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JP2007018935A - Microscope with probe and probe contact method - Google Patents

Microscope with probe and probe contact method Download PDF

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JP2007018935A
JP2007018935A JP2005200887A JP2005200887A JP2007018935A JP 2007018935 A JP2007018935 A JP 2007018935A JP 2005200887 A JP2005200887 A JP 2005200887A JP 2005200887 A JP2005200887 A JP 2005200887A JP 2007018935 A JP2007018935 A JP 2007018935A
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Japan
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probe
microscope
charged particle
tip
particle microscope
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Application number
JP2005200887A
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Japanese (ja)
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Kaoru Umemura
馨 梅村
Yusuke Oonami
祐介 大南
Noriyuki Kaneoka
則幸 兼岡
Koji Ishiguro
浩二 石黒
Kazuhiro Gunji
和弘 郡司
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Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech Corp
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Abstract

【課題】 プローブ先端の3次元的座標を迅速に把握する。
【解決手段】 第1の荷電粒子顕微鏡による顕微鏡画像35及び第2の荷電粒子顕微鏡による顕微鏡画像36を同時に又は切り替えて表示する画像表示手段と、第1の荷電粒子顕微鏡、第2の荷電粒子顕微鏡、ステージ制御系及びプローブ駆動機構を制御する計算処理部とを有し、計算処理部は、試料上の目標位置23とプローブ6の先端とが入った第1の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像と、試料上の目標位置とプローブの先端とが入った第2の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像とから、目標位置に対するプローブの先端の3次元的な相対位置を求める。
【選択図】 図5
PROBLEM TO BE SOLVED: To quickly grasp a three-dimensional coordinate of a probe tip.
Image display means for displaying a microscope image 35 obtained by a first charged particle microscope and a microscope image 36 obtained by a second charged particle microscope simultaneously or by switching, a first charged particle microscope, and a second charged particle microscope A calculation processing unit that controls the stage control system and the probe driving mechanism, and the calculation processing unit includes a microscope image of the first charged particle microscope including the target position 23 on the sample and the tip of the probe 6; A three-dimensional relative position of the probe tip with respect to the target position is obtained from the microscope image of the second charged particle microscope containing the target position on the sample and the probe tip.
[Selection] Figure 5

Description

本発明は、試料室にプローブを有するプローブ付き荷電粒子顕微鏡に関する。例えば、搭載された複数の荷電粒子顕微鏡を用いてプローブ先端の3次元的な相対的座標を把握することで、正確に試料表面の目的位置にプローブを接触させることができるプローブ付き顕微鏡及びプローブ接近方法に関する。   The present invention relates to a charged particle microscope with a probe having a probe in a sample chamber. For example, a probe-equipped microscope and a probe approach that can accurately bring the probe into contact with a target position on the sample surface by grasping the three-dimensional relative coordinates of the probe tip using a plurality of mounted charged particle microscopes Regarding the method.

マイクロプロセッサや半導体メモリなどの半導体集積回路の製造において、製品の歩留り向上のために、電子顕微鏡を用いて配線寸法の計測や、配線パターン上の異物や欠陥検出、不良解析などが積極的に行われている。デバイスチップやウェーハなど試料の内部にある異常個所の検査には、集束イオンビーム装置(Focused Ion Beam : FIB。集束イオン顕微鏡とも呼ばれる。)と走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscopy : SEM)が組み合わされたFIB−SEM複合装置が用いられている。FIB−SEM複合装置では、FIB照射によるスパッタリング現象を用いて微細加工を行ない、試料内部の欠陥箇所の断面を露出させ、対象試料を装置外に出すことなくSEMで欠陥箇所を観察している。   In the manufacture of semiconductor integrated circuits such as microprocessors and semiconductor memories, measurement of wiring dimensions, detection of foreign matter and defects on wiring patterns, and failure analysis are actively performed using an electron microscope to improve product yield. It has been broken. A focused ion beam device (Focused Ion Beam: FIB) and scanning electron microscope (Scanning Electron Microscopy: SEM) are combined to inspect abnormal locations inside a sample such as a device chip or wafer. FIB-SEM composite devices are used. In the FIB-SEM composite apparatus, fine processing is performed using the sputtering phenomenon by FIB irradiation, the cross section of the defective part inside the sample is exposed, and the defective part is observed by SEM without taking the target sample out of the apparatus.

また、このFIB−SEM複合装置にプローブを備えた装置では、試料からFIBで切り出した微小試料片をプローブに接続して摘出し、高分解能なSEMやTEM(透過電子顕微鏡)、STEM(走査透過電子顕微鏡)で観察することが可能となる。プローブ付きのFIB−SEM複合装置に関しては特許3547143号公報(特許文献1)、特開2002−150990号公報(特許文献2)に示されている。特許文献1には試料(ウェーハ)から微小試料を摘出してTEM試料に加工する方法が示されており、特許文献2には試料から摘出した微小試料の断面を搭載したSEMで直視する装置が開示されている。微小試料片を摘出するプロセスについては特開2001−147070号公報(特許文献3)に詳細に示されている。しかし、これら特許文献には試料表面上へのプローブの具体的な移動、接触方法に関しては記載れていない。   In addition, in this FIB-SEM combined device equipped with a probe, a small sample piece cut out from the sample by FIB is connected to the probe and extracted, and high-resolution SEM, TEM (transmission electron microscope), STEM (scanning transmission) It becomes possible to observe with an electron microscope. The FIB-SEM composite apparatus with a probe is disclosed in Japanese Patent No. 3547143 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-150990 (Patent Document 2). Patent Document 1 discloses a method of extracting a micro sample from a sample (wafer) and processing it into a TEM sample. Patent Document 2 discloses an apparatus for directly viewing with a SEM equipped with a cross section of a micro sample extracted from the sample. It is disclosed. The process of extracting a minute sample piece is described in detail in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-147070 (Patent Document 3). However, these patent documents do not describe a specific movement and contact method of the probe on the sample surface.

