TWI808133B - 帶電粒子束裝置 - Google Patents

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Abstract

自動反覆進行摘出試料片而使其移設於試料片保持器的動作，其中，該試料片是藉由離子束所致之試料的加工而形成的。 帶電粒子束裝置具有電腦，其實施如下控制：不使令試料片固定在試料保持器上的針旋轉，而從帶電粒子束照射光學系統使帶電粒子束照射至附著於針的沉積膜。

Description

帶電粒子束裝置
本發明有關自動進行取樣的帶電粒子束裝置。
在透射電子顯微鏡觀察用的試料片製作中，使用基於聚焦離子束的加工技術。已知有一種能夠自動地實施取樣(sampling)之自動試料片製作裝置，該取樣係摘出藉由對試料照射聚焦離子束而製作的試料片並將其移設於試料保持器(參照專利文獻1)。
此外，已知有一種帶電粒子束裝置，係藉由使保持著試料片的針旋轉來轉換試料片的姿勢，將試料片固定在試料保持器上，藉此抑制精細加工時產生的簾幕效應(curtain effect)(參照專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2016-050853號公報
[專利文獻2] 日本特開2009-110745號公報
在本說明書中，「取樣」是指摘出藉由對試料照射帶電粒子束而製作的試料片，將該試料片加工成適合於觀察、分析和計測等各種工程的形狀，更具體而言，是指將藉由聚焦離子束所做的加工而從試料形成的試料片移設於試料片保持器。
在現有的自動試料片製作裝置所做的複數個試料片製作中，當試料片的連接中使用的沉積膜大量殘留在針上時，有時在下一次的取樣中無法確保試料片與針的連接強度，因此，例如會以每做10次自動取樣就進行1次的程度的頻率來進行從複數個方向照射聚焦離子束而對附著於針的沉積膜做除去加工之針清潔。
但是，在轉換試料片的姿勢的自動取樣中，為避免由於針的旋轉而試料片從針被拋飛，要確保連接強度，為此需要更加頻繁地進行針修整(trimming)，而有自動取樣整體的所需時間增大的問題。
本發明的目的在於，提供一種與使用現有的針清潔的情況相比，能夠在短時間內實施自動取樣之帶電粒子束裝置。
為了解決上述問題並實現該目的，本發明採用以下態樣。
(1)一種帶電粒子束裝置，係自動實施從試料摘出試料片、轉換前述試料片的姿勢而固定在試料片保持器上的工程，前述帶電粒子束裝置具備：帶電粒子束照射光學系統，照射帶電粒子束；試料載台，載置前述試料而移動；針，具備用來保持和搬送前述試料片的包含旋轉軸的移動機構；保持器固定台，保持供前述試料片移設的試料片保持器；氣體供給部，供給藉由前述聚焦離子束的照射而形成沉積膜的氣體；以及電腦，其實施如下控制：不使令前述試料片固定在前述試料保持器上的前述針旋轉，而從前述帶電粒子束照射光學系統使前述帶電粒子束照射至附著於前述針的前述沉積膜。
(2)在上述(1)所記載的帶電粒子束裝置中，前述電腦，從前述帶電粒子束照射光學系統使前述帶電粒子束照射至前述沉積膜和前述針。
(3)在上述(2)所記載的帶電粒子束裝置中，前述電腦，從前述帶電粒子束照射光學系統使前述帶電粒子束照射，將分離前述試料片與前述針時形成的針的端面做除去加工。
(4)在上述(2)或上述(3)所記載的帶電粒子束裝置中，前述電腦，從前述帶電粒子束照射光學系統使前述帶電粒子束照射至前述針的附著有前述沉積膜的側。
(5)在上述(2)~(4)中的任意一項所記載的帶電粒子束裝置中，前述電腦，當前述針的前端的厚度尺寸超過規定的值的情況下，從前述帶電粒子束照射光學系統 使前述帶電粒子束照射至前述針的附著有前述沉積膜的側，進行加工以使得前述厚度尺寸成為規定的值以內。
(6)在上述(1)~(5)中的任意一項所記載的帶電粒子束裝置中，前述電腦，根據照射前述帶電粒子束而取得的前述沉積膜及前述針的圖像資料中的各像素的亮度變化，結束從前述帶電粒子束照射光學系統照射前述帶電粒子束。
(7)在上述(1)~(6)中的任意一項所記載的帶電粒子束裝置中，前述電腦，在分離前述針與前述試料片時，對附著於前述針的沉積膜，從前述帶電粒子束照射光學系統使前述帶電粒子束照射。
無需使讓試料片固定在試料保持器上的針旋轉而使帶電粒子束照射至附著於針的沉積膜，因此，與從複數個方向照射聚焦離子束來做除去加工的針清潔相比，能夠在短時間內進行複數個自動試料片取樣。
10:帶電粒子束裝置
11:試料室
12:載台(試料載台)
12a:保持器固定台
13:載台驅動機構
13a:移動機構
13b:傾斜機構
13c:旋轉機構
14:聚焦離子束照射光學系統(帶電粒子束照射光學系統)
14a:離子源
14b:離子光學系統
15:電子束照射光學系統(帶電粒子束照射光學系統)
15a:電子源
15b:電子光學系統
16:檢測器
17:氣體供給部
17a:噴嘴
18、18a、18b:針
18LES:下面邊緣點列
18LEP:前端側終點像素
18P:像素
18UEP:前端側終點像素
18UES:上面邊緣點列
18USP:代表像素
19:針驅動機構
20:吸收電流檢測器
21:顯示裝置
22:電腦
23:輸入裝置
31:缺口部
32:基部
33:試料台
34:柱狀部
35:SIM圖像中心
36、36a:連接加工位置
AP:移動目標位置
BG:背景
C:前端座標
DM:碳沉積膜
DM1、DM2:沉積膜
DM2a:殘渣
EB:電子束
F、R1、R2:加工框
FIB:聚焦離子束
G:氣體
H:加工區域
L、L1:規定距離
L2:空隙
NT:厚度
NTa:(厚度的)初始值
P:試料片保持器
Q:試料片
Qa:支撐部
R:二次帶電粒子
Ref:參考標記(基準點)
S:試料
Sb:試料表面
T1、T2:切斷加工位置
T2a、T3、T4:加工區域
U:安裝位置
USD:探索方向
[圖1]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的構成圖。
[圖2]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的試料中形成的試料片的示意平面圖。
[圖3]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的試料片保持器的示意平面圖。
[圖4]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的試料片保持器的示意側視圖。
[圖5]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的動作的示意流程圖當中特別是初始設定工程的流程圖。
[圖6]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置中反覆使用的針的真正的前端的說明用模型圖，特別是(A)為實際的針前端的說明模型圖，(B)為藉由吸收電流信號而得到的第1圖像的說明模型圖。
[圖7]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的針前端之電子束照射所致之二次電子圖像的模型圖，特別是(A)為抽出比背景亮的區域的第2圖像的示意模型圖，(B)為抽出比背景暗的區域的第3圖像的示意模型圖。
[圖8]將圖7的第2圖像和第3圖像合成而得到的第4圖像的說明模型圖。
[圖9]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的動作的示意流程圖當中特別是試料片拾取工程的流程圖。
[圖10]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置中，使針連接至試料片時的針的停止位置的說明用模型圖。
[圖11]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的聚焦離子束而得到的圖像中的針的前端和試料片的示意圖。
[圖12]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的 電子束而得到的圖像中的針的前端和試料片的示意圖。
[圖13]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的聚焦離子束而得到的圖像中的包含針和試料片的連接加工位置之加工框的示意圖。
[圖14]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置中，將針與試料片連接時的針與試料片的位置關係、沉積膜形成區域的說明用模型圖。
[圖15]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的聚焦離子束而得到的圖像中的試料及試料片的支撐部的切斷加工位置T1的示意圖。
[圖16]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的電子束而得到的圖像中的使連接有試料片的針退避的狀態的示意圖。
[圖17]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的電子束而得到的圖像中的相對於連接有試料片的針使載台退避的狀態的示意圖。
[圖18]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的聚焦離子束而得到的圖像資料中的連接有試料片的針的旋轉角度為0°的接近模式的狀態的圖。
[圖19]示出藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的電子束得到的圖像中的連接有試料片的針的旋轉角度為0°的接近模式的狀態的示意圖。
[圖20]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的聚焦離子束而得到的圖像中的連接有試料片的針的旋轉角 度為90°的接近模式的狀態的示意圖。
[圖21]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的電子束而得到的圖像中的連接有試料片的針的旋轉角度為90°的接近模式的狀態的示意圖。
[圖22]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的聚焦離子束而得到的圖像中的連接有試料片的針的旋轉角度為180°的接近模式的狀態的示意圖。
