)는, 전자를 발생시키는 전자원(15a)과, 전자원(15a)으로부터 사출된 전자를 집속 및 편향시키는 전자 광학계(15b)를 구비하고 있다. 전자원(15a) 및 전자 광학계(15b)는, 컴퓨터(22)로부터 출력되는 제어 신호에 따라 제어되며, 전자빔의 조사 위치 및 조사 조건 등이 컴퓨터(22)에 의해서 제어된다. 전자 광학계(15b)는, 예를 들면, 전자 렌즈나 편향기 등을 구비하고 있다.
또한, 전자빔 조사 광학계(15)와 집속 이온 빔 조사 광학계(14)의 배치를 바꾸어, 전자빔 조사 광학계(15)를 연직 방향으로, 집속 이온 빔 조사 광학계(14)를 연직 방향으로 소정 각도 경사진 경사 방향으로 배치해도 된다.
검출기(16)는, 시료(S) 및 니들(18) 등의 조사 대상에 집속 이온 빔이나 전자빔이 조사되었을 때에 조사 대상으로부터 방사되는 이차 하전 입자(이차 전자 및 이차 이온)(R)의 강도(즉, 이차 하전 입자의 양)를 검출하고, 이차 하전 입자(R)의 검출량의 정보를 출력한다. 검출기(16)는, 시료실(11)의 내부에 있어서 이차 하전 입자(R)의 양을 검출 가능한 위치, 예를 들면 조사 영역 내의 시료(S) 등의 조사 대상에 대해 비스듬한 상방의 위치 등에 배치되고, 시료실(11)에 고정되어 있다.
가스 공급부(17)는 시료실(11)에 고정되어 있으며, 시료실(11)의 내부에 있어서 가스 분사부(노즐이라고도 함)를 갖고, 스테이지(12)에 면하게 하여 배치되어 있다. 가스 공급부(17)는, 집속 이온 빔에 의한 시료(S)의 에칭을 시료(S)의 재질에 따라 선택적으로 촉진하기 위한 에칭용 가스와, 시료(S)의 표면에 금속 또는 절연체 등의 퇴적물에 의한 디포지션막을 형성하기 위한 디포지션용 가스 등을 시료(S)에 공급 가능하다. 예를 들면, 실리콘계의 시료(S)에 대한 불화크세논과, 유기계의 시료(S)에 대한 물 등의 에칭용 가스를, 집속 이온 빔의 조사와 더불어 시료(S)에 공급함으로써, 에칭을 재료 선택적으로 촉진시킨다. 또, 예를 들면, 플래티나, 카본, 또는 텅스텐 등을 함유한 디포지션용 가스를, 집속 이온 빔의 조사와 함께 시료(S)에 공급함으로써, 디포지션용 가스로부터 분해된 고체 성분을 시료(S)의 표면에 퇴적(디포지션)할 수 있다. 디포지션용 가스의 구체예로서, 카본을 포함하는 가스로서 페난트렌이나 나프탈렌이나 피렌 등, 플라티나를 포함하는 가스로서 트리메틸·에틸시클로펜타디에닐·플라티나 등, 또, 텅스텐을 포함하는 가스로서 텅스텐헥사카르보닐 등이 있다. 또, 공급 가스에 따라서는, 전자빔을 조사하는 것으로도, 에칭이나 디포지션을 행할 수 있다. 단, 본 발명의 하전 입자 빔 장치(10)에 있어서의 디포지션용 가스는, 디포지션 속도, 시료편(Q)과 니들(18)간의 디포지션막의 확실한 부착의 관점에서 카본을 포함하는 디포지션용 가스, 예를 들면 페난트렌이나 나프탈렌, 피렌 등이 최적이며, 이들 중 어느 하나를 이용한다.
니들 구동 기구(19)는, 니들(18)이 접속된 상태로 시료실(11)의 내부에 수용되어 있으며, 컴퓨터(22)로부터 출력되는 제어 신호에 따라 니들(18)을 변위시킨다. 니들 구동 기구(19)는, 스테이지(12)와 일체로 설치되어 있으며, 예를 들면 스테이지(12)가 경사 기구(13b)에 의해서 경사축(즉, X축 또는 Y축) 둘레로 회전하면, 스테이지(12)와 일체로 이동한다. 니들 구동 기구(19)는, 3차원 좌표축의 각각을 따라서 평행으로 니들(18)을 이동시키는 이동 기구(도시 생략)와, 니들(18)의 중심축 둘레로 니들(18)을 회전시키는 회전 기구(도시 생략)를 구비하고 있다. 또한, 이 3차원 좌표축은, 시료 스테이지의 직교 3축 좌표계와는 독립되어 있으며, 스테이지(12)의 표면에 평행한 2차원 좌표축으로 하는 직교 3축 좌표계로, 스테이지(12)의 표면이 경사 상태, 회전 상태에 있는 경우, 이 좌표계는 경사지고, 회전한다.
컴퓨터(22)는, 적어도 스테이지 구동 기구(13)와, 집속 이온 빔 조사 광학계(14)와, 전자빔 조사 광학계(15)와, 가스 공급부(17)와, 니들 구동 기구(19)를 제어한다.
컴퓨터(22)는, 시료실(11)의 외부에 배치되고, 표시 장치(21)와, 조작자의 입력 조작에 따른 신호를 출력하는 마우스나 키보드등의 입력 디바이스(23)가 접속되어 있다.
컴퓨터(22)는, 입력 디바이스(23)로부터 출력되는 신호 또는 미리 설정된 자동 운전 제어 처리에 의해서 생성되는 신호 등에 의해서, 하전 입자 빔 장치(10)의 동작을 통합적으로 제어한다.
컴퓨터(22)는, 하전 입자 빔의 조사 위치를 주사하면서 검출기(16)에 의해서 검출되는 이차 하전 입자(R)의 검출량을, 조사 위치에 대응지은 휘도 신호로 변환하여, 이차 하전 입자(R)의 검출량의 2차원 위치 분포에 따라서 조사 대상의 형상을 나타내는 화상 데이터를 생성한다. 흡수 전류 화상 모드에서는, 컴퓨터(22)는, 하전 입자 빔의 조사 위치를 주사하면서 니들(18)에 흐르는 흡수 전류를 검출함으로써, 흡수 전류의 2차원 위치 분포(흡수 전류 화상)에 의해서 니들(18)의 형상을 나타내는 흡수 전류 화상 데이터를 생성한다. 컴퓨터(22)는, 생성한 각 화상 데이터와 함께, 각 화상 데이터의 확대, 축소, 이동, 및 회전 등의 조작을 실행하기 위한 화면을, 표시 장치(21)에 표시시킨다. 컴퓨터(22)는, 자동적인 시퀀스 제어에 있어서의 모드 선택 및 가공 설정 등의 각종의 설정을 행하기 위한 화면을, 표시 장치(21)에 표시시킨다.
본 발명의 실시형태에 의한 하전 입자 빔 장치(10)는 상기 구성을 구비하고 있으며, 다음에, 이 하전 입자 빔 장치(10)의 동작에 대해서 설명한다.
이하, 컴퓨터(22)가 실행하는 자동 샘플링의 동작, 즉 하전 입자 빔(집속 이온 빔)에 의한 시료(S)의 가공에 의해서 형성된 시료편(Q)을 자동적으로 시료편 홀더(P)에 이설시키는 동작에 대해서, 초기 설정 공정, 시료편 픽업 공정, 시료편 마운트 공정으로 크게 나누고, 순차적으로 설명한다.
<초기 설정 공정>
도 5는, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)에 의한 자동 샘플링의 동작 중 초기 설정 공정의 흐름을 나타내는 플로차트이다. 우선, 컴퓨터(22)는, 자동 시퀀스의 개시 시에 조작자의 입력에 따라 후술하는 자세 제어 모드의 유무 등의 모드 선택, 템플릿 매칭용 관찰 조건, 및 가공 조건 설정(가공 위치, 치수, 개수 등의 설정), 니들 선단 형상의 확인 등을 행한다(단계 S010).
다음에, 컴퓨터(22)는, 기둥형상부(34)의 템플릿을 작성한다(단계 S020~단계 S027). 이 템플릿 작성에 있어서, 먼저, 컴퓨터(22)는, 조작자에 의해서 스테이지(12)의 홀더 고정대(12a)에 설치되는 시료편 홀더(P)의 위치 등록 처리를 행한다(단계 S020). 컴퓨터(22)는, 샘플링 프로세스의 최초에 기둥형상부(34)의 템플릿을 작성한다. 컴퓨터(22)는, 기둥형상부(34)마다 템플릿을 작성한다. 컴퓨터(22)는, 각 기둥형상부(34)의 스테이지 좌표 취득과 템플릿 작성을 행하고, 이들을 세트로 기억하고, 추후에 템플릿 매칭(템플릿과 화상의 겹침)으로 기둥형상부(34)의 형상을 판정할 때에 이용한다. 컴퓨터(22)는, 템플릿 매칭에 이용하는 기둥형상부(34)의 템플릿으로서, 예를 들면, 화상 그 자체, 화상으로부터 추출한 에지 정보 등을 미리 기억한다. 컴퓨터(22)는, 추후의 프로세스에서, 스테이지(12)의 이동 후에 템플릿 매칭을 행하고, 템플릿 매칭의 스코어에 의해서 기둥형상부(34)의 형상을 판정함으로써, 기둥형상부(34)의 정확한 위치를 인식할 수 있다. 또한, 템플릿 매칭용 관찰 조건으로서, 템플릿 작성용과 동일한 콘트라스트, 배율 등의 관찰 조건을 이용하면, 정확한 템플릿 매칭을 실시할 수 있으므로 바람직하다.
홀더 고정대(12a)에 복수의 시료편 홀더(P)가 설치되고, 각 시료편 홀더(P)에 복수의 기둥형상부(34)가 설치되어 있는 경우, 각 시료편 홀더(P)에 고유의 인식 코드와, 해당 시료편 홀더(P)의 각 기둥형상부(34)에 고유의 인식 코드를 미리 정해두고, 이들 인식 코드와 각 기둥형상부(34)의 좌표 및 템플릿 정보를 대응지어 컴퓨터(22)가 기억해도 된다.
또, 컴퓨터(22)는, 상기 인식 코드, 각 기둥형상부(34)의 좌표, 및 템플릿 정보와 함께, 시료(S)에 있어서의 시료편(Q)이 적출되는 부위(적출부)의 좌표, 및 주변의 시료면의 화상 정보를 세트로 기억해도 된다.
또, 예를 들면 암석, 광물, 및 생체 시료 등의 부정형의 시료인 경우, 컴퓨터(22)는, 저배율의 광시야 화상, 적출부의 위치 좌표, 및 화상 등을 세트로 하고, 이들 정보를 인식 정보로서 기억해도 된다. 이 인식 정보를, 박편화한 시료(S)와 관련짓고, 또는, 투과 전자현미경상과 시료(S)의 적출 위치와 관련지어 기록해도 된다.
컴퓨터(22)는, 시료편 홀더(P)의 위치 등록 처리를, 후술하는 시료편(Q)의 이동에 앞서 행해둠으로써, 실제로 적정한 형상의 시료대(33)가 존재하는 것을 미리 확인해둘 수 있다.
이 위치 등록 처리에 있어서, 우선, 컴퓨터(22)는, 조(粗)조정의 동작으로서, 스테이지 구동 기구(13)에 의해서 스테이지(12)를 이동시키고, 시료편 홀더(P)에 있어서 시료대(33)가 장착된 위치에 조사 영역을 위치 맞춤한다. 다음에, 컴퓨터(22)는, 미세 조정의 동작으로서, 하전 입자 빔(집속 이온 빔 및 전자빔의 각각)의 조사에 의해 생성하는 각 화상 데이터로부터, 사전에 시료대(33)의 설계 형상(CAD 정보)으로부터 작성한 템플릿을 이용하여 시료대(33)를 구성하는 복수의 기둥형상부(34)의 위치를 추출한다. 그리고, 컴퓨터(22)는, 추출한 각 기둥형상부(34)의 위치 좌표와 화상을, 시료편(Q)의 장착 위치로서 등록 처리(기억)한다(단계 S023). 이 때, 각 기둥형상부(34)의 화상이, 미리 준비해둔 기둥형상부의 설계도, CAD 도면, 또는 기둥형상부(34)의 표준품의 화상과 비교하여, 각 기둥형상부(34)의 변형이나 깨짐, 결락 등의 유무를 확인하고, 만약, 불량이면 그 기둥형상부의 좌표 위치와 화상과 함께 불량품인 것도 컴퓨터(22)는 기억한다.
다음에, 현재 등록 처리의 실행중의 시료편 홀더(P)에 등록해야 할 기둥형상부(34)가 없는지 아닌지를 판정한다(단계 S025). 이 판정 결과가 「NO」인 경우, 즉 등록해야 할 기둥형상부(34)의 남은 개수 m이 1 이상인 경우에는, 처리를 상술한 단계 S023으로 되돌리고, 기둥형상부(34)의 남은 개수 m이 없어질 때까지 단계 S023과 S025를 반복한다. 한편, 이 판정 결과가 「YES」인 경우, 즉 등록해야 할 기둥형상부(34)의 남은 개수 m이 제로인 경우에는, 처리를 단계 S027로 진행한다.
홀더 고정대(12a)에 복수개의 시료편 홀더(P)가 설치되어 있는 경우, 각 시료편 홀더(P)의 위치 좌표, 해당 시료편 홀더(P)의 화상 데이터를 각 시료편 홀더(P)에 대한 코드 번호 등과 함께 기록하고, 또한, 각 시료편 홀더(P)의 각 기둥형상부(34)의 위치 좌표와 대응하는 코드 번호와 화상 데이터를 기억(등록 처리)한다. 컴퓨터(22)는, 이 위치 등록 처리를, 자동 샘플링을 실시하는 시료편(Q)의 수의 분만큼, 순차적으로, 실시해도 된다.
그리고, 컴퓨터(22)는, 등록해야 할 시료편 홀더(P)가 없는지 아닌지를 판정한다(단계 S027). 이 판정 결과가 「NO」인 경우, 즉 등록해야 할 시료편 홀더(P)의 남은 개수 n이 1 이상인 경우에는, 처리를 상술한 단계 S020으로 되돌리고, 시료편 홀더(P)의 남은 개수 n이 없어질 때까지 단계 S020~S027을 반복한다. 한편, 이 판정 결과가 「YES」인 경우, 즉 등록해야 할 시료편 홀더(P)의 남은 개수 n이 제로인 경우에는, 처리를 단계 S030으로 진행한다.
이에 의해, 1개의 시료(S)로부터 수 십개의 시료편(Q)을 자동 제작하는 경우, 홀더 고정대(12a)에 복수의 시료편 홀더(P)가 위치 등록되고, 그 각각의 기둥형상부(34)의 위치가 화상 등록되어 있기 때문에, 수 십개의 시료편(Q)을 장착해야 하는 특정의 시료편 홀더(P)와, 또한, 특정의 기둥형상부(34)를 즉시 하전 입자 빔의 시야 내에 불러낼 수 있다.
또한, 이 위치 등록 처리(단계 S020, S023)에 있어서, 만일, 시료편 홀더(P)자체, 혹은, 기둥형상부(34)가 변형이나 파손되어 있어, 시료편(Q)을 장착할 수 있는 상태가 아닌 경우에는, 상기 위치 좌표, 화상 데이터, 코드 번호와 함께, 대응시켜 『사용 불가』(시료편(Q)이 장착되지 않는 것을 나타내는 표기) 등으로도 등록해 둔다. 이에 의해서, 컴퓨터(22)는, 후술하는 시료편(Q)의 이설 시에, 『사용 불가』의 시료편 홀더(P), 혹은 기둥형상부(34)는 스킵되고, 다음의 정상적인 시료편 홀더(P), 혹은 기둥형상부(34)를 관찰 시야 내로 이동시킬 수 있다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 니들(18)의 템플릿을 작성한다(단계 S030~S050). 템플릿은, 후술하는 니들을 시료편에 정확하게 접근시킬 때의 화상 매칭에 이용한다.
이 템플릿 작성 공정에 있어서, 우선, 컴퓨터(22)는, 스테이지 구동 기구(13)에 의해서 스테이지(12)를 일단 이동시킨다. 계속해서, 컴퓨터(22)는, 니들 구동 기구(19)에 의해서 니들(18)을 초기 설정 위치로 이동시킨다(단계 S030). 초기 설정 위치는, 집속 이온 빔과 전자빔을 거의 동일점에 조사할 수 있고, 양 빔의 초점이 맞는 점(코인시던스 포인트)이며, 직전에 행한 스테이지 이동에 의해서, 니들(18)의 배경에는 시료(S) 등 니들(18)로 오인하는 복잡한 구조가 없는, 미리 정한 위치이다. 이 코인시던스 포인트는, 집속 이온 빔 조사와 전자빔 조사에 의해서 동일한 대상물을 상이한 각도로부터 관찰할 수 있는 위치이다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 전자빔 조사에 의한 흡수 화상 모드에 의해서, 니들(18)의 위치를 인식한다(단계 S040).
컴퓨터(22)는, 전자빔을 주사하면서 니들(18)에 조사함으로써 니들(18)에 유입하는 흡수 전류를 검출하고, 흡수 전류 화상 데이터를 생성한다. 이 때, 흡수 전류 화상에는, 니들(18)로 오인하는 배경이 없기 때문에, 배경 화상에 영향을 받지 않고 니들(18)을 인식할 수 있다. 컴퓨터(22)는, 전자빔의 조사에 의해서 흡수 전류 화상 데이터를 취득한다. 흡수 전류상을 이용하여 템플릿을 작성하는 것은, 니들이 시료편에 근접하면, 시료편의 가공 형상이나 시료 표면의 패턴 등, 니들의 배경에는 니들로 오인하는 형상이 존재하는 경우가 많기 때문에, 이차 전자상에서는 오인할 우려가 높고, 오인 방지하기 위해 배경에 영향을 받지않는 흡수 전류상을 이용한다. 이차 전자상은 배경상에 영향을 받기 쉽고, 오인의 우려가 높기 때문에 템플릿 화상으로는 적합하지 않다. 이와 같이, 흡수 전류 화상에서는 니들 선단의 카본 디포지션막을 인식할 수 없으므로, 실제의 니들 선단을 알 수는 없으나, 템플릿과의 패턴 매칭의 관점에서 흡수 전류상이 적합하다.
여기서, 컴퓨터(22)는, 니들(18)의 형상을 판정한다(단계 S042). 만일, 니들(18)의 선단 형상이 변형이나 파손 등으로 인해, 시료편(Q)을 장착할 수 있는 상태가 아닌 경우(단계 S042;NG)에는, 단계 S043에서, 도 38의 단계 S280의 NO측으로 건너뛰어, 단계 S050 이후의 전체 단계는 실행하지 않고 자동 샘플링의 동작을 종료시킨다. 즉, 니들 선단 형상이 불량인 경우, 더 이상의 작업을 실행할 수 없어, 장치 조작자에 의한 니들 교환의 작업에 들어간다. 단계 S042에 있어서의 니들 형상의 판단은, 예를 들면, 1변 200μm의 관찰 시야에서, 니들 선단 위치가 소정의 위치로부터 100μm 이상 어긋나 있는 경우에는 불량품이라고 판단한다. 또한, 단계 S042에 있어서, 니들 형상이 불량이라고 판단한 경우, 표시 장치(21)에 「니들 불량」 등으로 표시하여(단계 S043), 장치의 조작자에 경고한다. 불량품이라고 판단한 니들(18)은 새로운 니들(18)로 교환하거나, 경미한 불량이면 니들 선단을 집속 이온 빔 조사에 의해서 성형해도 된다.