さらに、特開8−335613号公報(特許文献4)には、プローブを試料面にあるバンプに適切に接触させるために、プローブの高さ検出にCCDを真下に設置し、真横に設置したレーザ測長器でバンプ高さを検知して、両者の情報からプローブをバンプに接触させる方法が記載されている。また、特開11−248800号公報(特許文献5)には、プローブ上方の第1カメラと、プローブ側面の第2カメラで、プローブ画像の変化を監視して、この変化状態をプローブ駆動用モータコントローラにフィードバックすることが示されている。これら特許文献4及び5では、プローブ又は試料を監視する手段が、プローブの真上又は真下、及び真横に設置されている。   Further, Japanese Patent Laid-Open No. 8-335613 (Patent Document 4) discloses a laser in which a CCD is installed directly under the probe for detecting the height of the probe and placed directly beside it in order to properly contact the probe with the bump on the sample surface. A method is described in which the bump height is detected by a length measuring device and the probe is brought into contact with the bump from the information of both. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-248800 (Patent Document 5) discloses a probe driving motor which monitors a change in a probe image with a first camera above the probe and a second camera on the side of the probe. Feedback to the controller is shown. In these Patent Documents 4 and 5, the means for monitoring the probe or the sample is installed directly above or below the probe and directly next to it.

従来、真空の試料室内でプローブを試料の微細な箇所に正確に接近又は接触させる作業は、作業者が顕微鏡像を目視して、自らの技量に頼って行なっていた。   Conventionally, the work of bringing the probe close to or in contact with a minute portion of the sample accurately in a vacuum sample chamber is performed by an operator visually observing a microscope image and depending on his / her skill.

特許3547143号公報Japanese Patent No. 3547143 特開2002−150990号公報JP 2002-150990 A 特開2001−147070号公報JP 2001-147070 A 特開平8−335613号公報JP-A-8-335613 特開平11−248800号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-248800 特許3577839号公報Japanese Patent No. 3577839

従来技術には次のような問題点がある。
プローブが試料と離間している状態では、プローブ先端位置と目標点との3次元的な位置関係が明らかではない。
The prior art has the following problems.
In a state where the probe is separated from the sample, the three-dimensional positional relationship between the probe tip position and the target point is not clear.

顕微鏡が試料面に垂直に設置され、顕微鏡と試料の間にプローブがある場合、プローブの試料面に平行な面内の位置関係は把握しやすいものの、試料との間隔が把握しにくい。特に、FIB照射による二次電子像(Scanning Ion Microscopy像。以下、SIM像と略記)では焦点深度が深いため、プローブが試料表面の上空数10μm以内にある場合では、プローブと試料に焦点が合い、プローブの高さが把握できない。   When the microscope is installed perpendicular to the sample surface and there is a probe between the microscope and the sample, the positional relationship in the plane parallel to the sample surface of the probe is easy to grasp, but the distance from the sample is difficult to grasp. In particular, the secondary electron image (Scanning Ion Microscopy image; hereinafter abbreviated as SIM image) by FIB irradiation has a deep depth of focus, so when the probe is within 10 μm above the sample surface, the probe and sample are in focus. , I can not grasp the height of the probe.

また、顕微鏡の光軸が試料面に対して傾斜した装置構成では、プローブ先端の高さ位置は勿論、試料平面に平行な面内の位置関係も把握し難くなる。特に、試料のほぼ同一箇所を観察できるSEMとFIBの複合機の場合、少なくともいずれかの光学軸が試料面に対して傾斜した構成となっているため、いずれかの顕微鏡では斜め上方からプローブを観察することになる。このように、プローブが試料と離間している状態では、プローブ先端位置と目標点との3次元的な位置関係を正確に求めることが難しい。   Further, in the apparatus configuration in which the optical axis of the microscope is inclined with respect to the sample surface, it is difficult to grasp not only the height position of the probe tip but also the positional relationship in the plane parallel to the sample plane. In particular, in the case of a SEM and FIB multifunction device that can observe almost the same part of the sample, at least one of the optical axes is inclined with respect to the sample surface. Will observe. Thus, when the probe is separated from the sample, it is difficult to accurately obtain the three-dimensional positional relationship between the probe tip position and the target point.

また、特許文献4や5で示されたようなプローブの真上方向と真横方向に監視手段を設置する方法は、監視手段が荷電粒子ビームの場合は、対物レンズ端と試料面の間隔を示すワーキング距離が数mmから10数mmであるため、対象試料や試料ステージが非常に小さな場合に限定される。勿論、対象試料が直径200mmや300mmとなるウェーハの場合は、真横からプローブ高さを観察することは不可能である。   Further, the method of installing the monitoring means in the direction directly above and right side of the probe as disclosed in Patent Documents 4 and 5 indicates the distance between the objective lens end and the sample surface when the monitoring means is a charged particle beam. Since the working distance is several millimeters to several tens of millimeters, it is limited to a case where the target sample and the sample stage are very small. Of course, when the target sample is a wafer having a diameter of 200 mm or 300 mm, it is impossible to observe the probe height from the side.