[圖23]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的電子束而得到的圖像中的連接有試料片的針的旋轉角度為180°的接近模式的狀態的示意圖。
[圖24]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的聚焦離子束而得到的圖像中的柱狀部的試料片的安裝位置的示意圖。
[圖25]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的電子束而得到的圖像中的柱狀部的試料片的安裝位置的示意圖。
[圖26]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的動作的示意流程圖當中特別是試料片架設工程的流程圖。
[圖27]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的聚焦離子束而得到的圖像中的在試料台的試料片的安裝位置周邊停止移動的針的示意圖。
[圖28]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的電子束而得到的圖像中的在試料台的試料片的安裝位置周邊停止移動的針的示意圖。
[圖29]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的電子束而得到的圖像中的在試料台的試料片的安裝位置周邊停止移動的針的示意圖。
[圖30]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的聚焦離子束而得到的圖像中的用來將連接針和試料片的沉積膜予以切斷的切斷加工位置的示意圖。
[圖31]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置中，使試料片姿勢旋轉180°的架設工程當中，試料片對試料片保持器的安裝完成，劃定了為了分離針與試料片而進行聚焦離子束照射的範圍的狀態的示意圖。
[圖32]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置中，使試料片姿勢旋轉180°的架設工程當中，進行對於沉積膜之聚焦離子束照射而針與試料片的分離完成的狀態的示意圖。
[圖33]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置中，使試料片姿勢旋轉180°的拾取工程當中，附著有沉積膜的針與試料片及試料表面的位置關係的示意圖。
[圖34]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置中，針旋轉角度為180°的架設工程當中，從照射聚焦離子束而得到的圖像抽出針輪廓資訊，而捕捉沉積膜的位置的過程的示意模型圖。
[圖35]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置中，針旋轉角度為180°的架設工程當中，從照射聚焦離子束而得到的圖像劃定了對附著的沉積膜選擇性地進行聚焦離子束 照射的範圍的狀態的示意模型圖。
[圖36]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置中，針旋轉角度為180°的架設工程當中，藉由對沉積膜之選擇性的聚焦離子束照射而僅除去了沉積膜的狀態的示意圖。
[圖37]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置中，使試料片姿勢旋轉180°的拾取工程當中，前端面的厚度增加了的狀態的針與試料片及試料表面的位置關係的示意圖。
[圖38]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置中，針旋轉角度為180°的架設工程當中，當針前端的厚度尺寸超過規定的值的情況下，從照射聚焦離子束而得到的圖像抽出針輪廓資訊，劃定應該修整的沉積膜及針的加工區域的過程的示意模型圖。
[圖39]本發明的實施形態之帶電粒子束裝置中，針旋轉角度為180°的架設工程當中，當針前端的厚度尺寸超過規定的值的情況下，劃定了僅對包含附著於針前端的沉積膜在內之針前端的上面進行聚焦離子束照射的範圍的狀態的示意圖。
[圖40]發明的實施形態之帶電粒子束裝置中，針旋轉角度為180°的架設工程當中，將用來分離針與試料片的加工範圍擴大到附著於針的沉積膜的狀態的示意圖。
[圖41]發明的實施形態之帶電粒子束裝置中，針旋轉角度為180°的架設工程當中，在針與試料片的分離的同時，劃定用來除去附著於針的沉積膜的加工範圍的過程的示意圖。
[圖42]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的聚焦離子束而得到的圖像資料中的使針退避的狀態的示意圖。
[圖43]藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置的電子束而得到的圖像中的使針退避的狀態的圖。
以下，參照附圖說明本發明的實施形態之可自動製作試料片的帶電粒子束裝置。
[實施例]
圖1是本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10的構成圖。本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10，如圖1所示，具備可將內部維持真空狀態的試料室11、可在試料室11的內部固定試料S和試料片保持器P的載台12、及驅動載台12的載台驅動機構13。帶電粒子束裝置10具備對試料室11的內部的規定的照射區域(即掃描範圍)內的照射對象照射聚焦離子束(FIB)的聚焦離子束照射光學系統14。帶電粒子束裝置10具備對試料室11的內部的規定的照射區域內的照射對象照射電子束(EB)的電子束照射光學系統15。帶電粒子束裝置10具備檢測藉由聚焦離子束或電子束的照射而從照射對象產生的二次帶電粒子(二次電子、二次離子)R的檢測器16。帶電粒子束裝置10具備對照射對象的表面供給氣體G的氣體供給部17。氣體供給部17具體 而言是外徑為200μm左右的噴嘴17a等。帶電粒子束裝置10具備：針18，從被固定在載台12上的試料S取出微小的試料片Q，保持試料片Q並移設於試料片保持器P；及針驅動機構19，驅動針18來搬送試料片Q；及吸收電流檢測器20，檢測流入到針18的帶電粒子束的流入電流(也稱為吸收電流)，將流入電流信號送到電腦並予以圖像化。
有時將此針18及針驅動機構19一起稱為試料片移設手段。帶電粒子束裝置10具備顯示裝置21、電腦22、輸入裝置23，該顯示裝置21顯示基於藉由檢測器16檢測到的二次帶電粒子R的圖像資料等。
另外，聚焦離子束照射光學系統14及電子束照射光學系統15的照射對象，為被固定在載台12上的試料S、試料片Q、及存在於照射區域內的針18或試料片保持器P等。
此實施形態之帶電粒子束裝置10，藉由對照射對象的表面一面掃描一面照射聚焦離子束，而可執行被照射部的圖像化、或濺射所致之各種加工(鑽削、修整加工等)、及沉積膜的形成等。帶電粒子束裝置10可執行從試料S形成透射電子顯微鏡的透射觀察用的試料片Q(例如薄片試料、針狀試料等)或運用電子束的分析試料片之加工。帶電粒子束裝置10可執行將被移設於試料片保持器P的試料片Q做成為適合於透射電子顯微鏡的透射觀察的期望厚度(例如5~100nm等)的薄膜之加工。帶電粒子束裝置10藉由對試料片Q及針18等照射對象的表面一面掃描一面照射聚焦離子束或電子束，可執行照射對象的表面的觀 察。
吸收電流檢測器20具有前置放大器，將針的流入電流放大，送到電腦22。藉由以吸收電流檢測器20檢測到的針流入電流與和帶電粒子束的掃描同步的信號，能夠在顯示裝置21顯示針形狀的吸收電流圖像，進行針形狀和前端位置辨明。
圖2為本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10中，對試料S表面(斜線部)照射聚焦離子束而形成之從試料S被摘出之前的試料片Q的示意平面圖。符號F表示聚焦離子束所做的加工框即聚焦離子束的掃描範圍，其內側(白色部)表示藉由聚焦離子束照射而受到濺射加工而被鑽削的加工區域H。符號Ref是表示形成試料片Q(未鑽削而保留)的位置的參考標記(基準點)，例如是藉由聚焦離子束在後述沉積膜(例如每邊為1μm的正方形)設置例如直徑為30nm的微細孔的形狀等，在聚焦離子束或電子束所致之圖像中能夠對比度良好地識別。為了得知試料片Q的概略位置而利用沉積膜，為了精密的位置對齊而利用微細孔。試料S中，試料片Q是以保留與試料S連接的支撐部Qa而刮掉並除去側部側和底部側的周邊部之方式受到蝕刻加工，藉由支撐部Qa而被懸臂支撐於試料S。試料片Q的長邊方向的尺寸例如為10μm、15μm、20μm左右，寬度(厚度)例如為500nm、1μm、2μm、3μm左右的微小的試料片。
試料室11構成為可藉由排氣裝置(圖示省略)將內部排氣直到成為期望的真空狀態為止，並且可維持期 望的真空狀態。
載台12保持試料S。載台12具備保持試料片保持器P的保持器固定台12a。此保持器固定台12a也可以是能夠搭載複數個試料片保持器P的構造。
圖3是試料片保持器P的平面圖，圖4是側視圖。試料片保持器P具備具有缺口部31的略半圓形板狀的基部32、及被固定在缺口部31的試料台33。基部32例如藉由金屬而由直徑3mm及厚度50μm等的圓形板狀所形成。試料台33例如藉由半導體製造工程而由矽晶圓形成，藉由導電性的接著劑而被貼附在缺口部31。試料台33為梳齒形狀，具備相隔間距配置而突出的複數個(例如5根、10根、15根、20根等)供試料片Q移設的柱狀部(以下也稱為支柱)34。
藉由使各柱狀部34的寬度不同，將移設於各柱狀部34的試料片Q與柱狀部34的圖像建立對應，再與對應的試料片保持器P建立對應而使電腦22預先記憶，藉此，即使在從1個試料S製作了多數個試料片Q的情況下仍能夠無誤地識別，後續的透射電子顯微鏡等的分析中也能夠無誤地進行該試料片Q與試料S上的摘出部位的對應建立。各柱狀部34例如前端部的厚度形成為10μm以下、5μm以下等，保持被安裝在前端部的試料片Q。
另外，基部32不限於上述這種直徑3mm及厚度50μm等的圓形板狀，例如也可以是長度5mm、高度2mm、厚度50μm等的矩形板狀。總之，基部32的形狀只要是能夠搭載後續導入至透射電子顯微鏡中的載台12上的形狀，並且 是搭載在試料台33上的全部試料片Q位於載台12的可動範圍內的形狀即可。按照這種形狀的基部32，能夠利用透射電子顯微鏡觀察搭載在試料台33的全部的試料片Q。