단계 S042에 있어서, 니들(18)이 미리 정한 정상적인 형상이면 다음의 단계 S044로 진행한다.
여기서, 니들 선단의 상태를 설명해둔다.
도 6(A)는, 니들(18)(텅스텐 니들)의 선단에 카본 디포지션막(DM)의 잔사가 부착되어 있는 상태를 설명하기 위해서 니들 선단부를 확대한 모식도이다. 니들(18)은, 그 선단이 집속 이온 빔 조사에 의해서 절제되어 변형되지 않도록 하여 샘플링 조작을 복수회 반복해서 이용하기 때문에, 니들(18) 선단에는 시료편(Q)을 유지하고 있던 카본 디포지션막(DM)의 잔사가 부착된다. 반복해서 샘플링함으로써, 이 카본 디포지션막(DM)의 잔사는 서서히 커져, 텅스텐 니들의 선단 위치보다 조금 돌출한 형상이 된다. 따라서, 니들(18)의 실제의 선단 좌표는, 애당초의 니들(18)을 구성하는 텅스텐의 선단(W)이 아니라, 카본 디포지션막(DM)의 잔사의 선단(C)이 된다. 흡수 전류상을 이용하여 템플릿을 작성하는 것은, 니들(18)이 시료편(Q)에 근접하면, 시료편(Q)의 가공 형상이나 시료 표면의 패턴 등, 니들(18)의 배경에는 니들(18)로 오인하는 형상이 존재하는 경우가 많기 때문에, 이차 전자상에서는 오인할 우려가 높고, 오인 방지하기 위해서 배경에 영향을 받지 않는 흡수 전류상을 이용한다. 이차 전자상은 배경상에 영향을 받기 쉽고, 오인의 우려가 높기 때문에 템플릿 화상으로서는 적합하지 않다. 이와 같이, 흡수 전류 화상에서는 니들 선단의 카본 디포지션막(DM)을 인식할 수 없기 때문에, 실제의 니들 선단을 알 수는 없지만, 템플릿과의 패턴 매칭의 관점에서 흡수 전류상이 적합하다.
도 6(B)는, 카본 디포지션막(DM)이 부착된 니들 선단부의 흡수 전류상의 모식도이다. 배경에 복잡한 패턴이 있어도 배경 형상에 영향을 받지 않고, 니들(18)은 명확하게 인식할 수 있다. 배경에 조사되는 전자빔 신호는 화상에 반영되지 않기 때문에, 배경은 노이즈 레벨이 균일한 그레이톤으로 나타난다. 한편, 카본 디포지션막(DM)은 배경의 그레이톤보다 약간 어둡게 보이고, 흡수 전류상에서는 카본 디포지션막(DM)의 선단을 명확하게 확인할 수 없음을 알았다. 흡수 전류상에서는, 카본 디포지션막(DM)을 포함시킨 실제의 니들 위치를 인식할 수 없기 때문에, 흡수 전류상만을 의존하여 니들(18)을 이동시키면, 니들 선단이 시료편(Q)에 충돌할 우려가 높다.
이 때문에, 이하와 같이 하여, 카본 디포지션막(DM)의 선단 좌표 C로부터 니들(18)의 실제의 선단 좌표를 구한다. 또한, 여기서, 도 6(B)의 화상을 제1 화상이라 부르기로 한다.
니들(18)의 흡수 전류상(제1 화상)을 취득하는 공정이 단계 S044이다.
다음에, 도 6(B)의 제1 화상을 화상 처리하여, 배경보다 밝은 영역을 추출한다(단계 S045).
도 7(A)는, 도 6(B)의 제1 화상을 화상 처리하여, 배경보다 밝은 영역을 추출한 모식도이다. 배경과 니들(18)의 명도의 차가 작을 때에는, 화상 콘트라스트를 높여, 배경과 니들의 명도의 차를 크게 해도 된다. 이와 같이 하여, 배경보다 밝은 영역(니들(18)의 일부)을 강조한 화상이 얻어지고, 이 화상을 여기에서는 제2 화상이라 한다. 이 제2 화상을 컴퓨터에 기억한다.
다음에, 도 6(B)의 제1 화상에 있어서, 배경의 명도보다 어두운 영역을 추출한다(단계 S046).
도 7(B)는, 도 6(B)의 제1 화상을 화상 처리하여, 배경보다 어두운 영역을 추출한 모식도이다. 니들 선단의 카본 디포지션막(DM)만이 추출되어 표시된다. 배경과 카본 디포지션막(DM)의 명도의 차가 작을 때에는 화상 콘트라스트를 높여, 화상 데이터 상, 배경과 카본 디포지션막(DM)의 명도의 차를 크게 해도 된다. 이와 같이 하여, 배경보다 어두운 영역을 현재화(顯在化)시킨 화상이 얻어진다. 여기서, 이 화상을 제3 화상이라 하고, 제3 화상을 컴퓨터(22)에 기억한다.
다음에, 컴퓨터(22)에 기억한 제2 화상과 제3 화상을 합성한다(단계 S047).
도 8은 합성 후의 표시 화상의 모식도이다. 단, 화상 상, 보기 쉽게 하기 위해서, 제2 화상에서의 니들(18)의 영역, 제3 화상에 있어서의 카본 디포지션막(DM)의 부분의 윤곽만을 선 표시하여, 배경이나 니들(18), 카본 디포지션막(DM)의 외주 이외에는 투명 표시로 해도 되고, 배경만을 투명하게 하여, 니들(18)과 카본 디포지션막(DM)을 동일한 색이나 동일한 톤으로 표시해도 된다. 이와 같이, 제2 화상과 제3 화상은 본디 제1 화상을 기초로 하고 있으므로, 제2 화상이나 제3 화상의 한쪽만을 확대 축소나 회전 등 변형하지 않는 한, 합성하여 얻어지는 화상은 제1 화상을 반영시킨 형상이다. 여기서, 합성한 화상을 제4 화상이라 부르고, 이 제4 화상을 컴퓨터에 기억한다. 제4 화상은, 제1 화상을 기초로, 콘트라스트를 조정하고, 윤곽을 강조하는 처리를 실시하고 있기 때문에, 제1 화상과 제4 화상에 있어서의 니들 형상은 완전히 동일하며, 윤곽이 명확하게 되어 있고, 제1 화상에 비해 카본 디포지션막(DM)의 선단이 명확하게 된다.
다음에, 제4 화상으로부터, 카본 디포지션막(DM)의 선단, 즉, 카본 디포지션막(DM)이 퇴적된 니들(18)의 실제의 선단 좌표를 구한다(단계 S048).
컴퓨터(22)로부터 제4 화상을 취출해 표시하고, 니들(18)의 실제의 선단 좌표를 구한다. 니들(18)의 축방향으로 가장 돌출한 개소(C)가 실제의 니들 선단이며, 화상 인식에 의해 자동적으로 판단하게 하여, 선단 좌표를 컴퓨터(22)에 기억한다.
다음에, 템플릿 매칭의 정밀도를 더욱 높이기 위해서, 단계 S044일 때와 동일한 관찰 시야에서의 니들 선단의 흡수 전류 화상을 레퍼런스 화상으로 하여, 템플릿 화상은 레퍼런스 화상 데이터 중, 단계 S048에서 얻은 니들 선단 좌표를 기준으로 하여, 니들 선단을 포함하는 일부만을 추출한 것으로 하고, 이 템플릿 화상을 단계 S048에서 얻은 니들 선단의 기준 좌표(니들 선단 좌표)를 대응지어 컴퓨터(22)에 등록한다(단계 S050).
다음에, 컴퓨터(22)는, 니들(18)을 시료편(Q)에 접근시키는 처리로서, 이하의 처리를 행한다.
또한, 단계 S050에 있어서는, 단계 S044일 때와 동일한 관찰 시야로 한정했으나, 이것으로 한정되는 일은 없고, 빔 주사의 기준이 관리되어 있으면 동일 시야로 한정되는 일은 없다. 또, 상기 단계 S050의 설명에서는 템플릿을, 니들 선단 부를 포함하는 것으로 했지만, 기준 좌표하고만 좌표가 대응지어져 있으면 선단을 포함하지 않는 영역을 템플릿으로 해도 무방하다.
컴퓨터(22)는, 니들(18)을 이동시키는 사전에 실제로 취득하는 화상 데이터를 레퍼런스 화상 데이터로 하므로, 개개의 니들(18)의 형상의 상이에 상관없이, 정밀도가 높은 패턴 매칭을 행할 수 있다. 또한, 컴퓨터(22)는, 배경에 복잡한 구조물이 없는 상태로 각 화상 데이터를 취득하므로, 정확한 실제의 니들 선단 좌표를 구할 수 있다. 또, 배경의 영향을 배제한 니들(18)의 형상을 명확하게 파악할 수 있는 템플릿을 취득할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 각 화상 데이터를 취득할 때에, 대상물의 인식 정밀도를 증대시키기 위해서 미리 기억한 적합한 배율, 휘도, 콘트라스트 등의 화상 취득 조건을 이용한다.
또, 상기 기둥형상부(34)의 템플릿을 작성하는 공정(S020~S027)과, 니들(18)의 템플릿을 작성하는 공정(S030~S050)이 반대여도 된다. 단, 니들(18)의 템플릿을 작성하는 공정(S030~S050)이 선행하는 경우, 후술하는 단계 S280로부터 되돌아오는 플로우(E)도 연동한다.
<시료편 픽업 공정>
도 9는, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)에 의한 자동 샘플링의 동작 중, 시료편(Q)을 시료(S)로부터 픽업하는 공정의 흐름을 나타내는 플로차트이다. 여기서, 픽업이란, 집속 이온 빔에 의한 가공이나 니들에 의해서, 시료편(Q)을 시료(S)로부터 분리, 적출하는 것을 말한다.
우선, 컴퓨터(22)는, 대상으로 하는 시료편(Q)을 하전 입자 빔의 시야에 넣기 위해서 스테이지 구동 기구(13)에 의해서 스테이지(12)를 이동시킨다. 목적으로 하는 레퍼런스 마크 Ref의 위치 좌표를 이용하여 스테이지 구동 기구(13)를 동작시켜도 된다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 하전 입자 빔의 화상 데이터를 이용하여, 미리 시료(S)에 형성된 레퍼런스 마크 Ref를 인식한다. 컴퓨터(22)는, 인식한 레퍼런스 마크 Ref를 이용하여, 이미 알고 있는 레퍼런스 마크 Ref와 시료편(Q)의 상대 위치 관계로부터 시료편(Q)의 위치를 인식하여, 시료편(Q)의 위치를 관찰 시야에 들어가도록 스테이지 이동시킨다(단계 S060).
다음에, 컴퓨터(22)는, 스테이지 구동 기구(13)에 의해서 스테이지(12)를 구동하고, 시료편(Q)의 자세가 소정 자세(예를 들면, 니들(18)에 의한 취출에 적합한 자세 등)가 되도록, 자세 제어 모드에 대응한 각도분만큼 스테이지(12)를 Z축 둘레로 회전시킨다(단계 S070).
다음에, 컴퓨터(22)는, 하전 입자 빔의 화상 데이터를 이용하여 레퍼런스 마크 Ref를 인식하고, 이미 알고 있는 레퍼런스 마크 Ref와 시료편(Q)의 상대 위치 관계로부터 시료편(Q)의 위치를 인식하여, 시료편(Q)의 위치 맞춤을 행한다(단계 S080). 다음에, 컴퓨터(22)는, 니들(18)을 시료편(Q)에 접근시키는 처리로서, 이하의 처리를 행한다.
컴퓨터(22)는, 니들 구동 기구(19)에 의해서 니들(18)을 이동시키는 니들 이동(조조정)을 실행한다(단계 S090). 컴퓨터(22)는, 시료(S)에 대한 집속 이온 빔 및 전자빔에 의한 각 화상 데이터를 이용하여, 레퍼런스 마크 Ref(상술한 도 2 참조)를 인식한다. 컴퓨터(22)는, 인식한 레퍼런스 마크 Ref를 이용하여 니들(18)의 이동 목표 위치(AP)를 설정한다.
여기서, 이동 목표 위치(AP)는, 시료편(Q)에 가까운 위치로 한다. 이동 목표 위치(AP)는, 예를 들면, 시료편(Q)의 지지부(Qa)의 반대측의 측부에 근접한 위치로 한다. 컴퓨터(22)는, 이동 목표 위치(AP)를, 시료편(Q)의 형성 시의 가공 범위(F)에 대해 소정의 위치 관계를 대응짓고 있다. 컴퓨터(22)는, 집속 이온 빔의 조사에 의해서 시료(S)에 시료편(Q)을 형성할 때의 가공 범위(F)와 레퍼런스 마크 Ref의 상대적인 위치 관계의 정보를 기억하고 있다. 컴퓨터(22)는, 인식한 레퍼런스 마크 Ref를 이용하여, 레퍼런스 마크 Ref와 가공 범위(F)와 이동 목표 위치(AP)(도 2 참조)의 상대적인 위치 관계를 이용하여, 니들(18)의 선단 위치를 이동 목표 위치(AP)를 향해 3차원 공간 내에서 이동시킨다. 컴퓨터(22)는, 니들(18)을 3차원적으로 이동시킬 때에, 예를 들면, 먼저 X방향 및 Y방향으로 이동시키고, 다음에 Z방향으로 이동시킨다.
컴퓨터(22)는, 니들(18)을 이동시킬 때에, 시료편(Q)을 형성하는 자동 가공의 실행 시에 시료(S)에 형성된 레퍼런스 마크 Ref를 이용하여, 전자빔과 집속 이온 빔에 의한 상이한 방향으로부터의 관찰에 의해서, 니들(18)과 시료편(Q)의 3차원적인 위치 관계를 정밀하게 파악할 수 있어, 적정하게 이동시킬 수 있다.
또한, 상술한 처리에서는, 컴퓨터(22)는, 레퍼런스 마크 Ref를 이용하여, 레퍼런스 마크 Ref와 가공 범위(F)와 이동 목표 위치(AP)의 상대적인 위치 관계를 이용하여, 니들(18)의 선단 위치를 이동 목표 위치(AP)를 향해 3차원 공간 내에서 이동시키는 것으로 했으나, 이것으로 한정되지 않는다. 컴퓨터(22)는, 가공 범위(F)을 이용하지 않고, 레퍼런스 마크 Ref와 이동 목표 위치(AP)의 상대적인 위치 관계를 이용하여, 니들(18)의 선단 위치를 이동 목표 위치(AP)를 향해 3차원 공간 내에서 이동시켜도 된다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 니들 구동 기구(19)에 의해서 니들(18)을 이동시키는 니들 이동(미세 조정)을 실행한다(단계 S100). 컴퓨터(22)는, 단계 S050에서 작성한 템플릿을 이용한 패턴 매칭을 반복하여, 또, SEM 화상 내의 니들(18)의 선단 위치로는 단계 S047에서 얻은 니들 선단 좌표를 이용하여, 이동 목표 위치(AP)를 포함하는 조사 영역에 하전 입자 빔을 조사한 상태에서 니들(18)을 이동 목표 위치(AP)로부터 접속 가공 위치로 3차원 공간 내에서 이동시킨다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 니들(18)의 이동을 정지시키는 처리를 행한다(단계 S110).
도 10은, 니들을 시료편에 접속시킬 때의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이며, 시료편(Q)의 단부를 확대한 도면이다. 도 10에 있어서, 니들(18)을 접속해야 하는 시료편(Q)의 단부(단면)를 SIM 화상 중심(35)에 배치하고, SIM 화상 중심(35)으로부터 소정 거리(L1)를 두고, 예를 들면, 시료편(Q)의 폭의 중앙의 위치를 접속 가공 위치(36)로 한다. 접속 가공 위치는, 시료편(Q)의 단면의 연장 상(도 10의 부호 36a)의 위치여도 된다. 이 경우, 디포지션막이 붙기 쉬운 위치가 되어 바람직하다. 컴퓨터(22)는, 소정 거리(L1)의 상한을 1μm로 하고, 바람직하게는, 소정 거리(L1)를 100nm 이상 또한 400nm 이하로 한다. 소정 거리(L1)가 100nm 미만이면, 추후의 공정에서, 니들(18)과 시료편(Q)을 분리할 때에 접속한 디포지션막만을 절단할 수 없어, 니들(18)까지 절제할 리스크가 높다. 니들(18)의 절제는 니들(18)을 단소화시키고, 니들 선단이 굵게 변형해버려, 이것을 반복하면, 니들(18)을 교환할 수 밖에 없어, 본 발명의 목적인 반복해서 자동으로 샘플링을 행하는 것에 반한다. 또, 반대로, 소정 거리(L1)가 400nm를 넘으면 디포지션막에 의한 접속이 불충분해져, 시료편(Q)의 적출에 실패하는 리스크가 높아져, 반복해서 샘플링하는 것을 방해한다.
또, 도 10에서는 깊이 방향의 위치가 보이지 않지만, 예를 들면, 시료편(Q)의 폭의 1/2인 위치로 미리 정한다. 단, 이 깊이 방향도 이 위치로 한정되는 일은 없다. 이 접속 가공 위치(36)의 3차원 좌표를 컴퓨터(22)에 기억해둔다.
컴퓨터(22)는, 미리 설정되어 있는 접속 가공 위치(36)를 지정한다. 컴퓨터(22)는, 동일한 SIM 화상 또는 SEM 화상 내에 있는 니들(18) 선단과 접속 가공 위치(36)의 삼차원 좌표를 기초로, 니들 구동 기구(19)를 동작시키고, 니들(18)을 소정의 접속 가공 위치(36)로 이동시킨다. 컴퓨터(22)는, 니들 선단이 접속 가공 위치(36)와 일치했을 때에, 니들 구동 기구(19)를 정지시킨다.
도 11 및 도 12는, 니들(18)이 시료편(Q)에 접근하는 모습을 나타내고 있으며, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상을 나타내는 도면(도 11), 및, 전자빔에 의해 얻어지는 화상을 나타내는 도면(도 12)이다. 도 12는 니들의 미세 조정 전후의 모습을 나타내고 있고, 도 12에 있어서의 니들(18a)은, 이동 목표 위치에 있는 니들(18)을 나타내고, 니들(18b)은 니들(18)의 미세 조정 후, 접속 가공 위치(36)로 이동한 니들(18)을 나타내고 있으며, 동일한 니들(18)이다. 또한, 도 11 및 도 12는, 집속 이온 빔과 전자빔에서 관찰 방향이 상이함과 더불어, 관찰 배율이 상이하나, 관찰 대상과 니들(18)은 동일하다.
이러한 니들(18)의 이동 방법에 의해서, 니들(18)을 시료편(Q) 근방의 접속 가공 위치에 정밀하게, 신속하게 접속 가공 위치(36)에 접근시키고, 정지시킬 수 있다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 니들(18)을 시료편(Q)에 접속하는 처리를 행한다(단계 S120). 컴퓨터(22)는, 소정의 디포지션 시간에 걸쳐서, 시료편(Q) 및 니들(18)의 선단 표면에 가스 공급부(17)에 의해서 디포지션용 가스인 카본계 가스를 공급하면서, 접속 가공 위치(36)에 설정한 가공 범위(R1)를 포함하는 조사 영역에 집속 이온 빔을 조사한다. 이에 의해 컴퓨터(22)는, 시료편(Q) 및 니들(18)을 디포지션막에 의해 접속한다.