さらに、プローブ先端位置と試料上の目標位置との3次元的な位置関係が明らかでなければプローブ駆動速度の設定が難しくなる。つまり、プローブと試料との距離が近いにも関わらずプローブ速度を速く設定した場合、プローブや試料片が試料や試料固定台に急速に接触し、プローブや試料片を破損させる危険性がある。逆に、プローブと試料との距離が十分遠いにも関わらず、プローブ速度を遅く設定した場合、接触までの時間が長くなり過ぎる。このために、プローブ先端と目標位置との位置関係を正確に把握し、プローブを望ましい速度で駆動させることが得策となる。   Furthermore, it is difficult to set the probe driving speed unless the three-dimensional positional relationship between the probe tip position and the target position on the sample is clear. That is, when the probe speed is set to be high despite the distance between the probe and the sample being short, there is a risk that the probe or the sample piece will rapidly come into contact with the sample or the sample fixing base and the probe or the sample piece will be damaged. On the contrary, when the probe speed is set to be slow although the distance between the probe and the sample is sufficiently long, the time until contact becomes too long. Therefore, it is advantageous to accurately grasp the positional relationship between the probe tip and the target position and drive the probe at a desired speed.

このように、プローブをその位置に応じた最適なプローブ速度で駆動し、プローブ先端を試料の目標箇所に正確に接触させるために、プローブと接触すべき目標位置との3次元的位置関係を把握することが大きな課題である。   In this way, in order to drive the probe at the optimum probe speed according to its position and bring the probe tip into contact with the target location of the sample accurately, the three-dimensional positional relationship between the probe and the target position to be contacted is grasped. It is a big problem to do.

上述の課題に鑑み、本発明は、複数の荷電粒子顕微鏡と試料室内にプローブを設置したプローブ付き顕微鏡において、プローブ先端の3次元的座標を迅速に把握できるプローブ付き顕微鏡及びプローブ接触方法を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, the present invention provides a probe-equipped microscope and a probe contact method capable of quickly grasping the three-dimensional coordinates of the probe tip in a plurality of charged particle microscopes and a probe-equipped microscope in which a probe is installed in a sample chamber. For the purpose.

本発明によるプローブ付き顕微鏡は、試料を載置して移動可能な試料ステージと、試料ステージの移動を制御するステージ制御系と、第1の荷電粒子顕微鏡と、第1の荷電粒子顕微鏡の光軸に対して傾斜した光軸を有する第2の荷電粒子顕微鏡と、機械的なプローブと、プローブを駆動するプローブ駆動機構と、第1の荷電粒子顕微鏡による顕微鏡画像及び第2の荷電粒子顕微鏡による顕微鏡画像を同時に又は切り替えて表示する画像表示手段と、第1の荷電粒子顕微鏡、第2の荷電粒子顕微鏡、ステージ制御系及びプローブ駆動機構を制御する計算処理部とを有する。計算処理部は、試料上の目標位置とプローブの先端とが入った第1の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像と、試料上の目標位置とプローブの先端とが入った第2の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像とから、目標位置に対するプローブの先端の3次元的な相対位置を求める。   A microscope with a probe according to the present invention includes a sample stage on which a sample can be moved, a stage control system for controlling the movement of the sample stage, a first charged particle microscope, and an optical axis of the first charged particle microscope. A second charged particle microscope having an optical axis inclined with respect to the optical axis, a mechanical probe, a probe driving mechanism for driving the probe, a microscope image by the first charged particle microscope, and a microscope by the second charged particle microscope The image display means which displays an image simultaneously or switchingly, and a calculation processing part which controls a 1st charged particle microscope, a 2nd charged particle microscope, a stage control system, and a probe drive mechanism. The calculation processing unit includes a microscope image of the first charged particle microscope including the target position on the sample and the tip of the probe, and a microscope of the second charged particle microscope including the target position on the sample and the tip of the probe. From the image, the three-dimensional relative position of the probe tip with respect to the target position is obtained.

また、試料上の目標位置にプローブの先端を接触させるに当たっては、第1の荷電粒子顕微鏡によって取得した試料上の目標位置とプローブの先端が入った第1の顕微鏡画像と、第1の荷電粒子顕微鏡の光軸に対して傾斜した光軸を有する第2の荷電粒子顕微鏡によって取得した試料上の目標位置とプローブの先端が入った第2の顕微鏡画像をもとに、試料上の目標位置に対するプローブの先端の3次元的な相対位置を求め、求めた相対位置情報を利用してプローブの駆動を制御する。   Further, in bringing the probe tip into contact with the target position on the sample, the first microscopic image containing the target position on the sample and the tip of the probe obtained by the first charged particle microscope, and the first charged particles Based on the target position on the sample acquired by the second charged particle microscope having the optical axis inclined with respect to the optical axis of the microscope and the second microscope image containing the tip of the probe, A three-dimensional relative position of the tip of the probe is obtained, and driving of the probe is controlled using the obtained relative position information.