載台驅動機構13以連接至載台12的狀態被收容在試料室11的內部，因應從電腦22輸出的控制信號使載台12相對於規定軸做位移。載台驅動機構13具備至少沿著與水平面平行且相互正交的X軸和Y軸、及與X軸和Y軸正交的鉛直方向的Z軸使載台12平行移動之移動機構13a。載台驅動機構13具備使載台12繞X軸或Y軸傾斜的傾斜機構13b、及使載台12繞Z軸旋轉的旋轉機構13c。
聚焦離子束照射光學系統14，在試料室11的內部使射束射出部(圖示省略)在照射區域內的載台12的鉛直方向上方的位置面向載台12，並且使光軸與鉛直方向平行，而被固定在試料室11。藉此，可從鉛直方向上方朝向下方對被載置在載台12的試料S、試料片Q及存在於照射區域內的針18等照射對象照射聚焦離子束。此外，帶電粒子束裝置10也可以具備其他的離子束照射光學系統來取代上述這種聚焦離子束照射光學系統14。離子束照射光學系統不限於上述這種形成聚焦射束的光學系統。離子束照射光學系統例如也可以是投影型的離子束照射光學系統，該投影型的離子束照射光學系統在光學系統內設置具有定型的開口的鏤空遮罩(stencil mask)，形成鏤空遮罩的開口形狀的成型射束。按照這種投影型的離子束照射光學系統，能夠精度良好地形成與試料片Q的周邊的加工區域相當的 形狀的成型射束，加工時間會縮短。
聚焦離子束照射光學系統14具備產生離子的離子源14a、以及使從離子源14a引出的離子聚焦及偏向的離子光學系統14b。離子源14a及離子光學系統14b因應從電腦22輸出的控制信號而受到控制，聚焦離子束的照射位置及照射條件等藉由電腦22而受到控制。離子源14a例如是使用液態鎵等的液體金屬離子源或電漿型離子源、氣體電場電離型離子源等。離子光學系統14b例如具有聚光透鏡等的第1靜電透鏡、靜電偏向器、對物透鏡等的第2靜電透鏡等。在使用電漿型離子源作為離子源14a的情況下，能夠實現大電流射束所致之高速加工，適合於摘出較大的試料S。
電子束照射光學系統15，在試料室11的內部使射束射出部(圖示省略)在相對於照射區域內的載台12的鉛直方向傾斜規定角度(例如60°)的傾斜方向面向載台12，並且使光軸與傾斜方向平行，而被固定在試料室11。藉此，可從傾斜方向的上方朝向下方對被固定在載台12的試料S、試料片Q及存在於照射區域內的針18等照射對象照射電子束。
電子束照射光學系統15具備產生電子的電子源15a、以及使從電子源15a射出的電子聚焦及偏向的電子光學系統15b。電子源15a及電子光學系統15b因應從電腦22輸出的控制信號而受到控制，電子束的照射位置及照射條件等藉由電腦22而受到控制。電子光學系統15b例如具備電磁 透鏡或偏向器等。
另外，也可以調換電子束照射光學系統15與聚焦離子束照射光學系統14的配置，將電子束照射光學系統15配置在鉛直方向上，將聚焦離子束照射光學系統14配置在相對於鉛直方向傾斜規定角度的傾斜方向上。
檢測器16檢測對試料S及針18等照射對象照射聚焦離子束或電子束時從照射對象放射的二次帶電粒子(二次電子和二次離子)R的強度(即二次帶電粒子的量)，輸出二次帶電粒子R的檢測量的資訊。檢測器16在試料室11的內部配置在能夠檢測二次帶電粒子R的量的位置，例如相對於照射區域內的試料S等照射對象的斜上方的位置等，而被固定在試料室11。
氣體供給部17被固定在試料室11，在試料室11的內部具有氣體噴射部(也稱為噴嘴)，配置成面向載台12。氣體供給部17能夠對試料S供給用來因應試料S的材質而選擇性地促進聚焦離子束所致之試料S的蝕刻之蝕刻用氣體、及用來在試料S的表面形成金屬或絕緣體等堆積物所致之沉積膜之沉積用氣體等。例如，與聚焦離子束的照射一起，對試料S供給針對矽系的試料S的氟化氙、針對有機系的試料S的水等蝕刻用氣體，藉此材料選擇性地促進蝕刻。此外，例如，與聚焦離子束的照射一起，對試料S供給含有鉑、碳或鎢等的沉積用氣體，藉此能夠在試料S的表面堆積(沉積)從沉積用氣體分解的固體成分。作為沉積用氣體的具體例，作為含碳的氣體，有菲、萘、芘等， 作為含鉑的氣體，有三甲基乙基環戊二烯鉑等，此外，作為含鎢的氣體，有六羰基鎢等。此外，依供給氣體不同，即使照射電子束也能夠進行蝕刻或沉積。但是，本發明中的帶電粒子束裝置10中的沉積用氣體，由沉積速度、試料片Q與針18之間的沉積膜的確實附著的觀點看來，含碳的沉積用氣體例如菲、萘、芘等為最合適，使用它們中的任意一方。
針驅動機構19以連接有針18的狀態被收容在試料室11的內部，因應從電腦22輸出的控制信號使針18位移。針驅動機構19與載台12一體設置，例如若載台12藉由傾斜機構13b繞傾斜軸(即X軸或Y軸)旋轉，則與載台12一體地移動。針驅動機構19具備使針18沿著三維座標軸的各者平行移動的移動機構(圖示省略)、及使針18繞針18的中心軸旋轉的旋轉機構(圖示省略)。另外，此三維座標軸獨立於試料載台的正交3軸座標系，在訂為與載台12的表面平行的二維座標軸的正交3軸座標系中，當載台12的表面處於傾斜狀態、旋轉狀態的情況下，該座標系會傾斜、旋轉。
電腦22至少控制載台驅動機構13、聚焦離子束照射光學系統14、電子束照射光學系統15、氣體供給部17、針驅動機構19。
電腦22配置在試料室11的外部，連接有顯示裝置21、以及輸出與操作者的輸入操作相應的信號的滑鼠和鍵盤等輸入裝置23。
電腦22藉由從輸入裝置23輸出的信號或由預先設定的自動運轉控制處理而生成的信號等，而統合控制帶電粒子束裝置10的動作。
電腦22將一面掃描帶電粒子束的照射位置一面藉由檢測器16檢測到的二次帶電粒子R的檢測量變換為與照射位置建立對應的亮度信號，藉由二次帶電粒子R的檢測量的二維位置分佈生成表示照射對象的形狀的圖像資料。在吸收電流圖像模式中，電腦22一面掃描帶電粒子束的照射位置一面檢測流過針18的吸收電流，藉此，藉由吸收電流的二維位置分佈(吸收電流圖像)生成表示針18的形狀的吸收電流圖像資料。電腦22使顯示裝置21顯示所生成的各圖像資料以及用來執行各圖像資料的放大、縮小、移動和旋轉等操作的畫面。電腦22使顯示裝置21顯示用來進行自動的順序控制中的模式選擇和加工設定等各種設定的畫面。
本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10具備上述構成，接著，說明此帶電粒子束裝置10的動作。
以下，針對電腦22執行的自動取樣的動作，即將藉由帶電粒子束(聚焦離子束)所做之試料S的加工而形成的試料片Q自動地移設於試料片保持器P的動作，概分成初始設定工程、試料片拾取工程、試料片架設工程來依序進行說明。
<初始設定工程>
圖5為本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10的自動取樣的動作中的初始設定工程的流程的示意流程圖。首先，電腦22在自動順序的開始時，因應操作者的輸入進行後述姿勢控制模式的有無等的模式選擇、樣板匹配用的觀察條件、及加工條件設定(加工位置、尺寸、個數等的設定)、針前端形狀的確認等(步驟S010)。
接著，電腦22作成柱狀部34的樣板(步驟S020~步驟S027)。在該樣板作成中，首先，電腦22藉由操作者進行設置在載台12的保持器固定台12a上的試料片保持器P的位置登錄處理(步驟S020)。電腦22在取樣工程的最初生成柱狀部34的樣板。電腦22依每個柱狀部34作成樣板。電腦22進行各柱狀部34的載台座標取得和樣板作成，以組的方式記憶它們，在後續藉由樣板匹配(樣板與圖像的疊合)來判定柱狀部34的形狀時進行使用。作為樣板匹配中使用的柱狀部34的樣板，電腦22例如預先記憶圖像本身、從圖像抽出的邊緣資訊等。電腦22在後續的工程中，在載台12的移動後進行樣板匹配，根據樣板匹配的得分來判定柱狀部34的形狀，藉此，能夠識別柱狀部34的正確位置。另外，作為樣板匹配用的觀察條件，若使用與樣板作成用相同的對比度、倍率等觀察條件，則能夠實施正確的樣板匹配，故為理想。
當在保持器固定台12a設置有複數個試料片保持器P、在各試料片保持器P設置有複數個柱狀部34的情況下，也可以預先訂定各試料片保持器P所固有的識別碼和該試料 片保持器P的各柱狀部34所固有的識別碼，將這些識別碼與各柱狀部34的座標及樣板資訊建立對應而由電腦22記憶。
此外，電腦22也可以與上述識別碼、各柱狀部34的座標、及樣板資訊一起，以組的方式記憶試料S中的試料片Q被摘出的部位(摘出部)的座標及周邊的試料面的圖像資訊。
此外，例如在岩石、礦物和活體試料等不規則形狀的試料的情況下，電腦22也可以將低倍率的寬視野圖像、摘出部的位置座標及圖像等設為組，記憶這些資訊作為識別資訊。也可以將此識別資訊與薄片化的試料S建立關聯，或者將透射電子顯微鏡像與試料S的摘出位置建立關聯而記錄。
電腦22在後述試料片Q的移動之前先進行試料片保持器P的位置登錄處理，藉此，能夠預先確認實際上存在適當形狀的試料台33。
在此位置登錄處理中，首先，作為粗調整的動作，電腦22藉由載台驅動機構13移動載台12，將照射區域對位至試料片保持器P中安裝有試料台33的位置。接著，作為微調整的動作，電腦22使用事前從試料台33的設計形狀(CAD資訊)作成的樣板，從藉由帶電粒子束(聚焦離子束及電子束各者)的照射而生成的各圖像資料中抽出構成試料台33的複數個柱狀部34的位置。然後，電腦22將抽出的各柱狀部34的位置座標與圖像訂為試料片Q的安裝位置而進 行登錄處理(記憶)(步驟S023)。此時，各柱狀部34的圖像與預先準備的柱狀部的設計圖、CAD圖或柱狀部34的標準品的圖像進行比較，確認各柱狀部34有無變形、缺失、脫落等，若有不良，則電腦22將不良品的情況與該柱狀部的座標位置與圖像一起記憶。
接著，判定在當前登錄處理的執行中的試料片保持器P中是否不存在應該登錄的柱狀部34(步驟S025)。該判定結果為「NO」的情況下，即應該登錄的柱狀部34的剩餘數量m為1以上的情況下，將處理返回上述步驟S023，反覆進行步驟S023和S025，直到不存在柱狀部34的剩餘數量m為止。另一方面，該判定結果為「YES」的情況下，即應該登錄的柱狀部34的剩餘數量m為零的情況下，將處理進入步驟S027。
當在保持器固定台12a上設置有複數個試料片保持器P的情況下，將各試料片保持器P的位置座標、該試料片保持器P的圖像資料與對於各試料片保持器P的碼編號等一起記錄，並且，將各試料片保持器P的各柱狀部34的位置座標、對應的碼編號、圖像資料予以記憶(登錄處理)。電腦22也可以按照實施自動取樣的試料片Q的數量依序實施此位置登錄處理。