이 단계 S120에서는, 컴퓨터(22)는, 니들(18)을 시료편(Q)에 직접 접촉시키지 않고 간격을 둔 위치에서 디포지션막에 의해 접속하므로, 추후의 공정에서 니들(18)과 시료편(Q)이 집속 이온 빔 조사에 의한 절단에 의해 분리될 때에 니들(18)이 절단되지 않는다. 또, 니들(18)의 시료편(Q)으로의 직접 접촉에 기인하는 손상 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있는 이점을 갖고 있다. 또한, 비록 니들(18)이 진동해도, 이 진동이 시료편(Q)에 전달되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 시료(S)의 크리프 현상에 의한 시료편(Q)의 이동이 발생하는 경우에도, 니들(18)과 시료편(Q) 사이에 과잉의 변형이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 도 13은, 이 모습을 나타내고 있으며, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의, 니들(18) 및 시료편(Q)의 접속 가공 위치를 포함하는 가공 범위(R1)(디포지션막 형성 영역)를 나타내는 도면이며, 도 14는 도 13의 확대 설명도이며, 니들(18)과 시료편(Q), 디포지션막 형성 영역(예를 들면, 가공 범위(R1))의 위치 관계를 알기 쉽게 하고 있다. 니들(18)은 시료편(Q)으로부터 소정 거리(L1)의 간격을 가진 위치를 접속 가공 위치로 하여 접근하고, 정지한다. 니들(18)과 시료편(Q), 디포지션막 형성 영역(예를 들면, 가공 범위(R1))은, 니들(18)과 시료편(Q)에 걸치도록 설정한다. 디포지션막은 소정 거리(L1)의 간격에도 형성되며, 니들(18)과 시료편(Q)은 디포지션막으로 접속된다.
컴퓨터(22)는, 니들(18)을 시료편(Q)에 접속할 때에는, 추후에 니들(18)에 접속된 시료편(Q)을 시료편 홀더(P)에 이설할 때에 사전에 단계 S010에서 선택된 각 어프로치 모드에 따른 접속 자세를 취한다. 컴퓨터(22)는, 후술하는 복수(예를 들면, 3개)의 상이한 어프로치 모드의 각각에 대응하여, 니들(18)과 시료편(Q)의 상대적인 접속 자세를 취한다.
또한, 컴퓨터(22)는, 니들(18)의 흡수 전류의 변화를 검출함으로써, 디포지션막에 의한 접속 상태를 판정해도 된다. 컴퓨터(22)는, 니들(18)의 흡수 전류가 미리 정한 전류치에 도달했을 때에 시료편(Q) 및 니들(18)이 디포지션막에 의해 접속되었다고 판정하고, 소정의 디포지션 시간의 경과 유무에 상관없이, 디포지션막의 형성을 정지해도 된다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)과 시료(S) 사이의 지지부(Qa)를 절단하는 처리를 행한다(단계 S130). 컴퓨터(22)는, 시료(S)에 형성되어 있는 레퍼런스 마크 Ref를 이용하여, 미리 설정되어 있는 지지부(Qa)의 절단 가공 위치(T1)를 지정한다.
컴퓨터(22)는, 소정의 절단 가공 시간에 걸쳐서, 절단 가공 위치(T1)에 집속 이온 빔을 조사함으로써, 시료편(Q)을 시료(S)로부터 분리한다. 도 15는, 이 모습을 나타내고 있으며, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의 시료(S) 및 시료편(Q)의 지지부(Qa)의 절단 가공 위치(T1)를 나타내는 도면이다.
컴퓨터(22)는, 시료(S)와 니들(18)의 도통을 검지함으로써, 시료편(Q)이 시료(S)로부터 분리되었는지 여부를 판정한다(단계 S133).
컴퓨터(22)는, 시료(S)와 니들(18)의 도통을 검지하지 않는 경우에는, 시료편(Q)이 시료(S)로부터 분리되었다(OK)고 판정하고, 이 이후의 처리(즉, 단계 S14 0 이후의 처리)의 실행을 계속한다. 한편, 컴퓨터(22)는, 절단 가공의 종료 후, 즉 절단 가공 위치(T1)에서의 시료편(Q)과 시료(S) 사이의 지지부(Qa)의 절단이 완료된 후에, 시료(S)와 니들(18)의 도통을 검지한 경우에는, 시료편(Q)이 시료(S)로부터 분리되어 있지 않다(NG)고 판정한다. 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)이 시료(S)로부터 분리되어 있지 않다(NG)고 판정한 경우에는, 이 시료편(Q)과 시료(S)의 분리가 완료되어 있지 않는 것을 표시 장치(21)로의 표시 또는 경고음 등에 의해 알린다(단계 S136). 그리고, 이 이후의 처리의 실행을 정지한다. 이 경우, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)과 니들(18)을 연결하는 디포지션막(후술하는 디포지션막(DM2))을 집속 이온 빔 조사에 의해서 절단하고, 시료편(Q)과 니들(18)을 분리하여, 니들(18)을 초기 위치(단계 S060)로 되돌아오도록 해도 된다. 초기 위치로 되돌아온 니들(18)은, 다음의 시료편(Q)의 샘플링을 실시한다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 니들 퇴피의 처리를 행한다(단계 S140). 컴퓨터(22)는, 니들 구동 기구(19)에 의해서 니들(18)을 소정 거리(예를 들면, 5μm 등)만큼 연직 방향 상방(즉 Z방향의 양의 방향)으로 상승시킨다. 도 16은, 이 모습을 나타내고 있고, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)의 전자빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의 시료편(Q)이 접속된 니들(18)을 퇴피시킨 상태를 나타내는 도면이다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 스테이지 퇴피의 처리를 행한다(단계 S150). 컴퓨터(22)는, 도 17에 나타낸 바와 같이, 스테이지 구동 기구(13)에 의해서 스테이지(12)를, 소정 거리를 이동시킨다. 예를 들면, 1mm, 3mm, 5mm만큼 연직 방향 하방(즉 Z방향의 음의 방향)으로 하강시킨다. 컴퓨터(22)는, 스테이지(12)를 소정 거리만큼 하강시킨 후에, 가스 공급부(17)의 노즐(17a)을 스테이지(12)로부터 멀어지게 한다. 예를 들면, 연직 방향 상방의 대기 위치로 상승시킨다. 도 17은, 이 모습을 나타내고 있고, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)의 전자빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의 시료편(Q)이 접속된 니들(18)에 대해 스테이지(12)를 퇴피시킨 상태를 나타내는 도면이다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)의 자세 제어의 처리를 행한다(단계 S153). 컴퓨터(22)는, 니들 구동 기구(19)에 의해서 니들(18)을 축 회전시킬 수 있으므로, 필요에 따라서 시료편(Q)의 자세를 제어할 수 있다. 컴퓨터(22)는, 니들(18)에 접속된 시료편(Q)을 니들(18)의 축 둘레로 회전시키고, 시료편 홀더(P)에 대해 시료편(Q)의 상하 또는 좌우를 변경한다. 예를 들면, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)에 있어서의 원래의 시료(S)의 표면이 기둥형상부(34)의 단면에 수직 관계에 있거나 평행 관계가 되도록 시료편(Q)의 자세를 설정한다. 이에 의해 컴퓨터(22)는, 예를 들면 추후에 실행하는 정형 가공 및 마무리 가공에 적합한 시료편(Q)의 자세를 확보함과 더불어, 시료편(Q)의 박편화 마무리 가공시에 발생하는 커튼 효과의 영향 등을 저감할 수 있다. 커튼 효과는, 집속 이온 빔 조사 방향으로 생기는 가공 줄무늬 모양이며, 완성 후의 시료편(Q)을 전자현미경으로 관찰한 경우, 잘못된 해석을 부여해 버리므로, 시료편(Q)의 적정한 자세를 확보함으로써, 관찰의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 컴퓨터(22)는, 니들(18)을 축 회전시킬 때에는 편심 보정을 행함으로써, 시료편(Q)이 실제 시야로부터 벗어나지 않도록 회전을 보정한다.
이 자세 제어에 있어서, 먼저, 컴퓨터(22)는, 니들 구동 기구(19)에 의해서 니들(18)을 구동해, 시료편(Q)의 자세가 어프로치 모드에 대응한 소정 자세가 되도록, 어프로치 모드에 대응한 자세 제어 모드의 회전 각도분만큼 니들(18)을 축 회전시킨다. 여기서 어프로치 모드에 대응한 자세 제어 모드란, 시료편(Q)의 자세를 시료편 홀더(P)에 대해 어프로치 모드에 대응한 소정 자세로 제어하는 모드이다. 이 자세 제어 모드에 있어서 컴퓨터(22)는, 상술한 시료편 픽업 공정에 있어서 시료편(Q)에 대해 소정의 각도로 접근하여 시료편(Q)이 접속된 니들(18)을, 소정의 회전 각도로 축 회전함으로써 시료편(Q)의 자세를 제어한다. 어프로치 모드는, 자세 제어 모드에 의해서 소정 자세로 제어된 시료편(Q)을 시료편 홀더(P)에 어프로치하는 모드이다. 컴퓨터(22)는, 니들(18)을 축 회전시킬 때에는 편심 보정을 행한다. 도 18~도 23은, 이 모습을 나타내고 있으며, 복수(예를 들면, 3개)의 상이한 어프로치 모드의 각각에 있어서, 시료편(Q)이 접속된 니들(18)의 상태를 나타내는 도면이다.
도 18 및 도 19는, 니들(18)의 회전 각도 0°에서의 어프로치 모드에 있어서, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의 시료편(Q)이 접속된 니들(18)의 상태(도 18)와, 전자빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의 시료편(Q)이 접속된 니들(18)의 상태(도 19)를 나타내는 도면이다. 컴퓨터(22)는, 니들(18)의 회전 각도 0°에서의 어프로치 모드에 있어서는, 니들(18)을 회전시키지 않고 시료편(Q)을 시료편 홀더(P)에 이설하기 위해서 적합한 자세 상태를 설정하고 있다.
도 20 및 도 21은, 니들(18)의 회전 각도 90°에서의 어프로치 모드에 있어서, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의 시료편(Q)이 접속된 니들(18)을 90° 회전시킨 상태(도 20)와, 전자빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의 시료편(Q)이 접속된 니들(18)을 90° 회전시킨 상태(도 21)를 나타내는 도면이다. 컴퓨터(22)는, 니들(18)의 회전 각도 90°에서의 어프로치 모드에 있어서는, 니들(18)을 90°만큼 회전시킨 상태에서 시료편(Q)을 시료편 홀더(P)에 이설하기 위해서 적합한 자세 상태를 설정하고 있다.
도 22 및 도 23은, 니들(18)의 회전 각도 180°에서의 어프로치 모드에 있어서, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의 시료편(Q)이 접속된 니들(18)을 180° 회전시킨 상태(도 22)와, 전자빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의 시료편(Q)이 접속된 니들(18)을 180° 회전시킨 상태(도 23)를 나타내는 도면이다. 컴퓨터(22)는, 니들(18)의 회전 각도 180°에서의 어프로치 모드에 있어서는, 니들(18)을 180°만큼 회전시킨 상태에서 시료편(Q)을 시료편 홀더(P)에 이설하기 위해서 적합한 자세 상태를 설정하고 있다.
또한, 니들(18)과 시료편(Q)의 상대적인 접속 자세는, 미리 상술한 시료편 픽업 공정에 있어서, 시료편(Q)에 대해 소정의 각도로 니들(18)을 어프로치하여 니들(18)을 시료편(Q)에 접속할 때에, 각 자세 제어 모드에 적합한 접속 자세로 설정되어 있다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)의 정형 가공의 처리를 행한다(단계 S155). 이 정형 가공의 처리에 있어서, 먼저, 컴퓨터(22)는, 필요에 따라서 집속 이온 빔의 주사 방향을 회전시키는 스캔 로테이션을 행한다. 컴퓨터(22)는, 스캔 로테이션에 의해서, 시료편(Q)에 있어서의 소정 방향과 집속 이온 빔의 주사 방향이 평행이 되는 회전 각도로 주사 방향을 회전시킴으로써, 집속 이온 빔에 의한 관찰 시야의 중심에 대해 주사 영역을 회전시킨다. 컴퓨터(22)는, 추후의 처리에 있어서 시료편(Q)의 소정 방향에 있어서의 에지를 추출하는 것에 대응하여, 시료편(Q)에 있어서의 소정 방향과 집속 이온 빔의 주사 방향을 평행으로 함으로써, 화상 데이터에 있어서의 시료편(Q)에 대한 에지 추출의 정밀도를 향상시킨다.
본 실시형태에 있어서, 컴퓨터(22)는, 예를 들면, 니들(18)이 접속되는 시료편(Q)의 표면(Q1)에 대해 시료편(Q)의 두께 방향에 있어서의 반대측의 부위(즉, 시료편(Q)의 바닥부(Q2))를, 추후의 처리에 있어서 시료편 홀더(P)의 기둥형상부(34)에 접속하는 경우, 시료편(Q)의 바닥부(Q2)에 있어서 에지를 추출한다. 또한, 시료편(Q)의 두께 방향은, 원래의 시료(S)의 가공 시의 깊이 방향에 대응하고 있다. 이 경우, 컴퓨터(22)는, 스캔 로테이션에 의해서, 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의 시료편(Q)의 두께 방향(즉, 원래의 시료(S)의 가공 시의 깊이 방향)과 평행이 되도록 집속 이온 빔의 주사 방향을 회전시킨다. 이에 의해, 컴퓨터(22)는, 추후에 실행하는 시료편(Q)의 바닥부(Q2)에 있어서의 에지 추출 및 시료편(Q)의 바닥부(Q2)에 대한 정형 가공의 가공 범위 설정의 정밀도를 향상시킨다. 예를 들면, 도 24는, 니들(18)의 회전 각도 90°에서의 어프로치 모드에 있어서, 집속 이온 빔의 주사 방향을, -68°만큼 회전시키는 스캔 로테이션에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서, 시료편(Q)이 접속된 니들(18)의 상태를 나타내는 도면이다. 도 24에 있어서는, 시료편(Q)의 두께 방향(즉, 원래의 시료(S)의 가공 시의 깊이 방향)이 화상 데이터의 X축방향과 평행이 되고, 시료편(Q)의 바닥부(Q2)에 있어서의 에지 추출이 용이하게 되어 있다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 필요에 따라서 실행하는 스캔 로테이션에 의해 얻어지는 화상 데이터, 또는 스캔 로테이션의 실행없이 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서, 시료편(Q)의 소정 방향에 있어서의 에지를 추출한다. 예를 들면, 도 25는, 도 24의 화상 데이터에 의거해 시료편(Q)의 두께 방향의 바닥부(Q2)에 있어서 추출된 2개의 에지(E1, E2)의 일례를 나타내는 도면이다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 화상 데이터에 있어서, 시료편(Q)의 소정 방향에 있어서 추출한 에지에 의거해, 시료편(Q)에 있어서의 정형 가공 영역을 획정하는 가공 범위(Ta)를 설정한다. 이 가공 범위(Ta)에 의거하는 정형 후의 시료편(Q)은, 기둥형상부(34)에 접하는 단면이, 기둥형상부(34)의 접속면과 거의 평행이 되도록 정형되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)의 정형 가공에 의해서 시료편 홀더(P)의 기둥형상부(34)의 접속면(예를 들면, 측면 등의 단면)과 평행한 단면을 시료편(Q)에 형성하기 위한 가공 범위(Ta)를 설정한다. 예를 들면, 도 26은, 도 25의 화상 데이터에 있어서의 2개의 에지(E1, E2)에 의거해 시료편(Q)의 바닥부(Q2)를 포함하도록 설정된 가공 범위(Ta)의 일례를 나타내는 도면이다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 화상 데이터에 의거해 설정한 가공 범위(Ta)에 의한 정형 가공 영역에 집속 이온 빔을 조사함으로써, 시료편(Q)의 정형 가공을 행한다. 예를 들면, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)의 바닥부(Q2)를 포함하는 가공 범위(Ta)에 의해서 시료편(Q)을 에칭 가공하여, 시료편 홀더(P)의 기둥형상부(34)의 접속면과 평행한 단면을 형성한다. 예를 들면, 도 27은, 집속 이온 빔을 이용한 정형 가공에 의해서 시료편 홀더(P)의 기둥형상부(34)의 접속면(34A)(예를 들면, 측면등)과 평행한 단면(QA)을 갖는 시료편(Q)의 일례를 나타내는 도면이다.
또한, 컴퓨터(22)는, 정형 가공의 처리에 있어서, 정형 후의 시료편(Q)의 크기 또는 시료편(Q)에 있어서의 정형 가공 위치 등의 가공 범위의 설정에 관한 지시가 사용자로부터 입력되는 경우, 이 지시에 따라 시료편(Q)을 정형 가공한다. 예를 들면, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)에 있어서의 정형 가공의 가공 위치를 설정하기 위한 기준이 되는 시료편(Q)의 표면으로부터의 거리(Lb)의 입력을 접수한다. 그리고, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)의 소정 방향(예를 들면, 원래의 시료(S)의 가공 시의 깊이 방향에 대응하는 두께 방향 등)에 있어서의 시료편(Q)의 표면(예를 들면, 니들(18)이 접속되는 표면(Q1) 등)으로부터의 거리(Lb)의 위치에 가공 범위(Tb)를 설정한다. 예를 들면, 도 28은, 도 24에 나타낸 화상 데이터에 있어서 사용자에 의해서 지시되는 시료편(Q)의 표면(Q1)으로부터의 거리(Lb)를 기준으로 하여 시료편(Q)에 설정되는 가공 범위(Tb)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 28에 나타낸 가공 범위(Tb)는, 시료편(Q)의 표면(Q1)으로부터 두께 방향의 바닥부(Q2)측으로 거리(Lb)의 위치 이후의 부위를 포함한다. 또한, 거리(Lb)의 지시는, 예를 들면, 시료편(Q)의 관찰 방향(도 28에 나타낸 Y축방향)에 있어서의 표면(관찰면)(Q3)측에 관찰 대상이 포함되어 있는 것이 사전에 파악되고, 시료편(Q)의 두께 방향(도 28에 나타낸 X축방향)에 있어서의 적절한 부위가 필요하지 않게 되는 경우 등에 있어서, 사용자로부터 입력된다.
도 29는, 도 28에 나타낸 가공 범위(Tb)에 집속 이온 빔을 조사함으로써 시료편(Q)의 바닥부(Q2)측의 부위를 제거하는 정형 가공의 실행 후에 시료편 홀더(P)의 기둥형상부(34)의 접속면(34A)(예를 들면, 측면 등)과 평행한 단면(QA)을 갖는 시료편(Q)의 일례를 나타내는 도면이다. 이에 의해 컴퓨터(22)는, 후술하는 템플릿으로부터의 에지 추출을 용이하게 함과 더불어, 추후에 실행하는 마무리 가공에 적합한 시료편(Q)의 형상을 확보한다.