本発明によれば、複数の荷電粒子顕微鏡の観察画像を基に、プローブと試料の目標位置との3次元的位置関係を正確に測ることができる。これにより、プローブの3次元的位置に応じたプローブ速度が設定できるため、最適なプローブ速度で短時間にプローブを試料に接近又は接触させることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to accurately measure the three-dimensional positional relationship between a probe and a target position of a sample based on observation images of a plurality of charged particle microscopes. Thereby, since the probe speed according to the three-dimensional position of the probe can be set, the probe can be brought close to or brought into contact with the sample at an optimum probe speed in a short time.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の図において、同等の部材には同じ符号を付して説明する。プローブの位置や数は任意であるが、以下では説明を簡単にするためプローブの数は1つとして説明する。また、各実施の形態において、第1の荷電粒子顕微鏡と第2の荷電粒子顕微鏡の組合せは任意であり、例えば第1の荷電粒子顕微鏡を走査型電子顕微鏡(SEM)、第2の荷電粒子顕微鏡を集束イオンビーム顕微鏡(FIB)とすることができる。さらに、装置構成を真横から示した図において、プローブや試料ステージの移動方向として、上方向と横方向のみを記して、紙面に直交方向は省略している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same members are described with the same reference numerals. The position and number of the probes are arbitrary, but in the following description, the number of probes is assumed to be one for the sake of simplicity. In each embodiment, the combination of the first charged particle microscope and the second charged particle microscope is arbitrary. For example, the first charged particle microscope is a scanning electron microscope (SEM), the second charged particle microscope. Can be a focused ion beam microscope (FIB). Further, in the figure showing the apparatus configuration from the side, only the upward direction and the lateral direction are shown as the movement directions of the probe and the sample stage, and the orthogonal direction is omitted from the drawing.

[実施形態1]
図1は、本発明によるプローブ付き顕微鏡の一例を示す概略構成図である。試料2は、試料ステージ3に載置されて少なくとも直交3軸X,Y,Z方向に移動可能である。第1の荷電粒子顕微鏡4の光軸は試料面に対して垂直方向(Z方向)を向き、第2の荷電粒子顕微鏡5の光軸は試料面に対して傾斜している。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a microscope with a probe according to the present invention. The sample 2 is placed on the sample stage 3 and is movable in at least three orthogonal X, Y, and Z directions. The optical axis of the first charged particle microscope 4 is perpendicular to the sample surface (Z direction), and the optical axis of the second charged particle microscope 5 is inclined with respect to the sample surface.

プローブ6は、直交3軸に駆動できるプローブ駆動機構7に搭載されている。第1の荷電粒子顕微鏡3や第2の荷電粒子顕微鏡5からの荷電粒子ビーム照射による試料からの二次粒子は信号検出器8で検出される。本装置は荷電粒子ビーム照射部にガスを供給するガス供給源9を有し、先端部のノズル10からエッチング用もしくはデポジション用ガスが供給できる。これら試料ステージ2、第1の荷電粒子顕微鏡4、第2の荷電粒子顕微鏡5、プローブ駆動機構7、信号検出器8、ガス供給源9はそれぞれステージ制御系11、第1顕微鏡制御系12、第2顕微鏡制御系13、プローブ制御系14、信号検出器制御系15、ガス供給源制御系16に繋がり、これ等は演算処理部17の制御下に置かれている。信号検出器8の信号は演算処理部17によって処理され、画像表示手段18に第1の荷電粒子顕微鏡4及び第2の荷電粒子顕微鏡5の画像が表示される。画像表示手段18は、また、指示入力部を有し、画像表示手段18から入力された指示は、演算処理部17による上記各種制御系の制御に反映される。   The probe 6 is mounted on a probe driving mechanism 7 that can be driven in three orthogonal axes. Secondary particles from the sample by the charged particle beam irradiation from the first charged particle microscope 3 and the second charged particle microscope 5 are detected by the signal detector 8. This apparatus has a gas supply source 9 that supplies gas to the charged particle beam irradiation unit, and can supply etching or deposition gas from a nozzle 10 at the tip. The sample stage 2, the first charged particle microscope 4, the second charged particle microscope 5, the probe driving mechanism 7, the signal detector 8, and the gas supply source 9 are a stage control system 11, a first microscope control system 12, a first 2 Connected to a microscope control system 13, a probe control system 14, a signal detector control system 15, and a gas supply source control system 16, which are placed under the control of the arithmetic processing unit 17. The signal of the signal detector 8 is processed by the arithmetic processing unit 17, and images of the first charged particle microscope 4 and the second charged particle microscope 5 are displayed on the image display means 18. The image display unit 18 also includes an instruction input unit, and the instruction input from the image display unit 18 is reflected in the control of the various control systems by the arithmetic processing unit 17.

第1の荷電粒子顕微鏡4及び第2の荷電粒子顕微鏡5とプローブ6の位置関係、さらには試料ステージ3の座標系、プローブ微動機構7の座標系を、図2を用いて説明する。   The positional relationship between the first charged particle microscope 4 and the second charged particle microscope 5 and the probe 6, the coordinate system of the sample stage 3, and the coordinate system of the probe fine movement mechanism 7 will be described with reference to FIG.