然後，電腦22判定是否不存在應該登錄的試料片保持器P(步驟S027)。該判定結果為「NO」的情況下，即應該登錄的試料片保持器P的剩餘數量n為1以上的情況下，將處理返回上述步驟S020，反覆進行步驟S020~S027，直到 不存在試料片保持器P的剩餘數量n為止。另一方面，在該判定結果為「YES」的情況下，即應該登錄的試料片保持器P的剩餘數量n為零的情況下，將處理進入步驟S030。
藉此，當從1個試料S自動製作數十個試料片Q的情況下，在保持器固定台12a中有複數個試料片保持器P被位置登錄，而其各個柱狀部34的位置被圖像登錄，因此，能夠立即在帶電粒子束的視野內調出應該安裝數十個試料片Q的特定試料片保持器P以及特定的柱狀部34。
另外，在此位置登錄處理(步驟S020、S023)中，當萬一試料片保持器P自身或柱狀部34變形、破損而未處於安裝有試料片Q的狀態的情況下，與上述位置座標、圖像資料、碼編號一起，還使其對應而登錄「不可使用」(示意未安裝試料片Q的表記)等。藉此，電腦22在後述試料片Q的移設時，跳過「不可使用」的試料片保持器P或柱狀部34，能夠使下一個正常的試料片保持器P或柱狀部34移動到觀察視野內。
接著，電腦22生成針18的樣板(步驟S030~S050)。樣板用於後述使針正確地接近試料片時的圖像匹配。
在該樣板生成工程中，首先，電腦22藉由載台驅動機構13使載台12暫時移動。然後，電腦22藉由針驅動機構19使針18移動到初始設定位置(步驟S030)。初始設定位置是如下的預定位置：聚焦離子束和電子束能夠照射到幾乎同一點，兩射束的焦點是疊合的點(重合點(coincidence point))，藉由前一刻進行的載台移動，在針18的背景中不存在試料S等誤識別為針18這樣的複雜構造。該重合點是能夠藉由聚焦離子束照射和電子束照射而從不同角度觀察相同對象物的位置。
接著，電腦22藉由電子束照射所致之吸收圖像模式來識別針18的位置(步驟S040)。
電腦22一面掃描電子束一面照射針18，藉此檢測流入針18的吸收電流，生成吸收電流圖像資料。此時，在吸收電流圖像中，不存在誤識別為針18的背景，因此，能夠識別針18而不受背景圖像影響。電腦22藉由電子束的照射而取得吸收電流圖像資料。使用吸收電流像來作成樣板時，若針接近試料片，多數情況下在針的背景中存在誤識別為針的形狀如試料片的加工形狀和試料表面的圖案等，因此在二次電子像中誤識別的可能性高，為了防止誤識別，使用不受背景影響的吸收電流像。二次電子像容易受到背景像影響，誤識別的可能性高，因此不適合作為樣板圖像。像這樣，在吸收電流圖像中，無法識別針前端的碳沉積膜，因此，無法得知真正的針前端，但是，從與樣板之間的圖案匹配的觀點看來，吸收電流像是適當的。
這裡，電腦22判定針18的形狀(步驟S042)。
萬一當由於針18的前端形狀變形或破損等而未處於安裝有試料片Q的狀態的情況下(步驟S042：NG)，從步驟S043跳至圖35的步驟S280的「NO」側，不執行步驟S050以後的全部步驟，結束自動取樣的動作。即，在針前端形 狀不良的情況下，無法執行進一步的作業，進入裝置操作者進行的針更換的作業。步驟S042中的針形狀的判斷，例如在每邊為200μm的觀察視野中，當針前端位置從規定的位置偏移100μm以上的情況下，判斷為不良品。另外，在步驟S042中判斷為針形狀不良的情況下，在顯示裝置21中顯示「針不良」等(步驟S043)，來警告裝置的操作者。也可以將判斷為不良品的針18更換為新的針18，或者，如果是輕微的不良，則藉由聚焦離子束照射來將針前端成形。
步驟S042中，如果針18是預先訂定的正常形狀，則進入接下來的步驟S044。
這裡，對針前端的狀態進行說明。
圖6(A)是為了說明在針18(鎢針)的前端附著有碳沉積膜DM的殘渣的狀態而放大了針前端部的模型圖。使用吸收電流像來作成樣板時，若針18接近試料片Q，多數情況下在針18的背景中存在誤識別為針18的形狀如試料片Q的加工形狀和試料表面的圖案等，因此在二次電子像中誤識別的可能性高，為了防止誤識別，使用不受背景影響的吸收電流像。二次電子像容易受到背景像影響，誤識別的可能性較高，因此不適合作為樣板圖像。像這樣，在吸收電流圖像中，無法識別針前端的碳沉積膜DM，因此，無法得知真正的針前端，但是，從與樣板之間的圖案匹配的觀點看來，吸收電流像是適當的。
圖6(B)是附著有碳沉積膜DM的針前端部的吸收電流像的模型圖。即使在背景中存在複雜的圖案，也 不受背景形狀的影響，能夠明確識別針18。由於對背景照射的電子束信號未反映到圖像中，因此，背景由雜訊水準一致的灰色調來表示。另一方面，碳沉積膜DM看起來比背景的灰色調稍暗，可知在吸收電流像中無法明確確認碳沉積膜DM的前端。在吸收電流像中無法識別包含碳沉積膜DM的真正的針位置，因此，若僅依賴吸收電流像使針18移動，則針前端與試料片Q碰撞的可能性高。
因此，依如下方式，從碳沉積膜DM的前端座標C求出針18的真正的前端座標。另外，這裡，將圖6(B)的圖像稱為第1圖像。
取得針18的吸收電流像(第1圖像)的工程是步驟S044。
接著，對圖6(B)的第1圖像進行圖像處理，抽出比背景亮的區域(步驟S045)。
圖7(A)是對圖6(B)的第1圖像進行圖像處理而抽出比背景亮的區域的模型圖。當背景與針18的明度之差較小時，也可以提高圖像對比度，增大背景與針的明度之差。依此方式，得到強調了比背景亮的區域(針18的一部分)的圖像，這裡將此圖像稱為第2圖像。將此第2圖像記憶在電腦中。
接著，在圖6(B)的第1圖像中，抽出比背景的明度暗的區域(步驟S046)。
圖7(B)是對圖6(B)的第1圖像進行圖像處理而抽出比背景暗的區域的模型圖。僅抽出針前端的碳沉積 膜DM進行顯示。當背景與碳沉積膜DM的明度之差較小時，也可以提高圖像對比度，在圖像資料上增大背景與碳沉積膜DM的明度之差。依此方式，得到使比背景暗的區域明顯的圖像。這裡將此圖像稱為第3圖像，將第3圖像記憶在電腦22中。
接著，將電腦22中記憶的第2圖像和第3圖像予以合成(步驟S047)。
圖8是合成後的顯示圖像的模型圖。但是，在圖像上，為了容易觀察，可以僅對第2圖像中的針18的區域、第3圖像中的碳沉積膜DM的部分的輪廓進行線顯示，對背景、針18、碳沉積膜DM的外周以外進行透明顯示，也可以僅設為背景透明，以相同顏色或相同色調顯示針18和碳沉積膜DM。像這樣，第2圖像和第3圖像原本就是以第1圖像為基礎，故只要不是僅對第2圖像或第3圖像中的一方進行放大縮小或旋轉等變形，則合成而得到的圖像是反映了第1圖像的形狀。這裡將合成後的圖像稱為第4圖像，將此第4圖像記憶在電腦中。第4圖像是以第1圖像為基礎，實施了調整對比度並強調輪廓的處理，因此第1圖像和第4圖像中的針形狀完全相同，輪廓變得明確，與第1圖像相比，碳沉積膜DM的前端變得明確。
接著，從第4圖像求出碳沉積膜DM的前端即碳沉積膜DM堆積的針18的真正的前端座標(步驟S048)。
從電腦22取出第4圖像進行顯示，求出針18的真正的前端座標。針18的軸向上最突出的部位C是真正的針前 端，藉由圖像識別自動進行判斷，將前端座標記憶在電腦22中。
接著，為了進一步提高樣板匹配的精度，將與步驟S044時相同的觀察視野中的針前端的吸收電流圖像訂為參考圖像，樣板圖像是訂為將參考圖像資料當中步驟S048中得到的針前端座標作為基準，僅抽出包含針前端的一部分而成者，將此樣板圖像與步驟S048中得到的針前端的基準座標(針前端座標)建立對應而登錄至電腦22(步驟S050)。
接著，作為使針18接近試料片Q的處理，電腦22進行以下的處理。
另外，在步驟S050中，限定為與步驟S044時相同的觀察視野，但是不限於此，只要射束掃描的基準能夠進行管理即可，不限於同一視野。此外，在上述步驟S050的說明中，設樣板包含針前端部，但是，只要座標與基準座標建立對應即可，也可以將不包含前端的區域作為樣板。
電腦22是將使針18移動之前實際取得的圖像資料訂為參考圖像資料，因此，與各個針18的形狀的差異無關，能夠進行高精度的圖案匹配。又，電腦22是在背景中不存在複雜構造物的狀態下取得各圖像資料，因此，能夠求出正確的真正的針前端座標。此外，能夠取得排除了背景的影響的能夠明確掌握針18的形狀的樣板。
另外，電腦22在取得各圖像資料時，使用為了增大對象物的識別精度而預先記憶的合適的倍率、亮度、對比度等圖像取得條件。
此外，上述作成柱狀部34的樣板的工程(S020~S027)與作成針18的樣板的工程(S030~S050)也可以相反。但是，當先進行作成針18的樣板的工程(S030~S050)的情況下，從後述步驟S280返回的流程(E)也連動。
<試料片拾取工程>
圖9為本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10所做的自動取樣的動作當中從試料S拾取試料片Q的工程的流程的示意流程圖。這裡，拾取是指藉由聚焦離子束所做的加工或針而從試料S分離並摘出試料片Q。
首先，電腦22藉由載台驅動機構13使載台12移動，以使作為對象的試料片Q進入帶電粒子束的視野。也可以使用作為目標的參考標記Ref的位置座標使載台驅動機構13動作。
接著，電腦22使用帶電粒子束的圖像資料識別預先形成在試料S上的參考標記Ref。電腦22使用識別出的參考標記Ref，由已知的參考標記Ref與試料片Q的相對位置關係識別試料片Q的位置，進行載台移動以使試料片Q的位置進入觀察視野(步驟S060)。
接著，電腦22藉由載台驅動機構13驅動載台12，使載台12繞Z軸旋轉與姿勢控制模式對應的角度，以使得試料片Q的姿勢成為規定姿勢(例如適合於針18進行取出的姿勢等)(步驟S070)。
接著，電腦22使用帶電粒子束的圖像資料識別參考標 記Ref，由已知的參考標記Ref與試料片Q的相對位置關係識別試料片Q的位置，進行試料片Q的位置對齊(步驟S080)。接著，電腦22進行以下的處理，作為使針18接近試料片Q的處理。
電腦22執行藉由針驅動機構19使針18移動的針移動(粗調整)(步驟S090)。電腦22使用針對試料S的聚焦離子束和電子束所得到的各圖像資料識別參考標記Ref(參照上述圖2)。電腦22使用識別出的參考標記Ref設定針18的移動目標位置AP。
這裡，移動目標位置AP設為與試料片Q接近的位置。移動目標位置AP例如設為與試料片Q的支撐部Qa的相反側的側部接近的位置。電腦22將移動目標位置AP建立對應為相對於試料片Q的形成時的加工框F為規定的位置關係。電腦22記憶藉由照射聚焦離子束而在試料S上形成試料片Q時的加工框F與參考標記Ref的相對位置關係的資訊。電腦22使用識別出的參考標記Ref，使用參考標記Ref、加工框F和移動目標位置AP(參照圖2)的相對位置關係，使針18的前端位置朝向移動目標位置AP在三維空間內移動。電腦22在使針18三維移動時，例如，先使其在X方向和Y方向上移動，接著在Z方向上移動。