또, 컴퓨터(22)는, 정형 가공의 실행 후, 정형 가공에 의해 발생한 스퍼터 입자가 시료편(Q)의 관찰면(Q3)에 부착되어 형성되는 리디포지션을 제거하기 위해서, 클리닝 가공을 실행해도 된다. 컴퓨터(22)는, 예를 들면, 도 29에 나타낸 바와 같이 관찰면(Q3)을 포함하는 클리닝용 가공 범위(Tc)를 설정하여, 클리닝용 가공 범위(Tc)에 의한 가공 영역에 집속 이온 빔을 조사함으로써 클리닝 가공을 실행한다.
또, 컴퓨터(22)는, 정형 가공의 처리에 있어서, 하전 입자 빔에 의한 시료편(Q)의 관찰상에 의해서 인식되는 시료편(Q)의 디바이스 구조 등의 패턴에 의거해 가공 범위(Ta)를 설정해도 된다. 예를 들면, 도 30은, 니들(18)의 회전 각도 180°에서의 어프로치 모드에 있어서, 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의 시료편(Q)이 접속된 니들(18)을 180° 회전시킨 상태를 나타내는 도면이다. 도 30에 나타낸 시료편(Q)은, 디바이스 구조(DS)가 노출도는 표면(예를 들면, 원래의 시료(S)로부터 형성된 단면(Q4))을 구비하고 있다.
컴퓨터(22)는, 정형 가공의 처리에 있어서, 먼저, 집속 이온 빔의 주사 방향을 회전시키는 스캔 로테이션을 행한다. 예를 들면, 도 31은, 니들(18)의 회전 각도 180°에서의 어프로치 모드에 있어서, 집속 이온 빔의 주사 방향을, 22°만큼 회전시키는 스캔 로테이션에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서, 시료편(Q)이 접속된 니들(18)의 상태를 나타내는 도면이다. 다음에, 컴퓨터(22)는, 도 31에 나타낸 화상 데이터에 의거해, 시료편(Q)의 단면(Q4)에 노출되는 디바이스 구조(DS)를, 미리 파악되어 있는 패턴 등을 이용한 패턴 매칭에 의해 인식한다. 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)에 있어서 디바이스 구조(DS)에 간섭하지 않도록, 디바이스 구조(DS)가 존재하지 않는 부위에 가공 범위(Ta)를 설정한다. 예를 들면, 도 32는, 도 31의 화상 데이터에 의거해 시료편(Q)의 디바이스 구조(DS)가 존재하지 않는 부위를 제거하기 위해서 설정된 가공 범위(Ta)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 32에 나타낸 가공 범위(Ta)는, 니들(18)이 접속되는 시료편(Q)의 표면(Q1)으로부터 두께 방향에 있어서의 바닥부(Q2)측의 부위를 포함한다. 다음에, 컴퓨터(22)는, 도 32에 나타낸 화상 데이터에 의거해 설정한 가공 범위(Ta)에 의한 정형 가공 영역에 집속 이온 빔을 조사함으로써 시료편(Q)을 에칭 가공하여, 시료편(Q)을 정형한다.
또, 시료편(Q)의 바닥면(QB)(바닥부(Q2)의 표면)의 형상은, 원래의 시료(S)로부터의 절출 가공에 의해, 두께 방향의 직교 방향에 대해 비스듬하게 되어 있으므로, 컴퓨터(22)는, 정형 가공의 처리에 의해서 바닥면(QB)을 평평하게(즉 두께 방향에 직교하도록) 정형한다. 예를 들면, 도 33은, 시료편(Q)의 바닥면이 기둥형상부(34)의 상단면과 동일한 방향이 되도록 시료편(Q)을 기둥형상부(34)에 고정한 상태의 일례를 나타내는 도면이다. 도 34는, 집속 이온 빔을 이용하여 도 33에 나타낸 시료편(Q)에 마무리 가공을 행하는 상태의 일례를 나타내는 도면이다. 도 33 및 도 34에 있어서는, 시료편(Q)의 바닥면(QB)이 기둥형상부(34)의 상단면(34B)과 동일한 방향이 되도록(즉 시료편(Q)의 표면(Q1)이 기둥형상부(34)의 밑동측에, 시료편(Q)의 바닥면(QB)이 기둥형상부(34)의 상단측에 배치되도록) 시료편(Q)이 기둥형상부(34)에 고정되고, 그 후, 집속 이온 빔(FB)에 의해 시료편(Q)을 박편화하는 마무리 가공이 실시된다. 이 경우, 집속 이온 빔(FB)이 입사되는 측인 바닥면(QB)이 평평하게 되어 있지 않으면, 바닥면(QB)과 각 단면(원래의 시료(S)로부터의 절출 가공에 있어서 형성되는 단면)(QC, QD)이 이루는 각도가 표면측 단면(QC)과 이면측 단면(QD)에서 상이하다. 이 때문에, 바닥부(Q2)의 2개의 에지(E1, E2)에 기인하는 에지 효과에 의해 시료편(Q)의 표면측 단면(QC)과 이면측 단면(QD)의 가공 속도가 상이해버려, 시료편(Q)의 표면측과 이면측을 균일 속도로 가공할 수 없다고 하는 문제가 발생한다. 이러한 문제에 대해, 시료편(Q)의 바닥면(QB)을 평평하게 하는 정형 가공을 실시함으로써, 상기가 이루는 각도가 모두 90°가 되고, 시료편(Q)의 양면을 균일 속도로 깎아내는 마무리 가공을 행할 수 있다.
또, 시료편(Q)의 바닥부(Q2)를 정형 가공함으로써 에지(E1, E2)의 화상이 선명해져, 화상 인식하기 쉬워진다. 이에 의해, 후술하는 시료편 마운트 공정에 있어서의 템플릿 매칭으로 시료편(Q)의 위치를 정확하게 인식할 수 있다.
또, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)의 바닥부(Q2)를 정형 가공함으로써, 기둥형상부(34)의 상단면(34B)과 시료편(Q)의 바닥면(QB)이 동일면이 되도록 고정할 수 있다. 예를 들면, 도 35는, 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상에 있어서, 기둥형상부(34)의 드리프트 보정 마크(M)와 시료편(Q)의 가공 범위(Td)의 일례를 나타내는 도면이다. 이에 의해, 고정 후에 마무리 가공을 행하는 경우에 있어서, 드리프트 보정 마크(M)를 기둥형상부(34)의 상단면(34B)에 형성하고, 당해 마크(M)를 이용하여 시료편(Q)의 바닥면(QB)에 가공 범위(Td)를 설정하여 마무리 가공을 행하면, 드리프트 보정 마크(M)와 가공 범위(Td)가 동일면 내에 있기 때문에 위치 어긋남을 경감할 수 있다. 특히 마무리 가공에 있어서 스테이지 틸트에 의해 시료편(Q)을 비스듬한 방향으로부터 가공하는 경우에는, 드리프트 보정 마크(M)가 있는 기둥형상부(34)의 상단면(34B)과 시료편(Q)의 바닥면(QB) 사이에 단차가 있으면, 드리프트 보정 마크(M)와 가공 범위(Td)의 위치 관계에 어긋남이 발생해버려, 정확한 위치에 가공할 수 없는 문제가 있었다. 이 문제에 대해, 드리프트 보정 마크(M)와 가공 범위(Td)가 동일면이 되도록 시료편(Q)을 고정함으로써, 스테이지 틸트해도 단차가 발생하는 일이 없고, 가공 위치 어긋남을 보다 경감할 수 있다.
정형 가공의 처리의 실행 후, 컴퓨터(22)는, 서로 접속된 니들(18) 및 시료편(Q)의 배경에 구조물이 없는 상태가 되도록, 스테이지 구동 기구(13)를 동작시킨다. 이것은 후속하는 처리(단계 170)로 니들(18) 및 시료편(Q)의 템플릿을 작성할 때, 집속 이온 빔 및 전자빔의 각각에 의해 얻어지는 시료편(Q)의 화상 데이터로부터 니들(18) 및 시료편(Q)의 에지(윤곽)를 확실하게 인식하기 때문이다. 컴퓨터(22)는, 스테이지(12)를 소정 거리만큼 이동시킨다. 시료편(Q)의 배경을 판단(단계 S160)하고, 배경이 문제가 되지 않으면, 다음의 단계 S170으로 진행하고, 배경에 문제가 있으면 스테이지(12)를 소정량만큼 재이동시키고(단계 S165), 배경의 판단(단계 S160)으로 되돌아와서, 배경에 문제가 없어질 때까지 반복한다.
컴퓨터(22)는, 니들(18) 및 시료편(Q)의 템플릿 작성을 실행한다(단계 S170). 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)이 고정된 니들(18)을 필요에 따라서 회전시킨 자세 상태(즉, 시료대(33)의 기둥형상부(34)에 시료편(Q)을 접속하는 자세)의 니들(18) 및 시료편(Q)의 템플릿을 작성한다. 이에 의해 컴퓨터(22)는, 니들(18)의 회전에 따라서, 집속 이온 빔 및 전자빔의 각각에 의해 얻어지는 화상 데이터로부터 3차원적으로 니들(18) 및 시료편(Q)의 에지(윤곽)를 인식한다. 또한, 컴퓨터(22)는, 니들(18)의 회전 각도 0°에서의 어프로치 모드에 있어서는, 전자빔을 필요로 하지 않고, 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상 데이터로부터 니들(18) 및 시료편(Q)의 에지(윤곽)를 인식해도 된다.
컴퓨터(22)는, 니들(18) 및 시료편(Q)의 배경에 구조물이 없는 위치에 스테이지(12)를 이동시키는 것을 스테이지 구동 기구(13) 또는 니들 구동 기구(19)에 지시했을 때에, 실제로 지시한 장소에 니들(18)이 도달하고 있지 않은 경우에는, 관찰 배율을 저배율로 하여 니들(18)을 찾고, 발견되지 않는 경우에는 니들(18)의 위치 좌표를 초기화하여, 니들(18)을 초기 위치로 이동시킨다.
이 템플릿 작성(단계 S170)에 있어서, 먼저, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q) 및 시료편(Q)이 접속된 니들(18)의 선단 형상에 대한 템플릿 매칭용 템플릿(레퍼런스 화상 데이터)을 취득한다. 컴퓨터(22)는, 조사 위치를 주사하면서 니들(18)에 하전 입자 빔(집속 이온 빔 및 전자빔의 각각)을 조사한다. 컴퓨터(22)는, 하전 입자 빔의 조사에 의해서 니들(18)로부터 방출되는 이차 하전 입자(R)(이차 전자 등)의 복수의 상이한 방향으로부터의 각 화상 데이터를 취득한다. 컴퓨터(22)는, 집속 이온 빔 조사와, 전자빔 조사에 의해서 각 화상 데이터를 취득한다. 컴퓨터(22)는, 2개의 상이한 방향으로부터 취득한 각 화상 데이터를 템플릿(레퍼런스 화상 데이터)으로서 기억한다.
컴퓨터(22)는, 집속 이온 빔에 의해 실제로 가공된 시료편(Q) 및 시료편(Q)이 접속된 니들(18)에 대해 실제로 취득하는 화상 데이터를 레퍼런스 화상 데이터로 하므로, 시료편(Q) 및 니들(18)의 형상에 상관없이, 정밀도가 높은 패턴 매칭을 행할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 각 화상 데이터를 취득할 때에, 시료편(Q) 및 시료편(Q)이 접속된 니들(18)의 형상의 인식 정밀도를 증대시키기 위해서 미리 기억한 적합한 배율, 휘도, 콘트라스트 등의 화상 취득 조건을 이용한다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 니들 퇴피의 처리를 행한다(단계 S180). 이것은 후속하는 스테이지 이동 시에, 스테이지(12)와 의도하지 않는 접촉을 막기 때문이다. 컴퓨터(22)는, 니들 구동 기구(19)에 의해서 니들(18)을 소정 거리만큼 이동시킨다. 예를 들면, 연직 방향 상방(즉 Z방향의 양의 방향)으로 상승시킨다. 반대로, 니들(18)은 그 자리에 정지시켜두고, 스테이지(12)를 소정 거리만큼 이동시킨다. 예를 들면, 연직 방향 하방(즉 Z방향의 음의 방향)으로 강하시켜도 된다. 니들 퇴피 방향은, 상술한 연직 방향으로 한정하지 않고, 니들축 방향이어도, 그 외의 소정 퇴피 위치여도 되고, 니들 선단에 붙어 있는 시료편(Q)이, 시료실 내의 구조물로의 접촉이나, 집속 이온 빔에 의한 조사를 받지 않는, 미리 정해진 위치에 있으면 된다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 상술한 단계 S020에 있어서 등록한 특정의 시료편 홀더(P)가, 하전 입자 빔에 의한 관찰 시야 영역 내에 들어가도록 스테이지 구동 기구(13)에 의해서 스테이지(12)를 이동시킨다(단계 S190). 도 36 및 도 37은 이 모습을 나타내고 있고, 특히 도 36은, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상의 모식도이며, 기둥형상부(34)의 시료편(Q)의 장착 위치(U)를 나타내는 도면이며, 도 37은, 전자빔에 의해 얻어지는 화상의 모식도이며, 기둥형상부(34)의 시료편(Q)의 장착 위치(U)를 나타내는 도면이다.
여기서, 원하는 시료편 홀더(P)의 기둥형상부(34)가 관찰 시야 영역 내에 들어가는지 아닌지를 판정하고(단계 S195), 원하는 기둥형상부(34)가 관찰 시야 영역 내에 들어가면, 다음의 단계 S200으로 진행한다. 만약, 원하는 기둥형상부(34)가 관찰 시야 영역 내에 들어가지 않으면, 즉, 지정 좌표에 대해 스테이지 구동이 제대로 동작하지 않는 경우에는, 직전에 지정한 스테이지 좌표를 초기화하여, 스테이지(12)가 갖는 원점 위치로 되돌아온다(단계 S197). 그리고, 다시, 사전 등록한 원하는 기둥형상부(34)의 좌표를 지정하여, 스테이지(12)를 구동시켜(단계 S190), 기둥형상부(34)가 관찰 시야 영역 내에 들어갈 때까지 반복한다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 스테이지 구동 기구(13)에 의해서 스테이지(12)를 이동시켜 시료편 홀더(P)의 수평 위치를 조정함과 더불어, 시료편 홀더(P)의 자세가 소정 자세가 되도록, 자세 제어 모드에 대응한 각도분만큼 스테이지(12)를 회전시키고 경사지게 한다(단계 S200).
이 단계 S200에 의해서, 원래의 시료(S) 표면 단면을 기둥형상부(34)의 단면에 대해 평행 또는 수직의 관계로, 시료편(Q)과 시료편 홀더(P)의 자세를 조정할 수 있다. 특히, 기둥형상부(34)에 고정한 시료편(Q)을 집속 이온 빔으로 박편화 가공을 행하는 것을 상정하여, 원래의 시료(S)의 표면 단면과 집속 이온 빔 조사축이 수직 관계가 되도록 시료편(Q)과 시료편 홀더(P)의 자세 조정하는 것이 바람직하다. 또, 기둥형상부(34)에 고정하는 시료편(Q)이, 원래의 시료(S)의 표면 단면이 기둥형상부(34)에 수직이며, 집속 이온 빔의 입사 방향으로 하류측이 되도록 시료편(Q)과 시료편 홀더(P)의 자세 조정하는 것도 바람직하다.
여기서, 시료편 홀더(P) 중 기둥형상부(34)의 형상의 양부를 판정한다(단계 S205). 단계 S023에서 기둥형상부(34)의 화상을 등록했는데, 그 뒤의 공정에서, 예기치 못한 접촉 등으로 인해서 지정한 기둥형상부(34)가 변형, 파손, 결락 등이 되어 있지 않은지를, 기둥형상부(34)의 형상의 양부를 판정하는 것이 이 단계 S205이다. 이 단계 S205에서, 해당 기둥형상부(34)의 형상에 문제없이 양호라고 판단할 수 있으면 다음의 단계 S210으로 진행하고, 불량이라고 판단하면, 다음의 기둥형상부(34)를 관찰 시야 영역 내에 들어가도록 스테이지 이동시키는 단계 S190으로 되돌아온다.
또한, 컴퓨터(22)는, 지정한 기둥형상부(34)를 관찰 시야 영역 내에 넣기 위해 스테이지(12)의 이동을 스테이지 구동 기구(13)에 지시했을 때에, 실제로는 지정된 기둥형상부(34)가 관찰 시야 영역 내에 들어가지 않는 경우에는, 스테이지(12)의 위치 좌표를 초기화하여, 스테이지(12)를 초기 위치로 이동시킨다.
그리고 컴퓨터(22)는, 가스 공급부(17)의 노즐(17a)을, 집속 이온 빔 조사 위치 가까이로 이동시킨다. 예를 들면, 스테이지(12)의 연직 방향 상방의 대기 위치로부터 가공 위치를 향해 하강시킨다.
<시료편 마운트 공정>
여기서 말하는 「시료편 마운트 공정」이란, 적출한 시료편(Q)을 시료편 홀더(P)에 이설하는 공정이다.
도 38은, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)에 의한 자동 샘플링의 동작 중, 시료편(Q)을 소정의 시료편 홀더(P) 중 소정의 기둥형상부(34)에 마운트(이설)하는 공정의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
컴퓨터(22)는, 집속 이온 빔 및 전자빔 조사에 의해 얻어지는 각 화상 데이터를 이용하여, 상술한 단계 S020에 있어서 기억한 시료편(Q)의 이설 위치를 인식한다(단계 S210). 컴퓨터(22)는, 기둥형상부(34)의 템플릿 매칭을 실행한다. 컴퓨터(22)는, 빗살 형상의 시료대(33)의 복수의 기둥형상부(34) 중, 관찰 시야 영역 내에 나타난 기둥형상부(34)가 미리 지정한 기둥형상부(34)인 것을 확인하기 위해서, 템플릿 매칭을 실시한다. 컴퓨터(22)는, 미리 기둥형상부(34)의 템플릿을 작성하는 공정(단계 S020)에 있어서 작성한 기둥형상부(34)마다의 템플릿을 이용하여, 집속 이온 빔 및 전자빔의 각각의 조사에 의해 얻어지는 각 화상 데이터와 템플릿 매칭을 실시한다.
또, 컴퓨터(22)는, 스테이지(12)를 이동시킨 후에 실시하는 기둥형상부(34)마다의 템플릿 매칭에 있어서, 기둥형상부(34)에 결락 등 문제가 보이는지 여부를 판정한다(단계 S215). 기둥형상부(34)의 형상에 문제가 나타난 경우(NG)에는, 시료편(Q)을 이설하는 기둥형상부(34)를, 문제가 보인 기둥형상부(34)의 옆의 기둥형상부(34)로 변경하고, 그 기둥형상부(34)에 대해서도 템플릿 매칭을 행해 이설하는 기둥형상부(34)를 결정한다. 기둥형상부(34)의 형상에 문제가 없으면 다음의 단계 S220으로 이동한다.
또, 컴퓨터(22)는, 소정 영역(적어도 기둥형상부(34)를 포함하는 영역)의 화상 데이터로부터 에지(윤곽)를 추출하여, 이 에지 패턴을 템플릿으로 해도 된다. 또, 컴퓨터(22)는, 소정 영역(적어도 기둥형상부(34)를 포함하는 영역)의 화상 데이터로부터 에지(윤곽)를 추출할 수 없는 경우에는, 화상 데이터를 다시 취득한다. 추출한 에지를 표시 장치(21)에 표시하고, 관찰 시야 영역 내의 집속 이온 빔에 의한 화상 또는 전자빔에 의한 화상과 템플릿 매칭해도 된다.