試料2面上でプローブ6が接触すべき目標点23を原点とし、試料面に垂直方向をZ軸とした直交3軸座標系で、第1の荷電粒子顕微鏡の光軸21はZ軸と一致し、第2の荷電粒子顕微鏡の光軸22は、試料面に目標点23で交わると共にX軸に対してθの角度で傾斜しており、第1の荷電粒子顕微鏡及び第2の荷電粒子顕微鏡から照射された荷電粒子ビームは目標点23に向かう向き(図2で符号24、25で示す)に設置されている。プローブ駆動機構7は、図2に示すように、試料ステージ3の3軸移動方向と同じ座標系を有している。プローブ6の先端を試料2の目標箇所に接触させる操作、少なくとも接触直前のプローブ移動は、プローブ6を試料2に対して垂直方向上方から接近させることにより行なう。これにより、プローブの不意な損傷や位置ずれを避けることができる。   The optical axis 21 of the first charged particle microscope is aligned with the Z axis in an orthogonal triaxial coordinate system in which the target point 23 to be contacted by the probe 6 on the surface of the sample 2 is the origin and the direction perpendicular to the sample surface is the Z axis. The optical axis 22 of the second charged particle microscope intersects the sample surface at the target point 23 and is inclined at an angle θ with respect to the X axis, and the first charged particle microscope and the second charged particle microscope. The charged particle beam irradiated from is set in a direction (indicated by reference numerals 24 and 25 in FIG. 2) toward the target point 23. As shown in FIG. 2, the probe drive mechanism 7 has the same coordinate system as the three-axis movement direction of the sample stage 3. The operation of bringing the tip of the probe 6 into contact with the target location of the sample 2, at least the probe movement immediately before the contact, is performed by bringing the probe 6 closer to the sample 2 from above in the vertical direction. Thereby, unexpected damage and misalignment of the probe can be avoided.

装置構成について図3で説明する。第1の荷電粒子顕微鏡4がFIBで、第2の荷電粒子顕微鏡5がSEMである場合、SEMを使用して信号検出器8で得た2次電子や反射電子などのアナログ情報は、AD変換器31でデジタル変換され画像表示手段18に取り込み2次元画像とする。ここでは、画像のうち代表して二次電子像(以下SEM像と呼ぶ)を例にとる。また、FIBからも同様な方法で2次元画像を取得できる。ここでは二次電子像(以下SIM像と呼ぶ)を例にとる。これらSEM像とSIM像を取得する際は共に信号検出器8を用い、例えば、SEM像からSIM像に切り替える際は、SEMからの電子ビーム照射を停止し、FIBからのイオンビーム照射を開始することで、SIM像に切り替わる。もしくは、SEMとFIBの走査速度を違え、それぞれの走査に同期した周期で二次電子を検出し、計算処理機内でデータ処理することなどで、FIB加工を行ないながら同時にSEM観察ができる。   The apparatus configuration will be described with reference to FIG. When the first charged particle microscope 4 is FIB and the second charged particle microscope 5 is SEM, analog information such as secondary electrons and reflected electrons obtained by the signal detector 8 using the SEM is converted to AD. Digitally converted by the device 31 and taken into the image display means 18 to form a two-dimensional image. Here, as an example, a secondary electron image (hereinafter referred to as an SEM image) is taken as an example of the image. In addition, a two-dimensional image can be acquired from the FIB by a similar method. Here, a secondary electron image (hereinafter referred to as a SIM image) is taken as an example. When acquiring these SEM image and SIM image, the signal detector 8 is used. For example, when switching from the SEM image to the SIM image, the electron beam irradiation from the SEM is stopped and the ion beam irradiation from the FIB is started. By that, it switches to the SIM image. Alternatively, SEM observation can be performed simultaneously with FIB processing by changing the scanning speed of SEM and FIB, detecting secondary electrons at a period synchronized with each scanning, and processing data in a computer.

本実施形態では、第1の荷電粒子顕微鏡4で得られた画像を用いて、試料2の接触させたい目標位置30に対するプローブ6の先端の相対座標を計測する。座標の計測は画像表示手段18で得られた画像を解析することで行なう。また、この計測や計測値のデータ処理、データ蓄積は計算処理部32にて行なう。光軸が試料表面に垂直関係にある第1の荷電粒子顕微鏡4で観察した場合、プローブ先端位置座標は、目標位置30に対してX方向(画面横方法)とY方向(画面縦方向)のピクセル数と観察倍率、さらに画面の縦方向及び横方向全ピクセル数によって求まる。また、プローブ速度はプローブ駆動コントローラ33で決定し、そのプローブ駆動速度をもとに、プローブ駆動機構7にてプローブ6を駆動する。   In the present embodiment, using the image obtained by the first charged particle microscope 4, the relative coordinates of the tip of the probe 6 with respect to the target position 30 where the sample 2 is to be contacted are measured. The coordinates are measured by analyzing the image obtained by the image display means 18. In addition, the calculation processing unit 32 performs this measurement, data processing of measurement values, and data accumulation. When observed with the first charged particle microscope 4 whose optical axis is perpendicular to the sample surface, the probe tip position coordinates are in the X direction (screen horizontal method) and Y direction (screen vertical direction) with respect to the target position 30. It is determined by the number of pixels, the observation magnification, and the total number of pixels in the vertical and horizontal directions of the screen. The probe speed is determined by the probe drive controller 33, and the probe 6 is driven by the probe drive mechanism 7 based on the probe drive speed.

このような装置構成でプローブ駆動前に行なう操作方法の詳細を示す。
まず、事前操作として、第1の荷電粒子顕微鏡の視野と第2の荷電粒子顕微鏡の視野がほぼ同一になるように調整し、一方の顕微鏡で観察している箇所は、他方の顕微鏡でも観察できるように設定しておく。このとき、初期設定として、両顕微鏡とも同一倍率にしておくと、画面切り替えによっても対象物を違和感無く観察できる。また、2方向から顕微鏡観察すると、観察方向が異なった画像となるため操作者には違和感を覚える。そこで、互いの観察画像が同一方向となるように一方の画像を回転補正も施すことで、両画面をほぼ同じ状態で観察することができる。さらに、プローブ先端は、視野内で試料面から10μmから100μm程度の高さに設置して、その位置を登録しておき、プローブは普段、試料のビーム照射位置からmm単位からcm単位の距離を隔てた位置に退避させておく。
The details of the operation method performed before driving the probe in such an apparatus configuration will be described.
First, as a preliminary operation, the field of view of the first charged particle microscope and the field of view of the second charged particle microscope are adjusted to be substantially the same, and the portion observed with one microscope can be observed with the other microscope. Set as follows. At this time, as an initial setting, if both microscopes are set to the same magnification, the object can be observed without a sense of incongruity even by switching screens. Further, when the microscope is observed from two directions, an image with different observation directions is displayed, so that the operator feels uncomfortable. Thus, by performing rotation correction on one image so that the observation images are in the same direction, both screens can be observed in substantially the same state. Furthermore, the tip of the probe is set at a height of about 10 μm to 100 μm from the sample surface within the field of view, and the position is registered, and the probe usually has a distance of mm to cm from the beam irradiation position of the sample. Retreat to a separated position.