電腦22在使針18移動時，使用於形成試料片Q的自動加工的執行時形成在試料S上的參考標記Ref，藉由電子束和聚焦離子束所致之從不同方向的觀察，能夠精度良好地掌握針18與試料片Q的三維位置關係，能夠使針18適當移 動。
另外，在上述處理中，電腦22使用參考標記Ref，使用參考標記Ref與加工框F與移動目標位置AP的相對位置關係，使針18的前端位置朝向移動目標位置AP在三維空間內移動，但是不限於此。電腦22也可以不使用加工框F，而使用參考標記Ref與移動目標位置AP的相對位置關係，使針18的前端位置朝向移動目標位置AP在三維空間內移動。
接著，電腦22執行藉由針驅動機構19使針18移動的針移動(微調整)(步驟S100)。電腦22使用步驟S050中生成的樣板反覆進行圖案匹配，此外，使用步驟S047中得到的針前端座標作為SEM圖像內的針18的前端位置，在對包含移動目標位置AP的照射區域照射帶電粒子束的狀態下，使針18在三維空間內從移動目標位置AP移動到連接加工位置。
接著，電腦22進行使針18的移動停止的處理(步驟S110)。
圖10是用於說明使針與試料片連接時的位置關係的圖，是放大了試料片Q的端部的圖。在圖10中，將應該連接針18的試料片Q的端部(截面)配置在SIM圖像中心35，從SIM圖像中心35隔開規定距離L1，例如將試料片Q的寬度的中央位置設為連接加工位置36。連接加工位置也可以是試料片Q的端面的延長線上(圖10的符號36a)的位置。該情況下，會成為沉積膜容易附著的位置而較方便。電腦22將 規定距離L1的上限設為1μm，較佳是將規定距離L1設為100nm以上且400nm以下。若規定距離L1小於100nm，在後面的工程中，在將針18與試料片Q分離時無法僅切斷連接的沉積膜，切除到針18的風險高。針18的切除使針18短小化，導致針前端變形得較粗，若此反覆，則不得不更換針18，違反了本發明的目的即反覆自動進行取樣。此外，相反地，若規定距離L1超過400nm則沉積膜所致之連接不充分，試料片Q的摘出失敗的風險變高，會妨礙反覆取樣。
此外，從圖10中看不到深度方向的位置，但是例如預先訂定為試料片Q的寬度的1/2的位置。但是，該深度方向也不限於該位置。將此連接加工位置36的三維座標記憶在電腦22中。
電腦22指定預先設定的連接加工位置36。電腦22以位於相同的SIM圖像或SEM圖像內的針18前端與連接加工位置36的三維座標為基礎，使針驅動機構19動作，將針18移動到規定的連接加工位置36。電腦22當針前端與連接加工位置36一致時，使針驅動機構19停止。
圖11和圖12示意針18接近試料片Q的狀況，是示意藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10的聚焦離子束而得到的圖像的圖(圖11)和示意藉由電子束而得到的圖像的圖(圖12)。圖12示意針的微調整前後的狀況，圖12中的針18a示意位於移動目標位置的針18，針18b示意在針18的微調整後移動到連接加工位置36的針18，是同一針18。另 外，在圖11和圖12中，除了在聚焦離子束和電子束中觀察方向不同以外，觀察倍率也不同，但是觀察物件和針18是相同的。
藉由這種針18的移動方法，能夠使針18精度良好且迅速地接近試料片Q附近的連接加工位置36並使其停止。
接著，電腦22進行將針18連接至試料片Q的處理(步驟S120)。電腦22在規定的沉積時間範圍內，藉由氣體供給部17對試料片Q和針18的前端表面一面供給作為沉積用氣體的碳系氣體，一面對包含設定在連接加工位置36處的加工框R1的照射區域照射聚焦離子束。藉此，電腦22藉由沉積膜連接試料片Q和針18。
在此步驟S120中，電腦22不使針18與試料片Q直接接觸，而是在隔開間隔的位置處藉由沉積膜進行連接，故在後續的工程中，針18和試料片Q藉由聚焦離子束照射所致之切斷而被分離時，針18不會被切斷。此外，具有能夠防止產生由於針18與試料片Q直接接觸而引起的損傷等不良情況之優點。又，即使針18振動，也能夠抑制該振動傳遞到試料片Q。又，即使在產生由於試料S的蠕變現象而引起的試料片Q的移動的情況下，也能夠抑制在針18與試料片Q之間產生過度撓曲。圖13示意該情形，為藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10的聚焦離子束而得到的圖像資料當中包含針18及試料片Q的連接加工位置的加工框R1(沉積膜形成區域)的示意圖，圖14是圖13的放大說明圖，容易理解針18與試料片Q、沉積膜形成區域(例如加工 框R1)的位置關係。針18接近從試料片Q起具有規定距離L1的間隔的位置作為連接加工位置並在此停止。針18與試料片Q、沉積膜形成區域(例如加工框R1)設定成跨越針18與試料片Q。沉積膜也以規定距離L1的間隔形成，針18與試料片Q藉由沉積膜連接。
電腦22在將針18連接至試料片Q時，採取在之後將連接至針18的試料片Q移設於試料片保持器P時和事前在步驟S010中選擇出的各接近模式對應的連接姿勢。電腦22與後述複數個(例如3個)不同的接近模式分別對應而採取針18與試料片Q的相對的連接姿勢。
另外，電腦22也可以檢測針18的吸收電流的變化，藉此判定沉積膜所致之連接狀態。電腦22也可以在針18的吸收電流達到預定的電流值時判定為藉由沉積膜連接了試料片Q和針18，不論有無經過規定的沉積時間均停止沉積膜的形成。
接著，電腦22進行切斷試料片Q與試料S之間的支撐部Qa的處理(步驟S130)。電腦22使用形成在試料S上的參考標記Ref，指定預先設定的支撐部Qa的切斷加工位置T1。
電腦22在規定的切斷加工時間範圍內對切斷加工位置T1照射聚焦離子束，藉此從試料S分離試料片Q。圖15示意該情形，為藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10的聚焦離子束而得到的圖像資料當中試料S和試料片Q的支撐部Qa的切斷加工位置T1的示意圖。
電腦22檢測試料S與針18的導通，藉此判定試料片Q是否從試料S切離(步驟S133)。
電腦22當未檢測到試料S與針18的導通的情況下，判定為試料片Q從試料S切離(OK)，繼續執行以後的處理(即步驟S140以後的處理)。另一方面，電腦22在切斷加工結束後、即切斷加工位置T1處的試料片Q與試料S之間的支撐部Qa的切斷完成後檢測到試料S與針18的導通的情況下，判定為試料片Q未從試料S切離(NG)。電腦22當判定為試料片Q未從試料S切離(NG)的情況下，藉由給顯示裝置21的顯示或警告音等報知該試料片Q與試料S的分離未完成(步驟S136)。然後，停止執行以後的處理。該情況下，電腦22也可以藉由照射聚焦離子束來切斷連接試料片Q和針18的沉積膜(後述沉積膜DM2)，對試料片Q和針18進行分離，使針18返回初始位置(步驟S060)。返回到初始位置的針18，實施下一個試料片Q的取樣。
接著，電腦22進行針退避的處理(步驟S140)。電腦22藉由針驅動機構19使針18向鉛直方向上方(即Z方向的正方向)上升規定距離(例如5μm等)。圖16示意該情形，為藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10的電子束而得到的圖像資料當中使連接有試料片Q的針18退避的狀態的示意圖。
接著，電腦22進行載台退避的處理(步驟S150)。如圖17所示，電腦22藉由載台驅動機構13使載台12移動規定距離。例如，向鉛直方向下方(即Z方向的負方向)下降 1mm、3mm、5mm。電腦22在使載台12下降規定距離後，使氣體供給部17的噴嘴17a遠離載台12。例如，使其上升到鉛直方向上方的待機位置。圖17示意該情形，為藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10的電子束而得到的圖像資料當中相對於連接有試料片Q的針18而使載台12退避的狀態的示意圖。
接著，電腦22進行試料片Q的姿勢控制的處理(步驟S153)。電腦22能夠藉由針驅動機構19使針18進行軸旋轉，因此，能夠根據需要對試料片Q的姿勢進行控制。電腦22使與針18連接的試料片Q繞針18的軸旋轉，相對於試料片保持器P對試料片Q的上下或左右進行變更。例如，電腦22設定試料片Q的姿勢，以使得試料片Q中的原來的試料S的表面與柱狀部34的端面成為垂直關係或平行關係。藉此，電腦22例如能夠確保適合於之後執行的整形加工和精細加工的試料片Q的姿勢，並且能夠降低試料片Q的薄片化精細加工時產生的簾幕效應的影響等。簾幕效應是在聚焦離子束照射方向上產生的加工條紋圖案，在利用電子顯微鏡觀察完成後的試料片Q的情況下，會導致給出錯誤的判讀，故藉由確保試料片Q的適當的姿勢，能夠提高觀察的可靠性。另外，電腦22在使針18進行軸旋轉時進行偏心修正，藉此對旋轉進行修正以使得試料片Q不會偏離實際視野。
在此姿勢控制中，首先，電腦22藉由針驅動機構19對針18進行驅動，使針18以與接近模式對應的姿勢 控制模式的旋轉角度進行軸旋轉，以使得試料片Q的姿勢成為與接近模式對應的規定姿勢。這裡，與接近模式對應的姿勢控制模式，是相對於試料片保持器P將試料片Q的姿勢控制成與接近模式對應的規定姿勢的模式。在此姿勢控制模式中，電腦22使在上述試料片拾取工程中相對於試料片Q以規定的角度接近且連接有試料片Q的針18以規定的旋轉角度進行軸旋轉，藉此控制試料片Q的姿勢。接近模式是使藉由姿勢控制模式而被控制成規定姿勢的試料片Q接近試料片保持器P的模式。電腦22在使針18進行軸旋轉時進行偏心修正。圖18~圖23示意該情形，為分別在複數個(例如3個)不同的接近模式中連接有試料片Q的針18的狀態的示意圖。
圖18及圖19為在針18的旋轉角度為0°的接近模式中，藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10的聚焦離子束而得到的圖像資料當中連接有試料片Q的針18的狀態(圖18)、以及藉由電子束而得到的圖像資料當中連接有試料片Q的針18的狀態(圖19)的示意圖。電腦22在針18的旋轉角度為0°的接近模式中，設定適合於不使針18旋轉而將試料片Q移設於試料片保持器P的姿勢狀態。