컴퓨터(22)는, 전자빔의 조사에 의해 인식한 장착 위치와 집속 이온 빔의 조사에 의해 인식한 장착 위치가 일치하도록, 스테이지 구동 기구(13)에 의해서 스테이지(12)를 구동한다. 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)의 장착 위치(U)가 시야 영역의 시야 중심(가공 위치)과 일치하도록, 스테이지 구동 기구(13)에 의해서 스테이지(12)를 구동한다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 니들(18)에 접속된 시료편(Q)을 시료편 홀더(P)에 접촉시키는 처리로서, 이하의 단계 S220~단계 S250의 처리를 행한다.
먼저, 컴퓨터(22)는, 니들(18)의 위치를 인식한다(단계 S220). 컴퓨터(22)는, 니들(18)에 하전 입자 빔을 조사함으로써 니들(18)에 유입하는 흡수 전류를 검출하고, 흡수 전류 화상 데이터를 생성한다. 컴퓨터(22)는, 집속 이온 빔 조사와, 전자빔 조사에 의해서 각 흡수 전류 화상 데이터를 취득한다. 컴퓨터(22)는, 2개의 상이한 방향으로부터의 각 흡수 전류 화상 데이터를 이용하여 3차원 공간에서의 니들(18)의 선단 위치를 검출한다.
또한, 컴퓨터(22)는, 검출한 니들(18)의 선단 위치를 이용하여, 스테이지 구동 기구(13)에 의해서 스테이지(12)를 구동하여, 니들(18)의 선단 위치를 미리 설정되어 있는 시야 영역의 중심 위치(시야 중심)에 설정해도 된다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 시료편 마운트 공정을 실행한다. 먼저, 컴퓨터(22)는, 니들(18)에 접속된 시료편(Q)의 위치를 정확하게 인식하기 위해서, 템플릿 매칭을 실시한다. 컴퓨터(22)는, 미리 니들(18) 및 시료편(Q)의 템플릿 작성 공정(단계 S170)에 있어서 작성한 서로 접속된 니들(18) 및 시료편(Q)의 템플릿을 이용하여, 집속 이온 빔 및 전자빔의 각각의 조사에 의해 얻어지는 각 화상 데이터에 있어서 템플릿 매칭을 실시한다.
또한, 컴퓨터(22)는, 이 템플릿 매칭에 있어서 화상 데이터의 소정의 영역(적어도 니들(18) 및 시료편(Q)을 포함하는 영역)으로부터 에지(윤곽)를 추출할 때에는, 추출한 에지를 표시 장치(21)에 표시한다. 또, 컴퓨터(22)는, 템플릿 매칭에 있어서 화상 데이터의 소정의 영역(적어도 니들(18) 및 시료편(Q)을 포함하는 영역)으로부터 에지(윤곽)를 추출할 수 없는 경우에는, 화상 데이터를 다시 취득한다.
그리고, 컴퓨터(22)는, 집속 이온 빔 및 전자빔의 각각의 조사에 의해 얻어지는 각 화상 데이터에 있어서, 서로 접속된 니들(18) 및 시료편(Q)의 템플릿과, 시료편(Q)의 장착 대상인 기둥형상부(34)의 템플릿을 이용한 템플릿 매칭에 의거해, 시료편(Q)과 기둥형상부(34)의 거리를 계측한다.
그리고, 컴퓨터(22)는, 최종적으로 스테이지(12)에 평행한 평면 내에서의 이동에 의해서만 시료편(Q)을, 시료편(Q)의 장착 대상인 기둥형상부(34)에 이설한다.
이 시료편 마운트 공정에 있어서, 먼저, 컴퓨터(22)는, 니들 구동 기구(19)에 의해서 니들(18)을 이동시키는 니들 이동을 실행한다(단계 S230). 컴퓨터(22)는, 집속 이온 빔 및 전자빔의 각각의 조사에 의해 얻어지는 각 화상 데이터에 있어서, 니들(18) 및 시료편(Q)의 템플릿과, 기둥형상부(34)의 템플릿을 이용한 템플릿 매칭에 의거해, 시료편(Q)과 기둥형상부(34)의 거리를 계측한다. 컴퓨터(22)는, 계측한 거리에 따라 니들(18)을 시료편(Q)의 장착 위치를 향하도록 3차원 공간 내에서 이동시킨다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 기둥형상부(34)와 시료편(Q) 사이에 미리 정한 공극(L2)을 두고 니들(18)을 정지시킨다(단계 S240). 컴퓨터(22)는, 이 공극(L2)을 1μm 이하로 하고, 바람직하게는, 공극(L2)을 100nm 이상 또한 500nm 이하로 한다.
이 공극(L2)이 500nm 이상인 경우에도 접속할 수 있는데, 디포지션막에 의한 기둥형상부(34)와 시료편(Q)의 접속에 필요로 하는 시간이 소정치 이상으로 길어져, 1μm는 바람직하지 않다. 이 공극(L2)이 작아질수록, 디포지션막에 의한 기둥형상부(34)와 시료편(Q)의 접속에 필요로 하는 시간이 짧아지는데, 접촉시키지 않는 것이 중요하다.
또한, 컴퓨터(22)는, 이 공극(L2)을 설치할 때에, 기둥형상부(34) 및 니들(18)의 흡수 전류 화상을 검지함으로써 양자의 공극을 설치해도 된다.
컴퓨터(22)는, 기둥형상부(34)와 니들(18) 사이의 도통, 또는 기둥형상부(34) 및 니들(18)의 흡수 전류 화상을 검지함으로써, 기둥형상부(34)에 시료편(Q)을 이설한 후에 있어서, 시료편(Q)과 니들(18)의 분리의 유무를 검지한다.
또한, 컴퓨터(22)는, 기둥형상부(34)와 니들(18) 사이의 도통을 검지할 수 없는 경우에는, 기둥형상부(34) 및 니들(18)의 흡수 전류 화상을 검지하도록 처리를 전환한다.
또, 컴퓨터(22)는, 기둥형상부(34)와 니들(18) 사이의 도통을 검지할 수 없는 경우에는, 이 시료편(Q)의 이설을 정지하고, 이 시료편(Q)을 니들(18)로부터 분리하고, 후술하는 니들 트리밍 공정을 실행해도 된다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 니들(18)에 접속된 시료편(Q)을 기둥형상부(34)에 접속하는 처리를 행한다(단계 S250). 도 39, 도 40은, 각각 도 36, 도 37에서의 관찰 배율을 높인 화상의 모식도이다. 컴퓨터(22)는, 도 39와 같이 시료편(Q)의 한 변과 기둥형상부(34)의 한 변이 일직선이 되도록, 또한, 도 40과 같이 시료편(Q)의 상단면과 기둥형상부(34)의 상단면이 동일면이 되도록 접근시키고켜, 공극(L2)이 소정의 값이 되었을 때에 니들 구동 기구(19)를 정지시킨다. 컴퓨터(22)는, 공극(L2)을 갖고 시료편(Q)의 장착 위치에 정지한 상황에서, 도 39의 집속 이온 빔에 의한 화상에 있어서, 기둥형상부(34)의 단부를 포함하도록 디포지션용 가공 범위(R2)를 설정한다. 컴퓨터(22)는, 시료편(Q) 및 기둥형상부(34)의 표면에 가스 공급부(17)에 의해서 가스를 공급하면서, 소정 시간에 걸쳐서, 가공 범위(R2)를 포함하는 조사 영역에 집속 이온 빔을 조사한다. 이 조작에 따라서는 집속 이온 빔 조사부에 디포지션막이 형성되고, 공극(L2)이 메워지고 시료편(Q)은 기둥형상부(34)에 접속된다. 컴퓨터(22)는, 기둥형상부(34)에 시료편(Q)을 디포지션에 의해 고정하는 공정에 있어서, 기둥형상부(34)와 니들(18) 사이의 도통을 검지한 경우에 디포지션을 종료한다.
컴퓨터(22)는, 시료편(Q)과 기둥형상부(34)의 접속이 완료된 것의 판정을 행한다(단계 S255). 단계 S255는, 예를 들면 이하와 같이 행한다. 미리 니들(18)과 스테이지(12) 사이에 저항계를 설치해두고, 양자의 도통을 검출한다. 양자가 이격 하고 있을(공극(L2)이 있을) 때에는 전기 저항은 무한대이지만, 양자가 도전성의 디포지션막으로 덮이고, 공극(L2)이 메워져감에 따라 양자 사이의 전기 저항값은 서서히 저하되고, 미리 정한 저항값 이하가 된 것을 확인하여 전기적으로 접속되었다고 판단한다. 또, 사전 검토로부터, 양자 사이의 저항값이 미리 정한 저항값에 도달했을 때에는 디포지션막은 역학적으로 충분한 강도를 갖고, 시료편(Q)은 기둥형상부(34)에 충분히 접속되었다고 판정할 수 있다.
또한, 검지하는 것은 상술한 전기 저항으로 한정하지 않고, 전류나 전압 등 기둥형상부와 시료편(Q) 사이의 전기 특성을 계측할 수 있으면 된다. 또, 컴퓨터(22)는, 미리 정한 시간 내에 미리 정한 전기 특성(전기 저항치, 전류치, 전위 등)을 만족하지 않으면, 디포지션막의 형성 시간을 연장한다. 또, 컴퓨터(22)는, 기둥형상부(34)와 시료편(Q)의 공극(L2), 조사 빔 조건, 디포지션막용 가스종에 대해 최적의 디포지션막을 형성할 수 있는 시간을 미리 구해두고, 이 디포지션 형성 시간을 기억해두고, 소정 시간에 디포지션막의 형성을 정지할 수 있다.
컴퓨터(22)는, 시료편(Q)과 기둥형상부(34)의 접속이 확인된 시점에서, 가스 공급과 집속 이온 빔 조사를 정지시킨다. 도 41은, 이 모습을 나타내고 있고, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)의 집속 이온 빔에 의한 화상 데이터로, 니들(18)에 접속된 시료편(Q)을 기둥형상부(34)에 접속하는 디포지션막(DM1)을 나타내는 도면이다.
또한, 단계 S255에 있어서는, 컴퓨터(22)는, 니들(18)의 흡수 전류의 변화를 검출함으로써, 디포지션막(DM1)에 의한 접속 상태를 판정해도 된다.
컴퓨터(22)는, 니들(18)의 흡수 전류의 변화에 따라 시료편(Q) 및 기둥형상부(34)가 디포지션막(DM1)에 의해 접속되었다고 판정한 경우에, 소정 시간의 경과 유무에 관계없이, 디포지션막(DM1)의 형성을 정지해도 된다. 접속 완료를 확인할 수 있으면 다음의 단계 S260으로 이동하고, 만약, 접속 완료되지 않으면, 미리 정한 시간에 집속 이온 빔 조사와 가스 공급을 정지하여, 집속 이온 빔에 의해서 시료편(Q)과 니들(18)을 연결하는 디포지션막(DM2)을 절단하고, 니들 선단의 시료편(Q)은 파기한다. 니들을 퇴피시키는 동작으로 이동한다(단계 S270).
다음에, 컴퓨터(22)는, 니들(18)과 시료편(Q)을 접속하는 디포지션막(DM2)을 절단하여, 시료편(Q)과 니들(18)을 분리하는 처리를 행한다(단계 S260).
상기 도 41은, 이 모습을 나타내고 있고, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)의 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서의 니들(18)과 시료편(Q)을 접속하는 디포지션막(DM2)을 절단하기 위한 절단 가공 위치(T2)를 나타내는 도면이다. 컴퓨터(22)는, 기둥형상부(34)의 측면으로부터 소정 거리(즉, 기둥형상부(34)의 측면으로부터 시료편(Q)까지의 공극(L2)과, 시료편(Q)의 크기(L3)의 합)(L)와, 니들(18)과 시료편(Q)의 공극의 소정 거리(L1)(도 41 참조)의 반분의 합(L+L1/2)만큼 떨어진 위치를 절단 가공 위치(T2)에 설정한다. 또, 절단 가공 위치(T2)를, 소정 거리(L)와 니들(18)과 시료편(Q)의 공극의 소정 거리(L1)의 합(L+L1)만큼 떨어진 위치로 해도 된다. 이 경우, 니들 선단에 잔존하는 디포지션막(DM2)(카본 디포지션막)이 작아져, 니들(18)의 클리닝(후술) 작업의 기회가 적어져, 연속 자동 샘플링에 있어서 바람직하다.
컴퓨터(22)는, 소정 시간에 걸쳐서, 절단 가공 위치(T2)에 집속 이온 빔을 조사함으로써, 니들(18)을 시료편(Q)으로부터 분리할 수 있다. 컴퓨터(22)는, 소정 시간에 걸쳐서, 절단 가공 위치(T2)에 집속 이온 빔을 조사함으로써, 디포지션막(DM2)만을 절단하여, 니들(18)을 절단하지 않고 니들(18)을 시료편(Q)으로부터 분리한다. 단계 S260에 있어서는, 디포지션막(DM2)만을 절단하는 것이 중요하다. 이에 의해, 한번 세팅한 니들(18)은 장기간, 교환하지 않고 반복해서 사용할 수 있기 때문에, 무인으로 연속해서 자동 샘플링을 반복할 수 있다. 도 42는, 이 모습을 나타내고 있으며, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)에 있어서의 집속 이온 빔의 화상 데이터에 의한 니들(18)이 시료편(Q)으로부터 분리된 상태를 나타내는 도면이다. 니들 선단에는 디포지션막(DM2)의 잔사가 붙어 있다.
컴퓨터(22)는, 시료편 홀더(P)와 니들(18)의 도통을 검출함으로써, 니들(18)이 시료편(Q)으로부터 분리되었는지 아닌지를 판정한다(단계 S265). 컴퓨터(22)는, 절단 가공의 종료 후, 즉 절단 가공 위치(T2)에서의 니들(18)과 시료편(Q) 사이의 디포지션막(DM2)을 절단하기 때문에, 집속 이온 빔 조사를 소정 시간 행한 후여도, 시료편 홀더(P)와 니들(18)의 도통을 검출한 경우에는, 니들(18)이 시료대(33)로부터 분리되어 있지 않다고 판정한다. 컴퓨터(22)는, 니들(18)이 시료편 홀더(P)로부터 분리되어 있지 않다고 판정한 경우에는, 이 니들(18)과 시료편(Q)의 분리가 완료되어 있지 않는 것을 표시 장치(21)에 표시하거나, 또는 경보음에 의해 조작자에 알린다. 그리고, 이 이후의 처리의 실행을 정지한다. 한편, 컴퓨터(22)는, 시료편 홀더(P)와 니들(18)의 도통을 검출하지 않은 경우에는, 니들(18)이 시료편(Q)으로부터 분리되었다고 판정하고, 이 이후의 처리의 실행을 계속한다.
다음에, 컴퓨터(22)는, 니들 퇴피의 처리를 행한다(단계 S270). 컴퓨터(22)는, 니들 구동 기구(19)에 의해서 니들(18)을 시료편(Q)으로부터 소정 거리만큼 멀어지게 한다. 예를 들면, 2mm, 3mm 등 연직 방향 상방, 즉 Z방향의 양의 방향으로 상승시킨다. 도 43 및 도 44는, 이 모습을 나타내고 있고, 각각, 니들(18)을 시료편(Q)으로부터 상방으로 퇴피시킨 상태를, 본 발명의 실시형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)의 집속 이온 빔에 의한 화상의 모식도(도 43)이며, 전자빔에 의한 화상의 모식도(도 44)이다.
다음에, 계속해서 동일한 시료(S)가 상이한 장소로부터 샘플링을 계속하는지 여부에 대한 판단을 내린다(단계 S280). 샘플링해야 할 개수의 설정은, 단계 S010에서 사전에 등록하고 있기 때문에, 컴퓨터(22)는 이 데이터를 확인하여 다음의 단계를 판단한다. 계속해서 샘플링하는 경우에는, 단계 S030으로 되돌아와, 상술한 바와 같이 후속하는 처리를 계속해 샘플링 작업을 실행하고, 샘플링을 계속하지 않는 경우에는, 일련의 플로우를 종료한다.
또한, 단계 S050의 니들의 템플릿 작성은, 단계 S280의 직후에 행해도 된다. 이에 의해, 다음의 샘플링에 대비한 단계에서, 다음의 샘플링 시에 단계 S050에서 행할 필요가 없어져, 공정을 간략화할 수 있다.
이상에 의해, 일련의 자동 샘플링 동작이 종료된다.
또한, 상술한 개시부터 종료까지의 플로우는 일례에 지나지 않으며, 전체의 흐름에 지장이 생기지 않으면, 단계의 교체나 스킵을 행해도 된다.
컴퓨터(22)는, 상술한 개시부터 종료까지를 연속 동작시킴으로써, 무인으로 샘플링 동작을 실행시킬 수 있다. 상술한 방법에 의해, 니들(18)을 교환하지 않고 반복 시료 샘플링할 수 있기 때문에, 동일한 니들(18)을 이용하여 다수개의 시료편(Q)을 연속해서 샘플링할 수 있다.
이에 의해 하전 입자 빔 장치(10)는, 시료(S)로부터 시료편(Q)을 분리 및 적출할 때에 동일한 니들(18)을 성형하지 않고, 또한 니들(18) 자체를 교환하지 않고 반복 사용할 수 있고, 한 개의 시료(S)로부터 다수개의 시료편(Q)을 자동으로 제작할 수 있다. 종래와 같은 조작자의 수동 조작을 실시하지 않고 샘플링을 실행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 의한 하전 입자 빔 장치(10)에 의하면, 니들(18)에 의해 유지한 시료편(Q)을 시료편 홀더(P)에 이설함에 앞서, 시료편(Q)의 바닥부(Q2)를 포함하는 가공 범위(Ta)(또는 가공 범위(Tb))에 의거하는 정형 가공을 행하므로, 시료편(Q)을 원하는 형상으로 정형 가공하고 나서 시료편 홀더(P)에 적정하게 고정할 수 있다. 이에 의해, 집속 이온 빔에 의한 시료(S)의 가공에 의해서 형성된 시료편(Q)을 적출하여 시료편 홀더(P)에 이설시키는 샘플링 동작을 자동으로 연속해서 실행할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 스캔 로테이션에 의해서, 시료편(Q)에 있어서의 소정 방향과 집속 이온 빔의 주사 방향이 평행이 되는 회전 각도로 주사 방향을 회전시키므로, 집속 이온 빔에 의한 관찰 시야의 중심에 대해 주사 영역을 회전시킬 수 있다. 이에 의해 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서, 시료편(Q)에 있어서의 소정 방향(예를 들면, 원래의 시료(S)의 가공 시의 깊이 방향에 대응하는 두께 방향 등)과 화상 데이터의 좌표축 방향을 평행으로 할 수 있고, 시료편(Q)의 소정 방향에 있어서의 에지 추출의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 시료편(Q)의 에지 추출의 정밀도를 향상시킴으로써, 추출한 에지에 의거하는 가공 범위(Ta)의 설정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 집속 이온 빔에 의해 얻어지는 화상 데이터에 있어서 인식한 시료편(Q)의 에지에 의거해 가공 범위(Ta)를 설정하므로, 시료편(Q)의 바닥부(Q2)를 포함하는 적정한 정형 가공 영역을 자동적으로 설정할 수 있고, 정형 가공을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 니들(18)에 의해 시료편(Q)을 유지한 후에, 시료편(Q) 의 정형 가공에 앞서, 니들(18)의 축 회전에 의해서 시료편 홀더(P)에 대한 시료편(Q)의 자세를 제어하므로, 시료편(Q)을 시료편 홀더(P)에 이설하기 위해서 적합한 자세 상태를 자동적으로 설정할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 정형 가공의 실행 후, 정형 가공에 의해 생긴 스퍼터 입자가 시료편(Q)의 관찰면(Q3)에 부착되어 형성되는 리디포지션을 제거하기 위해서, 클리닝 가공을 실행하므로, 관찰면(Q3)의 관찰 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)의 표면에 노출되는 디바이스 구조 등의 패턴을 패턴 매칭에 의해 인식하여, 패턴에 간섭하지 않도록, 패턴이 존재하지 않는 부위에 가공 범위(Ta)를 설정하므로, 시료편(Q)에 적정한 정형 가공 영역을 자동적으로 설정할 수 있어, 정형 가공을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 적어도 시료편 홀더(P), 니들(18), 및 시료편(Q)으로부터 직접 취득한 템플릿을 기초로 하여, 집속 이온 빔 조사 광학계(14), 전자빔 조사 광학계(15), 스테이지 구동 기구(13), 니들 구동 기구(19), 및 가스 공급부(17)를 제어하므로, 시료편(Q)을 시료편 홀더(P)에 이설하는 동작을 적정하게 자동화할 수 있다.