プローブ先端8を目標位置へ移動する方法を、図4のフローチャートと図5で説明する。本実施例のように第1の荷電粒子顕微鏡がZ軸に平行な光軸を有し、第2の荷電粒子顕微鏡がZ軸に対して傾斜した光軸を有する場合、計算処理部は、第1の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から目標位置に対するプローブの先端のXY方向の相対距離を求め、第2の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から目標位置に対するプローブの先端のZ軸方向の相対距離を求める。   A method of moving the probe tip 8 to the target position will be described with reference to the flowchart of FIG. 4 and FIG. When the first charged particle microscope has an optical axis parallel to the Z axis and the second charged particle microscope has an optical axis inclined with respect to the Z axis as in this embodiment, the calculation processing unit The relative distance in the XY direction of the probe tip with respect to the target position is obtained from the microscope image of the first charged particle microscope, and the relative distance in the Z-axis direction of the probe tip with respect to the target position is obtained from the microscope image of the second charged particle microscope.

まず、第1の荷電粒子顕微鏡の画像35及び第2の荷電粒子顕微鏡の画像36を用いて、図5(a)、(b)に示すように、プローブが到達すべき目標位置23が両画像に入るように試料ステージ移動をステージ制御系に指令を出し(S01)、実際に試料ステージをXY面内で移動させる(S02)。目標位置23は画像中心にあれば、第1の顕微鏡の倍率を拡大しても縮小しても、第2の顕微鏡の画像中心に目標点23が位置していることになるので便利であるが、必ずしも目標位置を画像中心に設定しなければならないことはない。   First, using the image 35 of the first charged particle microscope and the image 36 of the second charged particle microscope, as shown in FIGS. A command is sent to the stage control system to move the sample stage so as to enter (S01), and the sample stage is actually moved within the XY plane (S02). If the target position 23 is at the center of the image, the target point 23 is conveniently located at the center of the image of the second microscope, regardless of whether the magnification of the first microscope is enlarged or reduced. The target position does not necessarily have to be set at the center of the image.

次に、第1の荷電粒子顕微鏡の視野内にプローブ6の先端が入るようにプローブ駆動制御系に指令を出し(S03)、動作させる(S04)。プローブの呼び出しステップによって、プローブ先端を視野内に移動させる。第1の荷電粒子顕微鏡の画像35にてプローブ先端8を認識し(S05)、図5(a)に示すように、目標点23座標に対するプローブ先端8の座標を測定する。ここで、目標位置23の座標(0,0)とし、プローブ先端8の座標を(x1,y1)とする。(S06)。 Next, a command is issued to the probe drive control system so that the tip of the probe 6 enters the field of view of the first charged particle microscope (S03), and it is operated (S04). The probe tip step moves the probe tip into the field of view. The probe tip 8 is recognized from the image 35 of the first charged particle microscope (S05), and as shown in FIG. 5A, the coordinates of the probe tip 8 with respect to the target point 23 coordinates are measured. Here, the coordinates of the target position 23 are (0, 0), and the coordinates of the probe tip 8 are (x 1 , y 1 ). (S06).

次に、第2の荷電粒子顕微鏡の観察画面に切り替える。もし、画像表示手段が第1、第2の荷電粒子顕微鏡の画像を同時に表示できる環境の場合は、第2の荷電粒子顕微鏡の画像での操作に移る。この第2の荷電粒子顕微鏡の画像でもプローブ先端8を画像認識し(S07)、図5(b)に示すように、目標位置23の座標に対するプローブ先端8の座標を測定する。ここで、目標位置の座標(0,0)とし、プローブ先端座標を(y2,z2)とする(S08)。ステップS06及びステップS08で計測した座標成分X値、Y値と、画像の縦横ピクセル数とX値,Y値分のピクセル数、観察倍率から座標値x1,y1,y2を求める。 Next, the screen is switched to the observation screen of the second charged particle microscope. If the image display means is in an environment where the images of the first and second charged particle microscopes can be displayed at the same time, the operation moves to the operation with the image of the second charged particle microscope. The image of the probe tip 8 is also recognized in the image of the second charged particle microscope (S07), and the coordinates of the probe tip 8 with respect to the coordinates of the target position 23 are measured as shown in FIG. 5B. Here, the coordinates of the target position are (0, 0), and the probe tip coordinates are (y 2 , z 2 ) (S08). The coordinate values x 1 , y 1 , and y 2 are obtained from the coordinate component X value and Y value measured in steps S 06 and S 08, the number of vertical and horizontal pixels of the image, the X value, the number of pixels corresponding to the Y value, and the observation magnification.