圖20及圖21為在針18的旋轉角度為90°的接近模式中，藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10的聚焦離子束而得到的圖像資料當中使連接有試料片Q的針18旋轉90°的狀態(圖20)、以及藉由電子束而得到的圖像資料當中使連接有試料片Q的針18旋轉90°的狀態(圖21)的示意圖。 電腦22在針18的旋轉角度為90°的接近模式中，設定適合於在使針18旋轉90°的狀態下將試料片Q移設於試料片保持器P的姿勢狀態。
圖22及圖23為在針18的旋轉角度為180°的接近模式中，藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10的聚焦離子束而得到的圖像資料當中使連接有試料片Q的針18旋轉180°的狀態(圖22)、以及藉由電子束而得到的圖像資料當中使連接有試料片Q的針18旋轉180°的狀態(圖23)的示意圖。電腦22在針18的旋轉角度為180°的接近模式中，設定適合於在使針18旋轉180°的狀態下將試料片Q移設於試料片保持器P的姿勢狀態。
另外，針18與試料片Q的相對的連接姿勢，是預先在上述試料片拾取工程中，在使針18以規定的角度接近試料片Q且將針18與試料片Q連接時，設定為適合於各姿勢控制模式的連接姿勢。
電腦22，以使得成為在相互連接的針18和試料片Q的背景中不存在構造物的狀態之方式來使載台驅動機構13進行動作。這是為了在後續的處理(步驟170)中作成針18及試料片Q的樣板時，從藉由聚焦離子束及電子束分別得到的試料片Q的圖像資料確實地識別針18和試料片Q的邊緣(輪廓)。電腦22使載台12移動規定距離。判斷試料片Q的背景(步驟S160)，如果背景沒有問題，則進入接下來的步驟S170，如果背景有問題，則使載台12再次移動規定量(步驟S165)，返回背景的判斷(步驟S160)，反覆進 行該處理直到背景沒有問題為止。
電腦22執行針18和試料片Q的樣板作成(步驟S170)。電腦22作成根據需要使固定有試料片Q的針18旋轉後的姿勢狀態(即在試料台33的柱狀部34上連接試料片Q的姿勢)的針18和試料片Q的樣板。藉此，電腦22根據針18的旋轉，從藉由聚焦離子束及電子束分別得到的圖像資料三維地識別針18和試料片Q的邊緣(輪廓)。另外，電腦22也可以在針18的旋轉角度為0°的接近模式中，不需要電子束，而從藉由聚焦離子束得到的圖像資料識別針18和試料片Q的邊緣(輪廓)。
電腦22在向載台驅動機構13或針驅動機構19指示了使載台12移動到針18及試料片Q的背景中不存在構造物的位置時，當針18未到達實際指示的場所的情況下，將觀察倍率設為低倍率來尋找針18，在沒有發現針18的情況下，對針18的位置座標進行初始化，使針18移動到初始位置。
在該樣板作成(步驟S170)中，首先，電腦22取得針對試料片Q及連接有試料片Q的針18的前端形狀的樣板匹配用的樣板(參考圖像資料)。電腦22一面掃描照射位置一面對針18照射帶電粒子束(聚焦離子束及電子束各者)。電腦22從藉由帶電粒子束的照射而從針18放出的二次帶電粒子R(二次電子等)的複數個不同方向取得各圖像資料。電腦22藉由聚焦離子束照射和電子束照射而取得各圖像資料。電腦22記憶從2個不同方向取得的各圖像資料作為樣板(參考圖像資料)。
電腦22將針對藉由聚焦離子束實際加工後的試料片Q及連接有試料片Q的針18實際取得的圖像資料作為參考圖像資料，因此，與試料片Q及針18的形狀無關，能夠進行高精度的圖案匹配。
另外，電腦22在取得各圖像資料時，使用為了增大試料片Q及連接有試料片Q的針18的形狀的識別精度而預先記憶的合適的倍率、亮度、對比度等圖像取得條件。
接著，電腦22進行針退避的處理(步驟S180)。這是為了在後續的載台移動時防止與載台12非意圖地接觸。電腦22藉由針驅動機構19使針18移動規定距離。例如向鉛直方向上方(即Z方向的正方向)上升。相反，使針18在該場所停止，使載台12移動規定距離。例如，可以向鉛直方向下方(即Z方向的負方向)下降。針退避方向不限於上述鉛直方向，可以是針軸方向，也可以是其他的規定退避位置，只要是位於針前端的試料片Q不會與試料室內的構造物接觸且不會受到聚焦離子束所致之照射的預先訂定的位置即可。
接著，電腦22藉由載台驅動機構13使載台12移動，以使得在上述步驟S020中登錄的特定試料片保持器P進入帶電粒子束所致之觀察視野區域內(步驟S190)。圖24及圖25示意該情形，特別是圖24為藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10的聚焦離子束而得到的圖像的模型圖，為柱狀部34的試料片Q的安裝位置U的示意圖，圖25為藉由電子束得到的圖像的模型圖，為柱狀部34的試料片 Q的安裝位置U的示意圖。
這裡，判定期望的試料片保持器P的柱狀部34是否進入觀察視野區域內(步驟S195)，如果期望的柱狀部34進入觀察視野區域內，則進入接下來的步驟S200。如果期望的柱狀部34未進入觀察視野區域內，即，在載台驅動相對於指定座標未正確進行動作的情況下，對前一刻指定的載台座標進行初始化，返回載台12所具有的原點位置(步驟S197)。然後，再次指定事前登錄的期望的柱狀部34的座標，使載台12驅動(步驟S190)，反覆該處理直到柱狀部34進入觀察視野區域內為止。
接著，電腦22藉由載台驅動機構13使載台12移動來調整試料片保持器P的水平位置，並且，使載台12以與姿勢控制模式對應的角度進行旋轉和傾斜，以使得試料片保持器P的姿勢成為規定姿勢(步驟S200)。
藉由該步驟S200，能夠進行試料片Q和試料片保持器P的姿勢調整，以使得原來的試料S表面端面相對於柱狀部34的端面成為平行或垂直的關係。特別是，設想利用聚焦離子束對固定在柱狀部34上的試料片Q進行薄片化加工，較佳是進行試料片Q和試料片保持器P的姿勢調整，以使得原來的試料S的表面端面和聚焦離子束照射軸成為垂直關係。此外，固定在柱狀部34上的試料片Q，亦佳是進行試料片Q和試料片保持器P的姿勢調整，以使得原來的試料S的表面端面與柱狀部34垂直，在聚焦離子束的入射方向上位於下游側。
這裡，判定試料片保持器P中的柱狀部34的形狀是否良好(步驟S205)。雖然在步驟S023中登錄了柱狀部34的圖像，但是，在之後的工程中，所指定的柱狀部34是否由於非預期的接觸等而變形、破損、脫落等，在該步驟S205中判定柱狀部34的形狀是否良好。在該步驟S205中，如果該柱狀部34的形狀沒有問題而判斷為良好，則進入接下來的步驟S210，如果判斷為不良，則返回使載台移動以使得下一個柱狀部34進入觀察視野區域內的步驟S190。
另外，電腦22在對載台驅動機構13指示了載台12的移動以使得所指定的柱狀部34進入觀察視野區域內時，在實際上所指定的柱狀部34未進入觀察視野區域內的情況下，對載台12的位置座標進行初始化，使載台12移動到初始位置。
然後，電腦22使氣體供給部17的噴嘴17a移動到聚焦離子束照射位置附近。例如，從載台12的鉛直方向上方的待機位置朝向加工位置下降。
<試料片架設工程>
這裡所說的「試料片架設工程」是將摘出的試料片Q移設於試料片保持器P的工程。
圖26為本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10所做的自動取樣的動作當中將試料片Q安裝(移設)於規定的試料片保持器P中的規定的柱狀部34的工程的流程的示意流程圖。
電腦22使用藉由照射聚焦離子束及電子束而得到的各圖像資料，識別上述步驟S020中記憶的試料片Q的移設位置(步驟S210)。電腦22執行柱狀部34的樣板匹配。電腦22實施樣板匹配，以確認梳齒形狀的試料台33的複數個柱狀部34當中出現在觀察視野區域內的柱狀部34是預先指定的柱狀部34。電腦22使用在預先作成柱狀部34的樣板的工程(步驟S020)中作成的每個柱狀部34的樣板，與藉由聚焦離子束和電子束各者之照射而得到的各圖像資料實施樣板匹配。
此外，電腦22在移動了載台12後實施的每個柱狀部34的樣板匹配中，判定是否認定柱狀部34中存在脫落等問題(步驟S215)。當認定了柱狀部34的形狀存在問題的情況下(NG)，將移設試料片Q的柱狀部34變更為認定存在問題的柱狀部34的相鄰的柱狀部34，針對該柱狀部34也進行樣板匹配，決定要移設的柱狀部34。如果柱狀部34的形狀沒有問題，以轉移到接下來的步驟S220。
此外，電腦22也可以從規定區域(至少包含柱狀部34的區域)的圖像資料中抽出邊緣(輪廓)，將該邊緣圖案作為樣板。此外，電腦22當無法從規定區域(至少包含柱狀部34的區域)的圖像資料中抽出邊緣(輪廓)的情況下，再次取得圖像資料。也可以在顯示裝置21中顯示抽出的邊緣，與觀察視野區域內的聚焦離子束所致之圖像或電子束所致之圖像進行樣板匹配。
電腦22藉由載台驅動機構13驅動載台12，以 使得藉由電子束的照射而識別出的安裝位置和藉由聚焦離子束的照射而識別出的安裝位置一致。電腦22藉由載台驅動機構13驅動載台12，以使得試料片Q的安裝位置U與視野區域的視野中心(加工位置)一致。
接著，電腦22進行以下的步驟S220~步驟S250的處理，作為使連接至針18的試料片Q與試料片保持器P接觸的處理。
首先，電腦22識別針18的位置(步驟S220)。電腦22檢測藉由對針18照射帶電粒子束而流入針18的吸收電流，生成吸收電流圖像資料。電腦22藉由聚焦離子束照射和電子束照射而取得各吸收電流圖像資料。電腦22使用來自2個不同方向的各吸收電流圖像資料，檢測三維空間中的針18的前端位置。
另外，電腦22也可以使用檢測到的針18的前端位置，藉由載台驅動機構13驅動載台12，將針18的前端位置設定在預先設定的視野區域的中心位置(視野中心)。
接著，電腦22執行試料片架設工程。首先，電腦22實施樣板匹配，以正確地識別與針18連接的試料片Q的位置。電腦22使用預先在針18和試料片Q的樣板作成工程(步驟S170)中作成的相互連接的針18和試料片Q的樣板，在藉由聚焦離子束和電子束的各者之照射而得到的各圖像資料中實施樣板匹配。
另外，電腦22在此樣板匹配中從圖像資料的規定的區域(至少包含針18和試料片Q的區域)中抽出邊緣(輪廓)時， 在顯示裝置21中顯示抽出的邊緣。此外，電腦22在樣板匹配中當無法從圖像資料的規定的區域(至少包含針18和試料片Q的區域)中抽出邊緣(輪廓)的情況下，再次取得圖像資料。
然後，電腦22在藉由聚焦離子束和電子束的各者之照射而得到的各圖像資料中，基於使用相互連接的針18和試料片Q之樣板、以及作為試料片Q的安裝對象的柱狀部34之樣板的樣板匹配，計測試料片Q與柱狀部34之間的距離。