또한, 적어도 시료편 홀더(P), 니들(18), 및 시료편(Q)의 배경에 구조물이 없는 상태에서 하전 입자 빔의 조사에 의해서 취득한 이차 전자 화상, 또는 흡수 전류 화상으로부터 템플릿을 작성하므로, 템플릿의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 템플릿을 이용한 템플릿 매칭의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 템플릿 매칭에 의해서 얻어지는 위치 정보를 기초로 하여 시료편(Q)을 정밀하게 시료편 홀더(P)에 이설할 수 있다.
또한, 적어도 시료편 홀더(P), 니들(18), 및 시료편(Q)의 배경에 구조물이 없는 상태가 되도록 지시했을 때에, 실제로는 지시대로 되어 있지 않은 경우에는, 적어도 시료편 홀더(P), 니들(18), 및 시료편(Q)의 위치를 초기화하므로, 각 구동 기구(13, 19)를 정상 상태로 복귀시킬 수 있다.
또한, 시료편(Q)을 시료편 홀더(P)에 이설할 때의 자세에 따른 템플릿을 작성하므로, 이설 시의 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 적어도 시료편 홀더(P), 니들(18), 및 시료편(Q)의 템플릿을 이용한 템플릿 매칭에 의거해 상호간의 거리를 계측하므로, 이설 시의 위치 정밀도를, 보다 한층, 향상시킬 수 있다.
또한, 적어도 시료편 홀더(P), 니들(18), 및 시료편(Q)의 각각의 화상 데이터에 있어서의 소정 영역에 대해 에지를 추출할 수 없는 경우에, 화상 데이터를 다시 취득하므로, 템플릿을 적확하게 작성할 수 있다.
또한, 최종적으로 스테이지(12)에 평행한 평면 내에서의 이동에 의해서만 시료편(Q)을 미리 정한 시료편 홀더(P)의 위치에 이설하므로, 시료편(Q)의 이설을 적정하게 실시할 수 있다.
또한, 템플릿의 작성 전에 니들(18)에 유지한 시료편(Q)을 정형 가공하므로, 템플릿 작성 시의 에지 추출의 정밀도를 향상시킬 수 있음과 더불어, 추후에 실행하는 마무리 가공에 적합한 시료편(Q)의 형상을 확보할 수 있다. 또한, 정형 가공의 위치를 니들(18)로부터의 거리에 따라 설정하므로, 정밀하게 정형 가공을 실시할 수 있다.
또한, 시료편(Q)을 유지하는 니들(18)이 소정 자세가 되도록 회전시킬 때에, 편심 보정에 의해서 니들(18)의 위치 어긋남을 보정할 수 있다.
또, 본 발명의 실시형태에 의한 하전 입자 빔 장치(10)에 의하면, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)이 형성될 때의 레퍼런스 마크 Ref에 대한 니들(18)의 상대 위치를 검출함으로써, 시료편(Q)에 대한 니들(18)의 상대 위치 관계를 파악할 수 있다. 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)의 위치에 대한 니들(18)의 상대 위치를 차례대로 검출함으로써, 니들(18)을 3차원 공간 내에서 적절하게(즉, 다른 부재나 기기 등에 접촉하지 않고) 구동할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 적어도 2개의 상이한 방향으로부터 취득한 화상 데이터를 이용함으로써, 니들(18)의 3차원 공간 내의 위치를 정밀하게 파악할 수 있다. 이에 의해 컴퓨터(22)는, 니들(18)을 3차원적으로 적절히 구동할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 미리 니들(18)을 이동시키기 직전에 실제로 생성되는 화상 데이터를 템플릿(레퍼런스 화상 데이터)으로 하므로, 니들(18)의 형상에 상관없이 매칭 정밀도가 높은 템플릿 매칭을 행할 수 있다. 이에 의해 컴퓨터(22)는, 니들(18)의 3차원 공간 내의 위치를 정밀하게 파악할 수 있어, 니들(18)을 3차원 공간 내에서 적절히 구동할 수 있다. 또한, 컴퓨터(22)는, 스테이지(12)를 퇴피시키고, 니들(18)의 배경에 복잡한 구조물이 없는 상태에서 각 화상 데이터, 또는 흡수 전류 화상 데이터를 취득하므로, 백그라운드(배경)의 영향을 배제하여 니들(18)의 형상을 명확하게 파악할 수 있는 템플릿을 취득할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 니들(18)과 시료편(Q)을 접촉시키지 않고 디포지션막에 의해 접속하므로, 추후의 공정에서 니들(18)과 시료편(Q)이 분리될 때에 니들(18)이 절단되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 니들(18)의 진동이 발생하는 경우에도, 이 진동이 시료편(Q)에 전달되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 시료(S)의 크리프 현상에 의한 시료편(Q)의 이동이 발생하는 경우에도, 니들(18)과 시료편(Q) 사이에 과잉의 변형이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 집속 이온 빔 조사에 의한 스퍼터 가공에 의해서 시료(S)와 시료편(Q)의 접속을 절단한 경우에, 실제로 절단이 완료되어 있는지 아닌지를, 시료(S)와 니들(18) 사이의 도통 유무를 검출함으로써 확인할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 시료(S)와 시료편(Q)의 실제의 분리가 완료되어 있지 않은 것을 알리므로, 이 공정에 이어서 자동적으로 실행되는 일련의 공정의 실행이 중단되는 경우에도, 이 중단의 원인을 장치의 조작자에게 용이하게 인식시킬 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 시료(S)와 니들(18) 사이의 도통이 검출된 경우에는, 시료(S)와 시료편(Q)의 접속 절단이 실제로는 완료되어 있지 않다고 판단하여, 이 공정에 계속되는 니들(18)의 퇴피 등의 구동에 대비하여, 시료편(Q)과 니들(18)의 접속을 절단한다. 이에 의해 컴퓨터(22)는, 니들(18)의 구동에 수반하는 시료(S)의 위치 어긋남 또는 니들(18)의 파손 등의 문제의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)과 니들(18) 사이의 도통 유무를 검출하여, 시료(S)와 시료편(Q)의 접속 절단이 실제로 완료되어 있는 것을 확인하고 나서 니들(18)을 구동할 수 있다. 이에 의해 컴퓨터(22)는, 니들(18)의 구동에 수반하는 시료편(Q)의 위치 어긋남 또는 니들(18)이나 시료편(Q)의 파손 등의 문제의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)이 접속된 니들(18)에 대해, 실제의 화상 데이터를 템플릿으로 하므로, 시료편(Q)과 접속된 니들(18)의 형상에 상관없이 매칭 정밀도가 높은 템플릿 매칭을 행할 수 있다. 이에 의해 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)과 접속된 니들(18)의 3차원 공간 내의 위치를 정밀하게 파악할 수 있고, 니들(18) 및 시료편(Q)을 3차원 공간 내에서 적절히 구동할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 이미 알고 있는 시료대(33)의 템플릿을 이용하여 시료대(33)를 구성하는 복수의 기둥형상부(34)의 위치를 추출하므로, 적정한 상태의 시료대(33)가 존재하는지 아닌지를, 니들(18)의 구동에 앞서 확인할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q)이 접속된 니들(18)이 조사 영역 내에 도달하기 전후에 있어서의 흡수 전류의 변화에 따라서, 니들(18) 및 시료편(Q)이 이동 목표 위치의 근방에 도달한 것을 간접적으로 정밀하게 파악할 수 있다. 이에 의해 컴퓨터(22)는, 니들(18) 및 시료편(Q)을 이동 목표 위치에 존재하는 시료대(33) 등의 다른 부재에 접촉시키지 않고 정지시킬 수 있어, 접촉에 기인하는 손상 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 시료편(Q) 및 시료대(33)를 디포지션막에 의해 접속하는 경우에 시료대(33)와 니들(18) 사이의 도통 유무를 검출하므로, 실제로 시료편(Q) 및 시료대(33)의 접속이 완료되었는지 아닌지를 정밀하게 확인할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 시료대(33)와 니들(18) 사이의 도통 유무를 검출하여, 시료대(33)와 시료편(Q)의 접속이 실제로 완료되어 있는 것을 확인하고 나서 시료편(Q)과 니들(18)의 접속을 절단할 수 있다.
또한, 컴퓨터(22)는, 실제의 니들(18)의 형상을 이상적인 레퍼런스 형상과 일치시킴으로써, 니들(18)을 3차원 공간 내에서 구동할 때 등에 있어서, 패턴 매칭에 의해서 니들(18)을 용이하게 인식할 수 있어, 니들(18)의 3차원 공간 내의 위치를 정밀하게 검출할 수 있다.
이하, 상술한 실시형태의 제1의 변형예에 대해서 설명한다.
상술한 실시형태에 있어서, 니들(18)은 집속 이온 빔 조사를 받지 않고 축소화나 변형되지 않으므로, 니들 선단의 성형이나 니들(18)의 교환은 하지 않는 것으로 했는데, 컴퓨터(22)는, 자동 샘플링의 동작이 반복해서 실행되는 경우의 적절한 타이밍, 예를 들면 반복 실행의 횟수가 미리 정한 회수마다 등에 있어서, 니들 선단의 카본 디포지션막의 제거 가공(본 명세서에서는 니들(18)의 클리닝이라 부른다)을 실행해도 된다. 예를 들면, 자동 샘플링 10회에 1번 클리닝을 행한다. 이하, 이 니들(18)의 클리닝을 실시하는 판단 방법에 대해서 설명한다.
제1의 방법으로서, 우선, 자동 샘플링을 실시하기 직전, 혹은, 정기적으로, 배경에 복잡한 구조가 없는 위치에서, 전자빔 조사에 의한 니들 선단의 이차 전자 화상을 취득한다. 이차 전자 화상은 니들 선단에 부착된 카본 디포지션막까지 명료하게 확인할 수 있다. 이 이차 전자 화상을 컴퓨터(22)에 기억한다.
다음에, 니들(18)을 움직이게 하지 않고, 동일한 시야, 동일한 관찰 배율로, 니들(18)의 흡수 전류 화상을 취득한다. 흡수 전류 화상에서는 카본 디포지션막은 확인할 수 없고, 니들(18)의 형상만을 인식할 수 있다. 이 흡수 전류 화상도 컴퓨터(22)에 기억한다.
여기서, 이차 전자 화상으로부터 흡수 전류 화상을 감산 처리함으로써, 니들(18)이 소거되고, 니들 선단으로부터 돌출한 카본 디포지션막의 형상이 현재화한다. 이 현재화한 카본 디포지션막의 면적이, 미리 정한 면적을 초과했을 때, 니들(18)을 절삭하지 않도록, 카본 디포지션막을 집속 이온 빔 조사에 의해서 클리닝 한다. 이 때, 카본 디포지션막은, 상기 미리 정한 면적 이하이면 남아 있어도 된다.
다음에, 제2의 방법으로서, 상기 현재화한 카본 디포지션막의 면적이 아니라, 니들(18)의 축방향(길이 방향)에 있어서의 카본 디포지션막의 길이가, 미리 정한 길이를 초과했을 때를 니들(18)의 클리닝 시기로 판단해도 된다.
또한, 제3의 방법으로서, 상기 컴퓨터에 기억한 이차 전자 화상에 있어서의 카본 디포지션막 선단의, 화상 상의 좌표를 기록한다. 또, 상기 컴퓨터(22)에 기억한 흡수 전류 화상에 있어서의 니들 선단의 화상 상의 좌표를 기억한다. 여기서, 카본 디포지션막의 선단 좌표와, 니들(18)의 선단 좌표로부터 카본 디포지션막의 길이를 산출할 수 있다. 이 길이가 미리 정한 값을 초과했을 때를, 니들(18)의 클리닝 시기로 판단해도 된다.
또한, 제4의 방법으로서, 미리 최적이라고 생각되는 카본 디포지션막을 포함시킨 니들 선단 형상의 템플릿을 작성해두고, 샘플링을 복수회 반복해서 행한 후의 니들 선단의 이차 전자 화상과 겹치고, 이 템플릿에서는 비어져나온 부분을 집속 이온 빔으로 삭제하도록 해도 된다.
또한, 제5의 방법으로서, 상기 현재화한 카본 디포지션막의 면적은 아니며, 니들(18)의 선단의 카본 디포지션막의 두께가, 미리 정한 두께를 초과했을 때를 니들(18)의 클리닝 시기로 판단해도 된다.
이들 클리닝 방법은, 예를 들면, 도 38에 있어서의 단계 S280의 직후에 행하면 된다.
또한, 클리닝은 상술한 방법 등에 의해서 실시하지만, 클리닝에 의해도 미리 정한 형상이 되지 않는 경우, 미리 정한 시간 내에 클리닝을 할 수 없는 경우, 또는, 미리 정한 기간마다에 있어서, 니들(18)을 교환해도 된다. 니들(18)을 교환한 후에도, 상술한 처리 플로우는 변경되지 않고, 상술한 바와 마찬가지로, 니들 선단 형상을 보존하는 등의 단계를 실행한다.
이하, 상술한 실시형태의 제2의 변형예에 대해서 설명한다.
상술한 실시형태에 있어서, 니들 구동 기구(19)는 스테이지(12)와 일체로 설치되는 것으로 했는데, 이것으로 한정되지 않는다. 니들 구동 기구(19)는, 스테이지(12)와 독립적으로 설치되어도 된다. 니들 구동 기구(19)는, 예를 들면 시료실(11) 등에 고정됨으로써, 스테이지(12)의 경사 구동 등으로부터 독립하여 설치되어도 된다.
이하, 상술한 실시형태의 제3의 변형예에 대해서 설명한다.
상술한 실시형태에 있어서, 집속 이온 빔 조사 광학계(14)는 광축을 연직 방향으로 하고, 전자빔 조사 광학계(15)는 광축을 연직에 대해 경사진 방향으로 했는데, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 집속 이온 빔 조사 광학계(14)는 광축을 연직에 대해 경사진 방향으로 하고, 전자빔 조사 광학계(15)는 광축을 연직 방향으로 해도 된다.
이하, 상술한 실시형태의 제4의 변형예에 대해서 설명한다.
상술한 실시형태에 있어서, 하전 입자 빔 조사 광학계로서 집속 이온 빔 조사 광학계(14)와 전자빔 조사 광학계(15)의 2종의 빔을 조사할 수 있는 구성으로 했는데, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 전자빔 조사 광학계(15)가 없고, 연직 방향으로 설치한 집속 이온 빔 조사 광학계(14)만의 구성으로 해도 된다. 이 경우에 이용하는 이온은, 음의 전하의 이온으로 한다.
상술한 실시형태에서는, 상술한 몇 가지 단계에 있어서, 시료편 홀더(P), 니들(18), 시료편(Q) 등에 대해 전자빔과 집속 이온 빔을 상이한 방향으로부터 조사하여, 전자빔에 의한 화상과 집속 이온 빔에 의한 화상을 취득하고, 시료편 홀더(P), 니들(18), 시료편(Q) 등의 위치나 위치 관계를 파악하고 있었는데, 집속 이온 빔 조사 광학계(14)만을 탑재하고, 집속 이온 빔의 화상만으로 행해도 된다. 이하, 이 실시예에 대해서 설명한다.
예를 들면, 단계 S220에 있어서, 시료편 홀더(P)와 시료편(Q)의 위치 관계를 파악하는 경우에는, 스테이지(12)의 경사가 수평인 경우와, 어느 특정의 경사각으로 수평으로부터 경사지는 경우에 있어서, 시료편 홀더(P)와 시료편(Q)의 양자가 동일 시야에 들어가도록 집속 이온 빔에 의한 화상을 취득하고, 그들 양 화상으로부터, 시료편 홀더(P)와 시료편(Q)의 삼차원적인 위치 관계를 파악할 수 있다. 상술한 바와 같이, 니들 구동 기구(19)는 스테이지(12)와 일체로 수평 수직 이동, 기울어짐이 가능하므로, 스테이지(12)가 수평, 경사에 상관없이, 시료편 홀더(P)와 시료편(Q)의 상대 위치 관계는 유지된다. 그 때문에, 하전 입자 빔 조사 광학계가 집속 이온 빔 조사 광학계(14)의 1개뿐이어도, 시료편(Q)을 상이한 2방향으로부터 관찰, 가공할 수 있다.
마찬가지로, 단계 S020에 있어서의 시료편 홀더(P)의 화상 데이터의 등록, 단계 S040에 있어서의 니들 위치의 인식, 단계 S050에 있어서의 니들의 템플릿(레퍼런스 화상)의 취득, 단계 S170에 있어서의 시료편(Q)이 접속한 니들(18)의 레퍼런스 화상의 취득, 단계 S210에 있어서의 시료편(Q)의 장착 위치의 인식, 단계 S250에 있어서의 니들 이동 정지에 있어서도 동일하게 행하면 된다.
또, 단계 S250에 있어서의 시료편(Q)과 시료편 홀더(P)의 접속에 있어서도, 스테이지(12)가 수평 상태에 있어서 시료편 홀더(P)와 시료편(Q)의 상단면으로부터 디포지션막을 형성하여 접속하고, 또한, 스테이지(12)를 경사지게 하여 상이한 방향으로부터 디포지션막을 형성할 수 있어, 확실한 접속을 할 수 있다.
이하, 상술한 실시형태의 제5의 변형예에 대해서 설명한다.
상술한 실시형태에 있어서, 컴퓨터(22)는, 자동 샘플링의 동작으로서, 단계 S010~단계 S280의 일련의 처리를 자동적으로 실행하는 것으로 했는데, 이것으로 한정되지 않는다. 컴퓨터(22)는, 단계 S010~단계 S280 중 적어도 어느 1개의 처리를, 조작자의 수동 조작에 의해서 실행하도록 전환해도 된다.