第1の荷電粒子顕微鏡4は試料2面に垂直に設置されているため、得られたx1,y1値は、プローブ先端8の空間座標のX成分、Y成分となる。一方、第2の荷電粒子顕微鏡5は傾斜して設置されているため、画像の横方向の寸法は信頼できるが、縦方向は圧縮された図となっている。つまり、y値は信頼できるものの、z値は第2の荷電粒子顕微鏡の傾斜分を補正しなければならない。具体的には、z値は画像の縦ピクセル数と計測したZ方向成分z2のピクセル数、観察倍率と光軸の傾斜角から求まり、プローブ先端8の試料面に対する実際の高さzhは、第2顕微鏡の光軸の傾斜角θ、観察倍率Mを用いて計算処理部で次式(1)の演算を行なう。
z=z/Mcosθ (1)
Since the first charged particle microscope 4 is installed perpendicular to the surface of the sample 2, the obtained x 1 and y 1 values are the X component and Y component of the spatial coordinates of the probe tip 8. On the other hand, since the second charged particle microscope 5 is installed at an inclination, the horizontal dimension of the image is reliable, but the vertical direction is a compressed diagram. That is, although the y value is reliable, the z value must be corrected for the tilt of the second charged particle microscope. Specifically, the z value is obtained from the number of vertical pixels of the image, the number of pixels of the measured Z-direction component z 2 , the observation magnification and the tilt angle of the optical axis, and the actual height z h of the probe tip 8 with respect to the sample surface is Using the tilt angle θ of the optical axis of the second microscope and the observation magnification M, the calculation processing unit calculates the following equation (1).
z h = z 2 / Mcosθ (1)

これにより、目標位置23に対するプローブ先端8の3次元的な相対座標(x1,y1,zh)が求まる(S09)。次に、演算手段は、プローブ制御手段にその相対座標(x1,y1,zh)分の移動を命令する(S10)。プローブ制御手段はプローブ駆動機構7のX,Y,Z軸の駆動軸を動作させ、プローブを移動させ、目標位置へ接触した時、プローブ移動を停止させる(S20)。 Thereby, the three-dimensional relative coordinates (x 1 , y 1 , z h ) of the probe tip 8 with respect to the target position 23 are obtained (S09). Next, the calculation means instructs the probe control means to move by the relative coordinates (x 1 , y 1 , z h ) (S10). The probe control means operates the X, Y, and Z axis drive shafts of the probe drive mechanism 7, moves the probe, and stops the probe movement when it contacts the target position (S20).

次に、退避位置にあるプローブを顕微鏡視野内に呼び出し、目標位置に接触させる一連のプローブの動きを図6で説明する。   Next, a series of probe movements in which the probe in the retracted position is called into the microscope visual field and brought into contact with the target position will be described with reference to FIG.

図6において、退避位置にあるプローブ6Aを予め登録した顕微鏡視野内の空間位置に呼び出す。この時のプローブを符号6Bで示す。ここで、駆動系はXYZ軸共に1μm程度の誤差を有しているため、呼び出し座標を指定しても正確な位置に移動した訳ではない。この状態で上述のように、目標位置23に対するプローブ6Bの先端50Bの3次元相対座標を求める。プローブ6Bの高さは試料面からおおよそ30μm程度の位置としている。これは、目標位置である試料面とプローブ先端に荷電粒子顕微鏡の焦点が合う高さで、かつ、試料に衝突する危険性の低い、十分離間した距離から決めた。この座標を基にプローブ駆動機構にプローブ移動を指令して、動作が開始される。   In FIG. 6, the probe 6A in the retracted position is called to a spatial position in the microscope field registered in advance. The probe at this time is denoted by reference numeral 6B. Here, since the drive system has an error of about 1 μm on both the XYZ axes, even if the call coordinates are designated, it does not move to an accurate position. In this state, as described above, the three-dimensional relative coordinates of the tip 50B of the probe 6B with respect to the target position 23 are obtained. The height of the probe 6B is about 30 μm from the sample surface. This was determined from a sufficiently spaced distance at which the charged particle microscope is focused on the sample surface, which is the target position, and the probe tip, and at a low risk of collision with the sample. Based on these coordinates, the probe drive mechanism is instructed to move the probe, and the operation is started.