然後，電腦22最終僅藉由與載台12平行的平面內的移動，將試料片Q移設於作為試料片Q的安裝對象的柱狀部34。
在此試料片架設工程中，首先，電腦22執行藉由針驅動機構19使針18移動的針移動(步驟S230)。電腦22在藉由聚焦離子束和電子束的各者之照射而得到的各圖像資料中，基於使用針18和試料片Q的樣板以及柱狀部34的樣板的樣板匹配，計測試料片Q與柱狀部34之間的距離。電腦22根據計測出的距離，使針18以朝向試料片Q的安裝位置的方式在三維空間內移動。
接著，電腦22在柱狀部34與試料片Q之間空出預先訂定的空隙L2而使針18停止(步驟S240)。電腦22將此空隙L2訂為1μm以下，較佳是將空隙L2訂為100nm以上且500nm以下。
當此空隙L2為500nm以上的情況下也能夠進行連接， 但是，沉積膜所致之柱狀部34與試料片Q的連接所需要的時間會變長到規定值以上，1μm並不佳。此空隙L2越小，則沉積膜所致之柱狀部34與試料片Q的連接所需要的時間越短，但是重點在於不使其接觸。
另外，電腦22在設置此空隙L2時，也可以藉由檢測柱狀部34和針18的吸收電流圖像來設置兩者的空隙。
電腦22藉由檢測柱狀部34與針18之間的導通、或者柱狀部34和針18的吸收電流圖像，來檢測在將試料片Q移設於柱狀部34後，試料片Q與針18有無切離。
另外，電腦22當無法檢測柱狀部34與針18之間的導通的情況下，將處理切換為檢測柱狀部34和針18的吸收電流圖像。
接著，電腦22進行將連接至針18的試料片Q連接於柱狀部34的處理(步驟S250)。圖27、圖28分別為提高了圖24、圖25中的觀察倍率的圖像的模型圖。電腦22以如圖27那樣使試料片Q的一邊和柱狀部34的一邊成為一條直線之方式，並且以如圖28那樣使試料片Q的上端面和柱狀部34的上端面成為同一面之方式使其接近，當空隙L2成為規定的值時使針驅動機構19停止。電腦22在具有空隙L2且停止在試料片Q的安裝位置的狀況下，在圖27的聚焦離子束所致之圖像中，以包含柱狀部34的端部的方式設定沉積用的加工框R2。電腦22一面藉由氣體供給部17對試料片Q和柱狀部34的表面供給氣體，一面在規定時間範圍內對包含加工框R2的照射區域照射聚焦離子束。藉由此操作， 在聚焦離子束照射部會形成沉積膜，空隙L2被填埋，試料片Q連接至柱狀部34。電腦22在藉由沉積將試料片Q固定在柱狀部34的工程中，當檢測到柱狀部34與針18之間的導通的情況下結束沉積。
電腦22進行試料片Q與柱狀部34的連接已經完成的判定(步驟S255)。步驟S255例如如下進行。預先在針18與載台12之間設置電阻計，檢測兩者的導通。當兩者分開(存在空隙L2)時，電阻無限大，但隨著兩者被導電性的沉積膜覆蓋，空隙L2被填埋，兩者間的電阻值逐漸降低，確認成為預先訂定的電阻值以下而判斷為電連接。此外，根據事前的研究，在兩者間的電阻值達到預先訂定的電阻值時，沉積膜在力學上具有充分的強度，能夠判定為試料片Q與柱狀部34充分連接。
另外，要檢測的不限於上述電阻，只要能夠計測電流或電壓等柱狀部與試料片Q之間的電氣特性即可。此外，如果在預先訂定的時間內未滿足預定的電氣特性(電阻值、電流值、電位等)，則電腦22延長沉積膜的形成時間。此外，電腦22能夠針對柱狀部34與試料片Q之間的空隙L2、照射射束條件、沉積膜用的氣體種類，預先求出能夠形成最佳的沉積膜的時間，記憶此沉積形成時間，能夠在規定的時間內停止沉積膜的形成。
電腦22在確認到試料片Q與柱狀部34的連接的時間點，停止氣體供給和聚焦離子束照射。圖29示意該情形，為在本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10的聚焦離子束 所致之圖像資料中，將連接至針18的試料片Q與柱狀部34連接的沉積膜DM1的示意圖。
另外，在步驟S255中，電腦22也可以藉由檢測針18的吸收電流的變化來判定沉積膜DM1所致之連接狀態。
電腦22也可以當根據針18的吸收電流的變化而判定為藉由沉積膜DM1連接了試料片Q和柱狀部34的情況下，不論有無經過規定時間均停止沉積膜DM1的形成。如果能夠確認連接完成，則轉移到接下來的步驟S260，如果連接未完成，則在預先訂定的時間停止聚焦離子束照射和氣體供給，藉由聚焦離子束對連接試料片Q和針18的沉積膜DM2進行切斷，丟棄針前端的試料片Q。轉移到使針退避的動作(步驟S270)。
接著，電腦22進行如下處理：切斷將針18和試料片Q予以連接的沉積膜DM2，將試料片Q和針18分離(步驟S260)。
上述圖29示意該情形，為藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10的聚焦離子束而得到的圖像資料當中用來將連接針18和試料片Q的沉積膜DM2予以切斷的切斷加工位置T2的示意圖。電腦22將從柱狀部34的側面相距規定距離(即從柱狀部34的側面到試料片Q的空隙L2與試料片Q的大小L3之和)L及針18與試料片Q的空隙的規定距離L1(參照圖29)的一半之和(L+L1/2)的位置設定為切斷加工位置T2。此外，也可以將切斷加工位置T2設為相距規定距離L 及針18與試料片Q的空隙的規定距離L1之和(L+L1)的位置。該情況下，殘留在針前端的沉積膜DM2(碳沉積膜)較小，針18的清潔(後述)作業的機會變少，對於連續自動取樣而言較佳。
電腦22藉由在規定時間範圍內對切斷加工位置T2照射聚焦離子束，能夠從試料片Q分離針18。電腦22藉由在規定時間範圍內對切斷加工位置T2照射聚焦離子束，僅切斷沉積膜DM2，從試料片Q分離針18，而不會切斷針18。在步驟S260中，僅切斷沉積膜DM2是重要的。藉此，1遍設置好的針18能夠在長時間內反覆使用而不進行更換，因此，能夠無人地連續地反覆進行自動取樣。圖30示意該情形，為本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10中的聚焦離子束所致之圖像資料的針18從試料片Q切離的狀態的圖。在針前端附有沉積膜DM2的殘渣。
電腦22藉由檢測試料片保持器P與針18的導通，判定針18是否從試料片Q切離(步驟S265)。電腦22在切斷加工結束後，即為了切斷切斷加工位置T2處的針18與試料片Q之間的沉積膜DM2而以規定時間進行了聚焦離子束照射後還檢測到試料片保持器P與針18的導通的情況下，判定為針18未從試料台33切離。電腦22在判定為針18未從試料片保持器P切離的情況下，在顯示裝置21顯示該針18與試料片Q的分離未完成，或者藉由警報音對操作者進行報知。然後，停止執行此後的處理。另一方面，電腦22在未檢測到試料片保持器P與針18的導通的情況下，判 定為針18從試料片Q切離，繼續執行此後的處理。
電腦22在使針18旋轉規定角度的姿勢控制模式中，在判定為控制了姿勢的試料片Q與針18的分離完成後，根據照射聚焦離子束而取得的圖像資料，取得旋轉狀態的針18的邊緣(輪廓)和沉積膜DM2的殘渣的位置座標(步驟S270)。例如，圖31示意使試料片姿勢旋轉180°時的狀態，為藉由本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10的聚焦離子束而得到的圖像資料當中用來切斷將針18和試料片Q予以連接的沉積膜DM2的切斷加工位置T2的示意模型圖。又，圖32為對圖32的切斷加工位置T2進行聚焦離子束所致之切斷加工而試料片Q與針18之間的分離完成後的狀態的示意模型圖。圖33示意在圖32中的在針18附著有沉積膜DM2的殘渣DM2a的狀態下轉移到下一次自動取樣的試料片拾取工程的狀態。例如，圖35中，在將針18接近至試料片Q時，若進行針18的端面上面邊緣18a與試料表面Sb之間的高度的位置對齊，則會產生殘渣DM2a的Z方向的高度份之高低差，增加接近後的沉積膜DM2的成膜加工所需要的時間，接著強度會降低，因此，較佳是每次在針18的前端部不存在殘渣DM2a的狀態下進行接近。
針對用來除去殘渣DM2a的實施例進行說明。例如，圖34為如下過程的示意模型圖：在藉由沉積膜DM2的切斷加工而與試料片Q分離後，藉由電腦22，從藉由照射帶電粒子束而取得的圖像資料中，在畫面內上面按照探索方向USD探索存在於背景BG與針18的邊界位置且相 對於背景BG具有規定的亮度差的像素18P，在下面按照探索方向LSD探索存在於背景BG與針18的邊界位置且相對於背景BG具有規定的亮度差的像素18P，抽出針18的邊緣。又，電腦22選出像素18P當中複數個代表像素18USP，根據代表像素18USP的位置座標，藉由最小平方法等近似而求出針18的上面邊緣點列18UES。如果從前端部分選出代表像素18USP，則由於殘渣DM2a的影響，作為近似結果的上面邊緣點列18UES的可靠性會降低，因此，從除了可能附著有殘渣DM2a的前端部分區域以外的安裝部分側和避開中間部分等避開前端部分的規定的部位選出代表像素18USP。接著，電腦22識別位於比針18的上面邊緣點列18UES更靠圖像面內上側且相對於背景BG具有規定的亮度差的像素群，作為附著於針18的沉積膜DM2的殘渣DM2a。圖35為根據識別出的殘渣DM2a的位置資訊決定了用於除去殘渣DM2a的修整加工區域T3的狀態的示意模型圖。
此外，在針18的邊緣和殘渣DM2a的位置捕捉中，也可以進行與事前藉由照射帶電粒子束而取得的樣板圖像疊合來抽出差分等處理。
電腦22對圖35中的加工區域T3內的各像素將聚焦離子束做向量掃描，藉此執行附著於針18的殘渣DM2a的修整加工(步驟S280)。圖36示意殘渣DM2a的除去已完成的狀態的模型圖，理想是每次在這種狀態下轉移到下一次的自動取樣。此外，電腦22也可以記憶帶電粒子束 照射前的沉積膜DM2的殘渣或針18的像素內亮度和背景BG的亮度，隨時監視聚焦離子束照射所致之濺射中產生的亮度變化，而做劑量的調整，例如，在像素內的亮度與背景的亮度相同的時間點停止照射聚焦離子束。該修整加工，是在自動取樣的試料片架設工程的針18旋轉的狀態下進行，因此不需要額外的載台移動至用來做針清潔加工的位置、以及掃描和針前端位置識別，因此，能夠縮短需要的時間。
接著，說明上述實施形態的第1變形例。
圖37示意當上面針18的前端面的厚度增加的情況下、控制針18而使針18的端面上面邊緣18a與試料表面Sb的高度位置對齊時的位置關係的例子。為了避免針18的下面側與試料S的意外接觸，理想是從上面側對針18進行尖銳化加工。在上述實施形態中，針對針18的殘渣DM2a的修整加工所做的除去的手續做了說明，但是，在第1變形例中，針對利用針18的邊緣識別的針18的尖銳化加工做說明。