또, 컴퓨터(22)는, 복수의 시료편(Q)을 자동 샘플링의 동작을 실행하는 경우에, 시료(S)에 복수의 적출 직전의 시료편(Q) 중 어느 1개가 형성될 때마다, 이 1개의 적출 직전의 시료편(Q)에 대해 자동 샘플링의 동작을 실행해도 된다. 또, 컴퓨터(22)는, 시료(S)에 복수의 적출 직전의 시료편(Q)의 전부가 형성된 후에, 복수의 적출 직전의 시료편(Q)의 각각에 대해 연속해서 자동 샘플링의 동작을 실행해도 된다.
이하, 상술한 실시형태의 제6의 변형예에 대해서 설명한다.
상술한 실시형태에 있어서, 컴퓨터(22)는, 이미 알고 있는 기둥형상부(34)의 템플릿을 이용하여 기둥형상부(34)의 위치를 추출하는 것으로 했는데, 이 템플릿으로서, 미리 실제의 기둥형상부(34)의 화상 데이터로부터 작성하는 레퍼런스 패턴을 이용해도 된다. 또, 컴퓨터(22)는, 시료대(33)를 형성하는 자동 가공의 실행 시에 작성한 패턴을, 템플릿으로 해도 된다.
또, 상술한 실시형태에 있어서, 컴퓨터(22)는, 기둥형상부(34)의 제작 시에 하전 입자 빔의 조사에 의해서 형성되는 레퍼런스 마크 Ref를 이용하여, 시료대(33)의 위치에 대한 니들(18)의 위치의 상대 관계를 파악해도 된다. 컴퓨터(22)는, 시료대(33)의 위치에 대한 니들(18)의 상대 위치를 순서대로 검출함으로써, 니들(18)을 3차원 공간 내에서 적절히(즉, 다른 부재나 기기 등에 접촉하지 않고) 구동할 수 있다.
이하, 상술한 실시형태의 제7의 변형예에 대해서 설명한다.
상술한 실시형태에 있어서, 시료편(Q)을 시료편 홀더(P)에 접속시키는 단계 S220~단계 S250까지의 처리를 다음과 같이 행해도 된다. 즉, 시료편 홀더(P)의 기둥형상부(34)와 시료편(Q)과 화상으로부터, 그들의 위치 관계(서로의 거리)를 구하고, 그들의 거리가 목적의 값이 되도록 니들 구동 기구(19)를 동작시키는 처리이다.
단계 S220에 있어서, 컴퓨터(22)는, 전자빔 및 집속 이온 빔에 의한 니들(18), 시료편(Q), 기둥형상부(34)의 2차 입자 화상 데이터 또는 흡수 전류 화상 데이터로부터 그들의 위치 관계를 인식한다. 도 45 및 도 46은, 기둥형상부(34)와 시료편(Q)의 위치 관계를 모식적으로 나타낸 도면이며, 도 45는 집속 이온 빔 조사에 의해서, 도 46은 전자빔 조사에 의해서 얻은 화상을 기초로 하고 있다. 이들 도면으로부터 기둥형상부(34)와 시료편(Q)의 상대 위치 관계를 계측한다. 도 45와 같이 기둥형상부(34)의 한 각을 원점(34a)으로 하여 직교 3축좌표(스테이지(12)의 3축좌표와는 상이한 좌표)를 정하고, 기둥형상부(34)의 원점(34a)과 시료편(Q)의 기준점(Qc)의 거리로서, 도 45로부터 거리 DX, DY가 측정된다.
한편, 도 46에서는 거리 DZ가 구해진다. 단, 전자빔 광학축과 집속 이온 빔축(연직)에 대해 각도 θ(단, 0°<θ≤90°)만큼 경사져 있는 것으로 하면, 기둥형상부(34)와 시료편(Q)의 Z축방향의 실제의 거리는 DZ/sinθ가 된다.
다음에, 기둥형상부(34)에 대한 시료편(Q)의 이동 정지 위치 관계를 도 45, 도 46에서 설명한다.
기둥형상부(34)의 상단면(단면)(34b)과 시료편(Q)의 상단면(Qb)을 동일면으로 하고, 또한, 기둥형상부(34)의 측면과 시료편(Q)의 단면이 동일면이 되고, 게다가, 기둥형상부(34)와 시료편(Q) 사이에는 약 0.5μm의 공극이 있는 위치 관계로 한다. 즉, DX=0, DY=0.5μm, DZ=0이 되도록, 니들 구동 기구(19)를 동작시킴으로써, 목표로 하는 정지 위치에 시료편(Q)을 도달시킬 수 있다.
또한, 전자빔 광학축과 집속 이온 빔 광학축이 수직(θ=90°) 관계에 있는 구성에서는, 전자빔에 의해서 계측된 기둥형상부(34)와 시료편(Q)의 거리 DZ는, 측정치가 실제의 양자의 거리가 된다.
이하, 상술한 실시형태의 제8의 변형예에 대해서 설명한다.
상술한 실시형태에 있어서의 단계 S230에서는, 니들(18)을 화상으로부터 계측한 기둥형상부(34)와 시료편(Q)의 간격이 목표의 값이 되도록 니들 구동 기구(19)를 동작시켰다.
상술한 실시형태에 있어서, 시료편(Q)을 시료편 홀더(P)에 접속시키는 단계 S220~단계 S250까지의 처리를 다음과 같이 행해도 된다. 즉, 시료편 홀더(P)의 기둥형상부(34)로의 시료편(Q)의 장착 위치를 템플릿으로서 미리 정해두고, 그 위치에 시료편(Q)의 화상을 패턴 매칭시켜, 니들 구동 기구(19)를 동작시키는 처리이다.
기둥형상부(34)에 대한 시료편(Q)의 이동 정지 위치 관계를 나타내는 템플릿을 설명한다. 기둥형상부(34)의 상단면(34B)과 시료편(Q)의 상단면(Qb)을 동일면으로 하고, 또한, 기둥형상부(34)의 측면과 시료편(Q)의 단면이 동일면이 되고, 게다가, 기둥형상부(34)와 시료편(Q) 사이에는 약 0.5μm의 공극이 있는 위치 관계이다. 이러한 템플릿은, 실제의 시료편 홀더(P)나 시료편(Q)을 고착한 니들(18)의 2차 입자 화상이나 흡수 전류 화상 데이터로부터 윤곽(에지)부를 추출하여 선화(線畵)를 작성해도 되고, 설계도면, CAD 도면으로부터 선화로서 작성해도 된다.
작성한 템플릿 중 기둥형상부(34)를 리얼타임으로의 전자빔 및 집속 이온 빔에 의한 기둥형상부(34)의 화상과 겹쳐 표시하고, 니들 구동 기구(19)에 동작의 지시를 내림으로써, 시료편(Q)은 템플릿 상의 시료편(Q)의 정지 위치를 향해 이동한다(단계 S230). 리얼타임으로의 전자빔 및 집속 이온 빔에 의한 화상이, 미리 정한 템플릿 상의 시료편(Q)의 정지 위치와 겹쳐진 것을 확인하여, 니들 구동 기구(19)의 정지 처리를 행한다(단계 S240). 이와 같이 하여, 시료편(Q)을 미리 정한 기둥형상부(34)에 대한 정지 위치 관계에 정확하게 이동시킬 수 있다.
또, 상술한 단계 S230~단계 S250의 처리의 다른 형태로서, 다음과 같이 해도 된다. 2차 입자 화상이나 흡수 전류 화상 데이터로부터 추출하는 에지부의 선화는, 양자의 위치 맞춤에 최저한 필요한 부분으로만 한정한다. 도 47은, 그 일례를 나타내고 있으며, 기둥형상부(34)와 시료편(Q)과 윤곽선(점선 표시)과, 추출한 에지(굵은 실선 표시)가 나타나 있다. 기둥형상부(34)와 시료편(Q)이 주목하는 에지는, 각각이 마주보는 에지(34s, Qs), 및, 기둥형상부(34)와 시료편(Q)의 각 상단면(34b, Qb)의 에지(34t, Qt)의 일부이다. 기둥형상부(34)에 대해서는 선분 35a와 35b이며, 시료편(Q)에 대해서는 선분 36a와 36b이며, 각 선분은 각 에지의 일부로 충분하다. 이러한 각 선분부터, 예를 들면 T자 형상의 템플릿으로 한다. 스테이지 구동 기구(13)나 니들 구동 기구(19)를 동작시킴으로써 대응하는 템플릿이 이동한다. 이들 템플릿 35a, 35b 및 36a, 36b는, 상호의 위치 관계에서, 기둥형상부(34)와 시료편(Q)의 간격, 평행도, 양자의 높이를 파악할 수 있어, 양자를 용이하게 맞출 수 있다. 도 48은 미리 정한 기둥형상부(34)와 시료편(Q)의 위치 관계에 대응하는 템플릿의 위치 관계이며, 선분 35a와 36a는 미리 정한 간격의 평행이고, 또한, 선분 35b와 36b가 일직선 상에 있는 위치 관계에 있다. 적어도 스테이지 구동 기구(13), 니들 구동 기구(19) 중 어느 하나를 동작시켜, 템플릿이 도 48의 위치 관계가 되었을 때에 동작시키고 있는 구동 기구가 정지한다.
이와 같이, 시료편(Q)이 소정의 기둥형상부(34)에 접근하고 있는 것을 확인한 후에, 정밀한 위치 맞춤에 이용할 수 있다.
다음에, 상술한 실시형태의 제9의 변형예로서, 상술한 단계 S220~S250에 있어서의, 다른 형태예에 대해서 설명한다.
상술한 실시형태에 있어서의 단계 S230에서는 니들(18)을 이동시켰다. 만약, 단계 S230을 끝낸 시료편(Q)이, 목적 위치로부터 크게 어긋난 위치 관계에 있는 경우, 다음의 동작을 행해도 된다.
단계 S220에 있어서, 이동 전의 시료편(Q)의 위치는, 각 기둥형상부(34)의 원점으로 한 직교 3축 좌표계에 있어서, Y>0, Z>0의 영역에 있는 것이 바람직하다. 이것은, 니들(18)의 이동 중에 시료편(Q)이 기둥형상부(34)로의 충돌의 위험성이 매우 적기 때문에, 니들 구동 기구(19)의 X, Y, Z 구동부를 동시에 동작시켜, 안전하게 신속히 목적 위치에 도달할 수 있다. 한편, 이동 전의 시료편(Q)의 위치가 Y<0인 영역에 있는 경우, 시료편(Q)을 정지 위치를 향해서 니들 구동 기구(19)의 X, Y, Z 구동부를 동시에 동작시키면, 기둥형상부(34)에 충돌할 위험성이 크다. 이 때문에, 단계 S220에서 시료편(Q)이 Y<0인 영역에 있는 경우 , 니들(18)은 기둥형상부(34)를 피한 경로에서 목표 위치에 도달시킨다. 구체적으로는, 우선, 시료편(Q)을 니들 구동 기구(19)의 Y축만을 구동시키고, Y>0인 영역까지 이동시켜 소정의 위치(예를 들면 주목하고 있는 기둥형상부(34)의 폭의 2배, 3배, 5배, 10배 등의 위치)까지 이동시키고, 다음에, X, Y, Z 구동부의 동시 동작에 의해서 최종적인 정지 위치를 향해서 이동한다. 이러한 단계에 의해서, 시료편(Q)을 기둥형상부(34)에 충돌시키지 않고, 안전하게 신속히 이동시킬 수 있다. 또, 만일, 시료편(Q)과 기둥형상부(34)의 X좌표가 동일하고, Z좌표가 기둥형상부 상단보다 낮은 위치에 있는(Z<0) 것이, 전자빔 화상, 또는/및, 집속 이온 빔 화상으로부터 확인된 경우, 우선, 시료편(Q)을 Z>0 영역(예를 들면, Z=2μm, 3μm, 5μm, 10μm인 위치)으로 이동시키고, 다음에, Y>0인 영역의 소정의 위치까지 이동시키고, 다음에, X, Y, Z 구동부의 동시 동작에 의해서 최종적인 정지 위치를 향해서 이동한다. 이와 같이 이동함으로써, 시료편(Q)과 기둥형상부(34)는 충돌하는 일 없이, 시료편(Q)을 목적 위치에 도달시킬 수 있다.
다음에, 상술한 실시형태의 제10의 변형예를 설명한다.
제10의 변형예에서는, 하전 입자 빔 장치(10)에 있어서, 니들(18)이 니들 구동 기구(19)에 의해서 축 회전할 수 있는 것을 이용하여, 평면 시료를 제작하는 실시형태를 설명한다.
평면 시료는, 시료 내부에 있어서 시료 표면에 평행한 면을 관찰하기 위해서, 분리 적출한 시료편(Q)을 원래의 시료 표면에 평행이 되도록 박편화한 시료편(Q)을 가리킨다.
도 49는, 분리 적출된 시료편(Q)이 니들(18)의 선단에 고정된 상태를 나타낸 도면이며, 전자빔에 의한 상을 모식적으로 나타내고 있다. 니들(18)의 시료편(Q)으로의 고정에는, 도 10~도 14에 나타낸 방법으로 고정되어 있다. 니들(18)의 회전축이 (도 1의 XY면에 대해) 45° 경사진 위치에 설정되어 있는 경우, 니들(18)을 90°회전시킴으로써, 분리 적출된 시료편(Q)의 상단면(Qb)은, 수평면(도 1의 XY면)으로부터 XY면에 수직인 면으로 자세 제어된다.
도 50은, 니들(18)의 선단에 고정된 시료편(Q)이 시료편 홀더(P)의 기둥형상부(34)에 접하도록 이동한 상태를 나타내는 도면이다. 기둥형상부(34)의 측면(34d)은, 최종적으로 투과 전자현미경으로 관찰할 때, 전자빔의 조사 방향에 수직인 위치 관계가 되는 면이며, 한쪽의 측면(단면)(34e)은 전자빔의 조사 방향으로 평행한 위치 관계가 되는 면이다. 또한, 기둥형상부(34)의 측면(상단면(34f))은, 도 1에 있어서, 집속 이온 빔의 조사 방향에 수직인 위치 관계에 있는 면에서, 기둥형상부(34)의 상단면이다.
본 실시예에서는, 니들(18)에 의해 자세 제어된 시료편(Q)의 상단면(Qb)이, 시료편 홀더(P)의 기둥형상부(34)의 측면(34d)에 평행이 되도록, 바람직하게는 동일면이 되도록 이동시키고, 시료편(Q)의 단면을 시료편 홀더(P)에 면 접촉시킨다. 시료편(Q)이 시료편 홀더(P)에 접촉한 것을 확인한 후, 기둥형상부(34)의 상단면(34f)에서, 시료편(Q)과 시료편 홀더(P)의 접촉부에, 시료편(Q)과 시료편 홀더(P)에 걸리도록 디포지션막을 형성한다.
도 51은, 시료편 홀더(P)에 고정된 시료편(Q)에 대해 집속 이온 빔을 조사하여, 평면 시료(37)를 제작한 상태를 나타내는 모식도이다. 시료 표면으로부터 미리 정한 시료 깊이에 있는 평면 시료(37)는, 시료편(Q)의 상단면(Qb)으로부터의 거리로 구해지고, 시료편(Q)의 상단면(Qb)에 평행으로, 미리 정한 두께가 되도록 집속 이온 빔을 조사함으로써, 평면 시료(37)를 제작할 수 있다. 이러한 평면 시료(37)에 의해서, 시료 표면에 평행으로, 시료 내부의 구조나 조성 분포를 알 수 있다.
평면 시료(37)의 제작 방법은 이것으로 한정되지 않고, 시료편 홀더(P)가 0~90°의 범위에서 경사 가능한 기구에 탑재되어 있다면, 스테이지(12)의 회전과, 시료편 홀더(P)의 경사에 의해서, 프로브를 회전시키지 않고 제작할 수 있다. 또, 니들(18)의 경사각이 45° 이외의 0°~90°의 범위에 있는 경우에는, 시료편 홀더(P)의 경사각을 적정하게 정하는 것으로도 평면 시료(37)를 제작할 수 있다.
이와 같이 하여 평면 시료(37)를 제작할 수 있고, 시료 표면에 평행으로 소정 깊이에 있는 면을 전자현미경 관찰할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 적출 분리한 시료편(Q)을, 기둥형상부(34)의 측면(34d)에 고정했다. 기둥형상부(34)의 상단부에 고정하는 것도 생각할 수 있으나, 집속 이온 빔에 의한 시료(S)의 박편 가공 시에, 집속 이온 빔이 기둥형상부(34)의 상단부를 두드리고, 그 자리에서 발생한 스퍼터 입자가 박편부에 부착되어 현미경 관찰에 적합하지 않은 시료편(Q)으로 해버리기 때문에, 측면(34d)에 고정하는 것이 바람직하다.
이하, 다른 실시형태에 대해서 설명한다.
(a1) 하전 입자 빔 장치는,
시료로부터 시료편을 자동적으로 제작하는 하전 입자 빔 장치로서,
적어도,
하전 입자 빔을 조사하는 복수의 하전 입자 빔 조사 광학계(빔 조사 광학계)와,
상기 시료를 재치하여 이동하는 시료 스테이지와,
상기 시료로부터 분리 및 적출하는 상기 시료편에 접속하는 니들을 갖고, 상기 시료편을 반송하는 시료편 이설 수단과,
상기 시료편이 이설되는 기둥형상부를 갖는 시료편 홀더를 유지하는 홀더 고정대와,
상기 하전 입자 빔의 조사에 의해서 디포지션막을 형성하는 가스를 공급하는 가스 공급부와,
상기 시료편과 상기 기둥형상부 사이의 전기 특성을 계측하고, 상기 기둥형상부에 공극을 설치하여 정지시킨 상기 시료편과 상기 기둥형상부에 걸쳐서 상기 디포지션막을 미리 정한 전기 특성치에 도달할 때까지 형성하도록, 적어도 상기 하전 입자 빔 조사 광학계와 상기 시료편 이설 수단, 상기 가스 공급부를 제어하는 컴퓨터를 구비한다.
(a2) 하전 입자 빔 장치는,
시료로부터 시료편을 자동적으로 제작하는 하전 입자 빔 장치로서,
적어도,
하전 입자 빔을 조사하는 복수의 하전 입자 빔 조사 광학계(빔 조사 광학계)와,
상기 시료를 재치하여 이동하는 시료 스테이지와,
상기 시료로부터 분리 및 적출하는 상기 시료편에 접속하는 니들을 갖고, 상기 시료편을 반송하는 시료편 이설 수단과,
상기 시료편이 이설되는 기둥형상부를 갖는 시료편 홀더를 유지하는 홀더 고정대와,
상기 하전 입자 빔의 조사에 의해서 디포지션막을 형성하는 가스를 공급하는 가스 공급부와,
상기 시료편과 상기 기둥형상부 사이의 전기 특성을 계측하고, 미리 정한 시간, 상기 기둥형상부에 공극을 설치해 정지시킨 상기 시료편과 상기 기둥형상부에 걸쳐서 상기 디포지션막을 형성하도록, 적어도 상기 하전 입자 빔 조사 광학계와 상기 시료편 이설 수단, 상기 가스 공급부를 제어하는 컴퓨터를 구비한다.