電腦22在對於沉積膜DM2的殘渣DM2a或作為針18而抽出的像素的每個位置座標劃定用來進行整形加工的聚焦離子束的加工區域時，藉由以下所述判定而分歧到加工區域相異的各處理。電腦22測定針18的圖像資料面內的上面邊緣點列18UES的前端側終點像素18UEP與下面邊緣點列18LES的前端側終點像素18LEP之間的距離作為針18的前端的厚度NT。當厚度NT為設定好的規定的初始值NTa(例 如1μm)以下的情況下，如上所述限定為殘渣DM2a的像素群而將聚焦離子束做向量掃描。此外，當厚度NT超過初始值NTa的情況下，對加工範圍進行變更。接著，對變更後的情況下的實施形態進行說明。圖38示意這樣的步驟中的加工時的針18的邊緣識別時的過程。具有亮度差的像素18P的探索過程與圖43相同。電腦22根據厚度NT的判定結果進行加工區域的劃定，以使得加工結果為針18的厚度NT收斂於所設定的規定的初始值NTa。電腦22設定加工區域T4，該加工區域T4被使抽出的針18的圖像面內上面邊緣點列18UES在圖像內-Y方向平行移動從NT減去規定的厚度而得到的距離而成之點列以及針18的上面的邊緣點列18UES包圍，並且包含規定的X方向的長度(例如100μm)的區域和作為殘渣DM2a而抽出的區域。對存在於此加工區域T4內的像素將聚焦離子束做向量掃描，實施尖銳化加工。圖39為所述加工區域T4與針18的位置關係的示意模型圖。
接著，說明上述實施形態的第2變形例。在上述中，說明了在試料片與針的分離(步驟S260)後藉由本發明中的帶電粒子束裝置10進行針18的殘渣DM2a和針18的尖銳化加工的手續，但是，在第2變形例中，說明在同時的時間點進行針18的殘渣DM2a和針18的尖銳化加工的實施形態。
電腦22也可以在針18與試料片Q的分離的時間點對沉積膜DM2的殘渣或針18照射聚焦離子束。藉由將分離和修 整加工的時間點設為同時，能夠縮短圖像資料取得所需要的掃描時間。例如，圖40為在針18與試料片Q的分離之前藉由該帶電粒子束裝置10照射聚焦離子束而取得的圖像資料的示意模型圖。又，圖41是在圖40的狀態下在針18與試料片Q的連接部附近抽出邊緣點列的過程的模型圖。電腦22基於上述的相同手續抽出針18的上面邊緣點列18UES和下面邊緣點列18LES後，根據事前設定的試料片Q的X方向的長度L的資訊求出側面邊緣的位置座標，將加工區域T2a擴張而劃定到試料片Q的針18側的側面邊緣(圖41)。又，也可以應用上述針前端形狀識別後的分歧，設為在加工區域T3和加工區域T4中包含加工區域T2而成的加工區域T2a。此外，也可以在進行針18的邊緣抽出後，在圖像面內水平方向探索，藉此抽出試料片Q的側面邊緣點列，確定加工區域T2a的範圍。對於擴張後的加工區域T2a，與前述的實施形態同樣地將聚焦離子束做向量掃描來執行加工。
接著，電腦22進行針退避的處理(步驟S290)。電腦22藉由針驅動機構19使針18從試料片Q遠離規定距離。例如，向鉛直方向上方即Z方向的正方向上升2mm、3mm等。圖42和圖43示意該情形，為使針18從試料片Q向上方退避後的狀態下的本發明的實施形態之帶電粒子束裝置10的聚焦離子束所致之圖像的模型圖(圖42)，及為電子束所致之圖像的模型圖(圖43)。
接著，判斷是否接著從相同的試料S的不同 場所繼續取樣(步驟S300)。應該取樣的個數的設定，是在步驟S010中事前進行了登錄，因此電腦22確認該資料而判斷接下來的步驟。當繼續取樣的情況下，返回步驟S030，如上所述，繼續進行後續處理，執行取樣作業，當不繼續取樣的情況下，結束一連串的流程。
另外，步驟S050的針的樣板作成，也可以緊接在步驟S280後進行。藉此，在為下一次取樣而準備的步驟中，在下一次取樣時便不需要藉由步驟S050進行，能夠簡化工程。
以上，一連串的自動取樣動作結束。
另外，上述從開始到結束的流程只不過是一例，只要不對整體的流程造成障礙，則也可以進行步驟的調換和跳過。
電腦22藉由使上述從開始到結束的流程進行連續動作，從而能夠無人地執行取樣動作。藉由上述方法，能夠反覆進行試料取樣而不用更換針18，因此，能夠使用同一針18而對多數個試料片Q進行連續取樣。
藉此，帶電粒子束裝置10在從試料S分離並摘出試料片Q時不需要進行相同的針18的成型、且不用更換針18本身而能夠反覆使用，能夠從一個試料S自動地製作多數個試料片Q。能夠執行取樣而不需要以往那樣實施操作者的手動操作。
另外，在上述實施形態中，電腦22還包含軟體功能部或LSI等硬體功能部。
此外，在上述實施形態中，將尖銳化的針狀部件作為一例而對針18進行了說明，但是，前端也可以為扁鑿狀等形狀。
此外，在本發明中，至少還能夠應用於要摘出的試料片Q由碳構成的情況。能夠使用依本發明的樣板和前端位置座標來使其移動至期望的位置。即，在將摘出的試料片Q固定在針18的前端的狀態下移設於試料片保持器P時，能夠使用真正的前端座標(試料片的前端座標)、以及從附試料片Q的針18的吸收電流圖像形成的針18的樣板，來控制試料片Q使其以具有規定的空隙的方式與試料片保持器P接近並在此停止，其中，該真正的前端座標是根據對附試料片Q的針18照射帶電粒子束得到的二次電子圖像而取得的。
此外，本發明還能夠應用於其他裝置。例如，在使探針接觸而計測微小部的電氣特性的帶電粒子束裝置，特別是在帶電粒子束當中的電子束所做的掃描電子顯微鏡的試料室內裝備有金屬探針的裝置中，為了使其接觸微細區域的導電部，在鎢探針的前端具有奈米碳管的探針來計測的帶電粒子束裝置中，如果是通常的二次電子像，則由於配線圖案等的背景而無法識別鎢探針前端。因此，雖然能夠藉由吸收電流圖像容易地識別鎢探針，但是無法識別奈米碳管的前端，無法使奈米碳管與關鍵的測定點接觸。鑑此，在本發明中，使用藉由二次電子圖像辨明針18的真正的前端座標並藉由吸收電流圖像來作成樣板的 方法，藉此，能夠使附奈米碳管的探針朝特定的測定位置移動並與其接觸。
另外，藉由依上述本發明的帶電粒子束裝置10而製作的試料片Q也可以導入其他聚焦離子束裝置，由裝置操作者謹慎地進行操作並進行加工，直到適合透射電子顯微鏡解析的薄度。像這樣，藉由將依本發明的帶電粒子束裝置10和聚焦離子束裝置協作，能夠在夜間無人地事先將多數個試料片Q固定在試料片保持器P上，在白天由裝置操作者謹慎地精細加工成超薄的透射電子顯微鏡用試料。因此，與以往利用一台裝置依靠裝置操作者的操作進行從試料摘出到薄片加工為止的一連串作業的情況相比，能夠大幅削減對裝置操作者的身心的負擔，能夠提高作業效率。
另外，上述實施形態作為例子而進行了提示，不意圖限定發明的範圍。這些新的實施形態能夠藉由其他各種方式進行實施，能夠在不脫離發明的主旨的範圍內進行各種省略、置換、變更。這些實施形態及其變形包含於發明的範圍和主旨，包含於權利要求書所記載的發明及其均等的範圍。
例如，在依本發明的帶電粒子束裝置10中，作為摘出試料片Q的手段而對針18進行了說明，但是不限於此，也可以是微細地進行動作的鑷子。藉由使用鑷子，能夠摘出試料片Q而不進行沉積，不擔心前端的損耗等。即使在使用針18的情況下，與試料片Q之間的連接也不限於沉積， 也可以在對針18附加靜電力的狀態下使其與試料片Q接觸，進行靜電吸附而進行試料片Q與針18的連接。
10‧‧‧帶電粒子束裝置
11‧‧‧試料室
12‧‧‧載台(試料載台)
12a‧‧‧保持器固定台
13‧‧‧載台驅動機構
13a‧‧‧移動機構
13b‧‧‧傾斜機構
13c‧‧‧旋轉機構
14‧‧‧聚焦離子束照射光學系統(帶電粒子束照射光學系統)
14a‧‧‧離子源
14b‧‧‧離子光學系統
15‧‧‧電子束照射光學系統(帶電粒子束照射光學系統)
15a‧‧‧電子源
15b‧‧‧電子光學系統
16‧‧‧檢測器
17‧‧‧氣體供給部
17a‧‧‧噴嘴
18‧‧‧針
19‧‧‧針驅動機構
20‧‧‧吸收電流檢測器
21‧‧‧顯示裝置
22‧‧‧電腦
23‧‧‧輸入裝置
EB‧‧‧電子束
FIB‧‧‧聚焦離子束
G‧‧‧氣體
P‧‧‧試料片保持器
R‧‧‧二次帶電粒子
S‧‧‧試料
Q‧‧‧試料片

Claims (5)

  1. 一種帶電粒子束裝置，係自動實施從試料摘出試料片、轉換前述試料片的姿勢而固定在試料片保持器上的工程，前述帶電粒子束裝置具備：帶電粒子束照射光學系統，照射帶電粒子束；試料載台，載置前述試料而移動；針，具備用來保持和搬送前述試料片的包含旋轉軸的移動機構；保持器固定台，保持供前述試料片移設的前述試料片保持器；氣體供給部，供給藉由前述帶電粒子束的照射而形成沉積膜的氣體；以及電腦，其實施如下控制：於分離前述試料片與前述針時或於附著於前述針的殘渣的修整加工時，不使令前述試料片固定在前述試料片保持器上的前述針旋轉，而從前述帶電粒子束照射光學系統使前述帶電粒子束照射至附著於前述針的前述沉積膜來進行針清潔；前述電腦，於分離前述試料片與前述針時或於附著於前述針的殘渣的修整加工時，從前述帶電粒子束照射光學系統使前述帶電粒子束照射至前述沉積膜和前述針，前述電腦，從前述帶電粒子束照射光學系統使前述帶電粒子束照射，將分離前述試料片與前述針時形成的針的端面做除去加工。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的帶電粒子束裝置，其中，前述電腦，於分離前述試料片與前述針時或於附著於前述針的殘渣的修整加工時，從前述帶電粒子束照射光學系統使前述帶電粒子束照射至前述針的附著有前述沉積膜的側。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的帶電粒子束裝置，其中，前述電腦，於分離前述試料片與前述針時或於附著於前述針的殘渣的修整加工時，當前述針的前端的厚度尺寸超過規定的值的情況下，從前述帶電粒子束照射光學系統使前述帶電粒子束照射至前述針的附著有前述沉積膜的側，進行加工以使得前述厚度尺寸成為規定的值以內。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的帶電粒子束裝置，其中，前述電腦，於分離前述試料片與前述針時或於附著於前述針的殘渣的修整加工時，根據照射前述帶電粒子束而取得的前述沉積膜及前述針的圖像資料中的各像素的亮度變化，結束從前述帶電粒子束照射光學系統照射前述帶電粒子束。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述的帶電粒子束裝置，其中，前述電腦，在分離前述針與前述試料片時，對附著於前述針的前述沉積膜，從前述帶電粒子束照射光學系統使前述帶電粒子束照射。
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