(a3) 하전 입자 빔 장치는,
시료로부터 시료편을 자동적으로 제작하는 하전 입자 빔 장치로서,
적어도,
집속 이온 빔을 조사하는 집속 이온 빔 조사 광학계(빔 조사 광학계)와,
상기 시료를 재치하여 이동하는 시료 스테이지와,
상기 시료로부터 분리 및 적출하는 상기 시료편에 접속하는 니들을 갖고, 상기 시료편을 반송하는 시료편 이설 수단과,
상기 시료편이 이설되는 기둥형상부를 갖는 시료편 홀더를 유지하는 홀더 고정대와,
상기 집속 이온 빔의 조사에 의해서 디포지션막을 형성하는 가스를 공급하는 가스 공급부와,
상기 시료편과 상기 기둥형상부 사이의 전기 특성을 계측하고, 상기 기둥형상부에 공극을 설치해 정지시킨 상기 시료편과 상기 기둥형상부에 걸쳐서 상기 디포지션막을 미리 정한 전기 특성치에 도달할 때까지 형성하도록, 적어도 상기 집속 이온 빔 조사 광학계와 상기 시료편 이설 수단, 상기 가스 공급부를 제어하는 컴퓨터를 구비한다.
(a4) 하전 입자 빔 장치는,
시료로부터 시료편을 자동적으로 제작하는 하전 입자 빔 장치로서,
적어도,
집속 이온 빔을 조사하는 집속 이온 빔 조사 광학계(빔 조사 광학계)와,
상기 시료를 재치하여 이동하는 시료 스테이지와,
상기 시료로부터 분리 및 적출하는 상기 시료편에 접속하는 니들을 갖고, 상기 시료편을 반송하는 시료편 이설 수단과,
상기 시료편이 이설되는 기둥형상부를 갖는 시료편 홀더를 유지하는 홀더 고정대와,
상기 집속 이온 빔의 조사에 의해서 디포지션막을 형성하는 가스를 공급하는 가스 공급부와,
상기 시료편과 상기 기둥형상부 사이의 전기 특성을 계측하고, 미리 정한 시간, 상기 기둥형상부에 공극을 설치해 정지시킨 상기 시료편과 상기 기둥형상부에 걸쳐서 상기 디포지션막을 형성하도록, 적어도 상기 집속 이온 빔 조사 광학계와 상기 시료편 이설 수단, 상기 가스 공급부를 제어하는 컴퓨터를 구비한다.
(a5) 상기 (a1) 또는 (a2)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 하전 입자 빔은,
적어도 집속 이온 빔 및 전자빔을 포함한다.
(a6) 상기 (a1) 내지 (a4) 중 어느 1개에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 전기 특성은, 전기 저항, 전류, 전위 중 적어도 어느 하나이다.
(a7) 상기 (a1) 내지 (a6) 중 어느 1개에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 컴퓨터는, 상기 시료편과 상기 기둥형상부 사이의 전기 특성이, 미리 정한 상기 디포지션막의 형성 시간 내에, 미리 정한 전기 특성치를 만족하지 않는 경우, 상기 기둥형상부와 상기 시료편의 상기 공극이 더욱 작아지도록 상기 시료편을 이동시키고, 정지시킨 상기 시료편과 상기 기둥형상부에 걸쳐서 상기 디포지션막을 형성하도록, 적어도 상기 빔 조사 광학계와 상기 시료편 이설 수단, 상기 가스 공급부를 제어한다.
(a8) 상기 (a1) 내지 (a6) 중 어느 1개에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 컴퓨터는, 상기 시료편과 상기 기둥형상부 사이의 전기 특성이, 미리 정한 상기 디포지션막의 형성 시간 내에, 미리 정한 전기 특성치를 만족한 경우, 상기 디포지션막의 형성을 정지시키도록, 적어도 상기 빔 조사 광학계와 상기 가스 공급부를 제어한다.
(a9) 상기 (a1) 또는 (a3)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 공극은 1μm 이하이다.
(a10) 상기 (a9)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 공극은 100nm 이상, 200nm 이하이다.
(b1) 하전 입자 빔 장치는,
시료로부터 시료편을 자동적으로 제작하는 하전 입자 빔 장치로서,
하전 입자 빔을 조사하는 하전 입자 빔 조사 광학계와,
상기 시료를 재치하여 이동하는 시료 스테이지와,
상기 시료로부터 분리 및 적출한 상기 시료편을 유지하여 반송하는 시료편 이설 수단과,
상기 시료편이 이설되는 기둥형상부를 갖는 시료편 홀더를 유지하는 홀더 고정대와,
상기 하전 입자 빔의 조사에 의해서 취득한 상기 기둥형상부의 화상을 기초로 하여, 상기 기둥형상부의 템플릿을 작성하고, 상기 템플릿을 이용한 템플릿 매칭에 의해서 얻어지는 위치 정보를 기초로 하여, 상기 시료편을 상기 기둥형상부에 이설하도록 상기 하전 입자 빔 조사 광학계와 상기 시료편 이설 수단을 제어하는 컴퓨터를 구비한다.
(b2) 상기 (b1)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 시료편 홀더는, 이격 배치되는 복수의 상기 기둥형상부를 구비하고, 상기 컴퓨터는, 상기 복수의 상기 기둥형상부의 각각의 화상을 기초로 하여, 상기 복수의 상기 기둥형상부의 각각의 템플릿을 작성한다.
(b3) 상기 (b2)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 컴퓨터는, 상기 복수의 상기 기둥형상부의 각각의 템플릿을 이용한 템플릿 매칭에 의해서, 상기 복수의 상기 기둥형상부 중 대상으로 하는 상기 기둥형상부의 형상이 미리 등록한 소정 형상과 일치하는지 여부를 판정하는 판정 처리를 행하고, 상기 대상으로 하는 상기 기둥형상부의 형상이 상기 소정 형상과 일치하지 않는 경우, 상기 대상으로 하는 상기 기둥형상부를 새로 다른 상기 기둥형상부로 전환하여 상기 판정 처리를 행하고, 상기 대상으로 하는 상기 기둥형상부의 형상이 상기 소정 형상과 일치하는 경우, 그 기둥형상부에 상기 시료편을 이설하도록 상기 하전 입자 빔 조사 광학계와 상기 시료편 이설 수단 또는 상기 시료 스테이지의 이동을 제어한다.
(b4) 상기 (b2) 또는 (b3) 중 어느 1개에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 컴퓨터는, 상기 복수의 상기 기둥형상부 중 대상으로 하는 상기 기둥형상부를 소정 위치에 배치하도록 상기 시료 스테이지의 이동을 제어할 때에, 상기 대상으로 하는 상기 기둥형상부가 상기 소정 위치에 배치되지 않는 경우, 상기 시료 스테이지의 위치를 초기화한다.
(b5) 상기 (b4)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 컴퓨터는, 상기 복수의 상기 기둥형상부 중 대상으로 하는 상기 기둥형상부를 소정 위치에 배치하도록 상기 시료 스테이지의 이동을 제어할 때에, 상기 시료 스테이지의 이동 후에 상기 대상으로 하는 상기 기둥형상부의 형상에 문제가 있는지 여부를 판정하는 형상 판정 처리를 행하고, 상기 대상으로 하는 상기 기둥형상부의 형상에 문제가 있는 경우, 상기 대상으로 하는 상기 기둥형상부를 새로 다른 상기 기둥형상부로 전환하여, 그 기둥형상부를 상기 소정 위치에 배치하도록 상기 시료 스테이지의 이동을 제어함과 더불어 상기 형상 판정 처리를 행한다.
(b6) 상기 (b1)~(b5) 중 어느 1개에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 컴퓨터는, 상기 시료로부터 상기 시료편을 분리 및 적출함에 앞서 상기 기둥형상부의 템플릿을 작성한다.
(b7) 상기 (b3)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 컴퓨터는, 상기 복수의 상기 기둥형상부의 각각의 화상, 이 화상으로부터 추출하는 에지 정보, 또는 상기 복수의 상기 기둥형상부의 각각의 설계 정보를 상기 템플릿으로서 기억하고, 이 템플릿을 이용한 템플릿 매칭의 스코어에 의해서 상기 대상으로 하는 상기 기둥형상부의 형상이 상기 소정 형상과 일치하는지 여부를 판정한다.
(b8) 상기 (b1)~(b7) 중 어느 1개에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 컴퓨터는, 상기 시료편이 이설된 상기 기둥형상부에 대한 상기 하전 입자 빔의 조사에 의해서 취득하는 화상과, 상기 시료편이 이설된 상기 기둥형상부의 위치 정보를 기억한다.
(c1) 하전 입자 빔 장치는,
시료로부터 시료편을 자동적으로 제작하는 하전 입자 빔 장치로서,
하전 입자 빔을 조사하는 하전 입자 빔 조사 광학계와,
상기 시료를 재치하여 이동하는 시료 스테이지와,
상기 시료로부터 분리 및 적출한 상기 시료편을 유지하여 반송하는 시료편 이설 수단과,
상기 시료편이 이설되는 기둥형상부를 갖는 시료편 홀더를 유지하는 홀더 고정대와,
상기 하전 입자 빔의 조사에 의해서 디포지션막을 형성하는 가스를 공급하는 가스 공급부와,
상기 시료편 이설 수단을 상기 시료편으로부터 분리한 후에, 상기 시료편 이설 수단에 부착되어 있는 상기 디포지션막에 상기 하전 입자 빔을 조사하도록 상기 하전 입자 빔 조사 광학계와 상기 시료편 이설 수단을 제어하는 컴퓨터를 구비한다.
(c2) 상기 (c1)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 시료편 이설 수단은, 복수회에 걸쳐서 반복해서 상기 시료로부터 분리 및 적출한 상기 시료편을 유지하여 반송한다.
(c3) 상기 (c1) 또는 (c2)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 컴퓨터는,
상기 시료편 이설 수단을 상기 시료편으로부터 분리할 때마다의 타이밍을 적어도 포함하는 소정 타이밍에서 반복해서, 상기 시료편 이설 수단에 부착되어 있는 상기 디포지션막에 상기 하전 입자 빔을 조사하도록 상기 하전 입자 빔 조사 광학계와 상기 시료편 이설 수단을 제어한다.
(c4) 상기 (c1)~(c3) 중 어느 1개에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 컴퓨터는, 상기 시료편으로부터 분리한 상기 시료편 이설 수단을 소정 위치에 배치하도록 상기 시료편 이설 수단의 이동을 제어할 때에, 상기 시료편 이설 수단이 상기 소정 위치에 배치되지 않는 경우, 상기 시료편 이설 수단의 위치를 초기화한다.
(c5) 상기 (c4)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 컴퓨터는, 상기 시료편 이설 수단의 위치를 초기화한 후에 상기 시료편 이설 수단의 이동을 제어했다고 해도 상기 시료편 이설 수단이 상기 소정 위치에 배치되지 않는 경우, 그 시료편 이설 수단에 대한 제어를 정지한다.
(c6) 상기 (c1)~(c5) 중 어느 1개에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 컴퓨터는, 상기 시료편에 접속하기 전의 상기 시료편 이설 수단에 대한 상기 하전 입자 빔의 조사에 의해서 취득한 화상을 기초로 하여, 상기 시료편 이설 수단의 템플릿을 작성하고, 상기 템플릿을 이용한 템플릿 매칭에 의해서 얻어지는 윤곽 정보를 기초로 하여, 상기 시료편 이설 수단에 부착되어 있는 상기 디포지션막에 상기 하전 입자 빔을 조사하도록 상기 하전 입자 빔 조사 광학계와 상기 시료편 이설 수단을 제어한다.
(c7) 상기(c6)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 윤곽 정보를 표시하는 표시장치를 구비한다.
(c8) 상기 (c1)~(c7) 중 어느 1개에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 컴퓨터는, 상기 시료편 이설 수단이 소정 자세가 되도록 상기 시료편 이설 수단을 중심축 둘레로 회전시킬 때에, 편심 보정을 행한다.
(c9) 상기 (c1)~(c8) 중 어느 1개에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는,
상기 시료편 이설 수단은, 상기 시료편에 접속하는 니들 또는 핀셋을 구비한다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 컴퓨터(22)는, 소프트웨어 기능부, 또는 LSI 등의 하드웨어 기능부도 포함한다.
또, 상술한 실시형태에서는, 니들(18)은 첨예화된 침상 부재를 일례로 하여 설명했는데, 선단이 평치즐 형상 등의 형상이어도 된다.
또, 본 발명에서는, 적어도 적출하는 시료편(Q)이 카본으로 구성되어 있는 경우에도 적용할 수 있다. 본 발명에 의한 템플릿과 선단 위치 좌표를 이용하여 원하는 위치로 이동시킬 수 있다. 즉, 적출한 시료편(Q)을 니들(18)의 선단에 고정된 상태로, 시료편 홀더(P)에 이설할 때에, 시료편(Q)이 달린 니들(18)을 하전 입자 빔 조사에 의한 이차 전자 화상으로부터 취득한 실제의 선단 좌표(시료편의 선단 좌표)와, 시료편(Q)이 달린 니들(18)의 흡수 전류 화상으로부터 형성한 니들(18)의 템플릿을 이용하여, 시료편(Q)을 시료편 홀더(P)에 소정의 공극을 갖고 접근하고, 정지하도록 제어할 수 있다.
또, 본 발명은, 다른 장치에서도 적용할 수 있다. 예를 들면, 미소부의 전기 특성을, 탐침(探針)을 접촉시켜 계측하는 하전 입자 빔 장치, 특히, 하전 입자 빔 중 전자빔에 의한 주사 전자현미경의 시료실 내에 금속 탐침을 장비한 장치로, 미세 영역의 도전부에 접촉시키기 위해서, 텅스텐 탐침의 선단에 카본 나노 튜브를 구비한 탐침을 이용하여 계측하는 하전 입자 빔 장치에 있어서, 통상의 이차 전자상에서는, 배선 패턴 등의 배경 때문에 텅스텐 탐침 선단을 인식할 수 없다. 그래서, 흡수 전류 화상에 의해서 텅스텐 탐침을 인식하기 쉽게 할 수 있으나, 카본 나노 튜브의 선단을 인식할 수 없어, 중요한 측정점에 카본 나노 튜브를 접촉시킬 수 없다. 그래서, 본 발명 중, 이차 전자 화상에 의해서 니들(18)의 실제의 선단 좌표를 특정하고, 흡수 전류 화상에 의해서 템플릿을 작성하는 방법을 이용함으로써, 카본 나노 튜브를 갖는 탐침을 특정의 측정 위치로 이동시키고, 접촉시킬 수 있다.
또한, 상술한 본 발명에 의한 하전 입자 빔 장치(10)에 의해서 제작된 시료편(Q)은, 다른 집속 이온 빔 장치에 도입하여, 투과 전자현미경 해석에 적합한 얇기까지, 장치 조작자가 신중하게 조작해, 가공해도 된다. 이와 같이 본 발명에 의한 하전 입자 빔 장치(10)와 집속 이온 빔 장치를 제휴함으로써, 야간에 무인으로 다수개의 시료편(Q)을 시료편 홀더(P)에 고정해두고, 주간에 장치 조작자가 신중하게 초박의 투과 전자현미경용 시료로 마무리할 수 있다. 이로 인해, 종래, 시료 적출에서부터 박편 가공까지의 일련 작업을, 1대의 장치로 장치 조작자의 조작에 의존하고 있었던 것에 비해, 장치 조작자에 대한 심신의 부담은 큰 폭으로 경감되어, 작업 효율이 향상된다.
또한, 상기 실시형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규 실시형태는, 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 더불어, 특허 청구범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.
예를 들면, 본 발명에 의한 하전 입자 빔 장치(10)에서는, 시료편(Q)을 적출하는 수단으로서 니들(18)에 대해서 설명을 했는데, 이것으로 한정되는 일은 없고, 미세하게 동작하는 핀셋이어도 된다. 핀셋을 이용함으로써, 디포지션을 행하지 않고 시료편(Q)을 적출할 수 있어, 선단의 손모 등의 염려도 없다. 니들(18)을 사용한 경우에도, 시료편(Q)과의 접속은 디포지션으로 한정되는 일은 없고, 니들(18)에 정전기력을 부가한 상태에서 시료편(Q)에 접촉시키고, 정전 흡착하여 시료편(Q)과 니들(18)의 접속을 행해도 된다.
10:하전 입자 빔 장치
11:시료실
12:스테이지(시료 스테이지)
13: 스테이지 구동 기구
14:집속 이온 빔 조사 광학계(하전 입자 빔 조사 광학계)
15:전자빔 조사 광학계(하전 입자 빔 조사 광학계)
16:검출기
17:가스 공급부
18:니들
19:니들 구동 기구
20:흡수 전류 검출기
21:표시 장치
22:컴퓨터
23:입력 디바이스
33:시료대
34:기둥형상부
P:시료편 홀더
Q:시료편
R:이차 하전 입자
S:시료

Claims (6)

  1. 시료로부터 시료편을 자동적으로 제작하는 하전 입자 빔 장치로서,
    하전 입자 빔을 조사하는 하전 입자 빔 조사 광학계와,
    상기 시료를 재치(載置)하여 이동하는 시료 스테이지와,
    상기 시료로부터 분리 및 적출하는 상기 시료편을 유지하여 반송하는 시료편 이설(移設) 수단과,
    상기 시료편이 이설되는 시료편 홀더를 유지하는 홀더 고정대와,
    상기 시료편 이설 수단에 의해서 상기 시료편을 유지한 후에, 상기 하전 입자 빔을 상기 시료편에 조사하여 얻어지는 화상에 있어서, 상기 시료의 가공시의 깊이 방향에 대응하는 상기 시료편의 두께 방향에 있어서의 단부를 포함하는 정형(整形) 가공 영역을 획정하고, 상기 정형 가공 영역에 상기 하전 입자 빔을 조사하여 상기 시료편을 정형 가공하도록 상기 시료편 이설 수단과 상기 하전 입자 빔 조사 광학계를 제어하는 컴퓨터를 구비하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 컴퓨터는, 상기 화상을 얻을 때의 상기 하전 입자 빔의 주사 방향을, 상기 시료편 이설 수단에 의해서 유지된 상기 시료편의 자세에 따른 회전 각도로 회전시키도록 상기 하전 입자 빔 조사 광학계를 제어하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 컴퓨터는, 상기 하전 입자 빔의 주사 방향을 상기 회전 각도로 회전하여 얻어지는 상기 화상에 있어서, 상기 시료편의 상기 단부의 에지를 인식하고, 이 에지에 의거해 상기 정형 가공 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 시료편 이설 수단은, 상기 시료로부터 분리 및 적출하는 상기 시료편을 유지하여 반송하는 니들과, 이 니들을 구동하는 니들 구동 기구를 구비하고,
    상기 컴퓨터는, 상기 시료편을 유지한 상기 니들을 축 회전시킴으로써 상기 시료편의 자세를 상기 시료편 홀더에 대해 제어하도록 상기 니들 구동 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴퓨터는, 상기 정형 가공 영역에 상기 하전 입자 빔을 조사하여 상기 시료편을 정형 가공한 후에, 상기 시료편의 관찰면에 상기 하전 입자 빔을 조사하여 상기 관찰면을 가공하도록 상기 하전 입자 빔 조사 광학계를 제어하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴퓨터는, 상기 시료편 이설 수단에 의해서 유지된 상기 시료편의 표면에 노출된 패턴을 인식하고, 이 패턴에 간섭하지 않도록 상기 정형 가공 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
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