本実施例では、プローブ6Bは、まずX軸のみ動作させ、x座標が0になるように移動させる。x=0となった時、プローブ先端50BはYZ平面に接している。次に、Y軸のみ動作させプローブ先端のy座標が0になるまで移動させる。この時、プローブ先端はXZ面に達し、符号50Cで示した。つまり、YZ平面とXZ平面の交線であるZ軸上にある。次に、プローブ駆動系のZ軸を移動させるが、先に求めたz座標の絶対値分をXY面に到達するように移動すると、プローブ駆動系が有する誤差によって目的位置に正確に達せず、最悪の場合、プローブを破損することも起こりうる。従って、ここでは、まずz座標値の90%をプローブ移動させるように駆動系に指令を与える。ここまでのX軸、Y軸、Z軸の移動はいずれの軸を優先させて移動指せても良いし、複数軸を同時に駆動させてもよい。所定の距離の移動後、プローブを一旦停止させる。この時のプローブを符号6Dで示す。ここで、プローブ6Dの先端50Dと目標位置23の位置関係を確認し、必要であれば修正する。まずは、第1の荷電粒子顕微鏡によってXY面内の補正を行なう。z方向の確認は、第2の荷電粒子顕微鏡によって行なってもよいが、微速で短距離を移動するため、XY面内補正後、直ちにzを降下させてもよい。所定の0.1z分を移動させて、試料との接触が検知できなければ、プローブは駆動系の誤差のために目標位置の直上で停止していることになり、この場合、さらに0.005zずつ微小降下させて接触させることができる。目標位置23に接触したプローブを符号6Eで示した。   In this embodiment, the probe 6B is first moved only in the X axis and moved so that the x coordinate becomes zero. When x = 0, the probe tip 50B is in contact with the YZ plane. Next, only the Y axis is operated and moved until the y coordinate of the probe tip becomes zero. At this time, the probe tip reached the XZ plane, which is indicated by reference numeral 50C. That is, it is on the Z axis that is the intersection line of the YZ plane and the XZ plane. Next, the Z axis of the probe drive system is moved, but if the absolute value of the z coordinate obtained previously is moved so as to reach the XY plane, the target position cannot be accurately reached due to the error of the probe drive system, In the worst case, the probe can be damaged. Therefore, here, first, a command is given to the drive system so as to move the probe by 90% of the z coordinate value. As for the movement of the X axis, the Y axis, and the Z axis so far, any of the axes may be given priority to move, or a plurality of axes may be driven simultaneously. After moving a predetermined distance, the probe is temporarily stopped. The probe at this time is denoted by reference numeral 6D. Here, the positional relationship between the tip 50D of the probe 6D and the target position 23 is confirmed and corrected if necessary. First, correction in the XY plane is performed by the first charged particle microscope. The confirmation of the z direction may be performed by the second charged particle microscope, but z may be lowered immediately after XY in-plane correction because it moves a short distance at a slow speed. If the contact with the sample cannot be detected by moving a predetermined 0.1z, the probe is stopped immediately above the target position due to an error in the drive system. In this case, the probe is further fined by 0.005z. Can be lowered to contact. The probe in contact with the target position 23 is denoted by reference numeral 6E.

次に、プローブの移動速度について説明する。プローブの移動速度は、プローブの存在位置に応じて何段階かに分けて予めプローブ駆動機構制御系7に事前登録しておく。本実施例では、退避位置6Aから目標位置23への接触までに3段階に変速し、目標位置より遠い場所では速く、近い場所では減速させて、目標箇所に正確に効率よく(短時間で)移動させるようにした。例えば、退避位置のプローブ6Aを呼び出し、プローブ6Bの位置まではプローブ移動速度を10〜30mm/秒(ここでは、高速モードと呼ぶ)、プローブ6B位置からプローブ6D位置までの間は5〜20μm/秒(低速モード)、さらに、プローブ6D位置から目標位置23へはZ軸のみの移動で、プローブ移動速度を0.5〜1μm/秒に減速(微速モード)とした。この複数のプローブ駆動速度の事前登録により、プローブが試料表面から遠いときは速い速度で接近させ、試料表面に近づくに従って速度を緩めて接近させることができ、プローブ3を試料に急激に衝突させることなく、プローブ先端を効率良く接近させることができる。具体例として、退避位置にあるプロープが目標位置に接触するまで約3分要していた作業が、このような変速操作によって、退避位置にあるプロープに移動指令を下して約5秒後に目標位置に接触させることができた。   Next, the moving speed of the probe will be described. The moving speed of the probe is pre-registered in advance in the probe drive mechanism control system 7 in several stages according to the position of the probe. In the present embodiment, the speed is changed in three steps from the retracted position 6A to the target position 23, and is fast at a place far from the target position and decelerated at a close place, so that the target place is accurately and efficiently (in a short time). I moved it. For example, the probe 6A at the retracted position is called, the probe moving speed is 10 to 30 mm / second (referred to herein as the high speed mode) up to the position of the probe 6B, and the distance from the probe 6B position to the probe 6D position is 5 to 20 μm / second. Second (low speed mode), further, the probe moving speed was reduced to 0.5 to 1 μm / second (slow speed mode) by moving only the Z axis from the probe 6D position to the target position 23. By pre-registration of the plurality of probe driving speeds, when the probe is far from the sample surface, the probe can be approached at a high speed, and as the sample surface is approached, the speed can be decreased and approached. The probe tip can be approached efficiently. As a specific example, an operation that took about 3 minutes for the probe at the retracted position to contact the target position is about 5 seconds after the movement command is issued to the probe at the retracted position by such a shift operation. The position could be touched.

次に、呼び出し位置から目標位置直前までのプローブのアクセス方法について、以下に説明する。   Next, a probe access method from the calling position to immediately before the target position will be described below.

図7は、荷電粒子顕微鏡の画像内に呼び出されたプローブが目標位置に至るフローが示されている。このフローは、所定の速度で目標に向かって移動して目標位置直前で微速モードに切り替えて目標位置に接触し、停止するまでの流れが示されている。   FIG. 7 shows a flow in which the probe called in the charged particle microscope image reaches the target position. This flow shows a flow from moving toward a target at a predetermined speed, switching to the fine speed mode immediately before the target position, contacting the target position, and stopping.

直前の動作として、退避位置にあったプローブが呼び出され、まず、呼び出し位置でのプローブ先端の目標位置に対する相対座標(x,y,z)を求める(S09)。ここで目標座標を(0, 0, 0)とする。この座標の求め方については上述した。その後のプローブ操作手段は目標位置(0, 0, 0)への移動を指令する(S11)だけであるが、実際のプローブ動作は次のステップを伴う。プローブは最終接触に至る直前に移動速度をそれまでの低速移動から微速移動に減速し、目的位置に接触し停止する。プローブが微速に減速する座標は(0, 0, kz)と演算され、変速座標(0, 0, kz)まで低速移動する(S12)。ここで、0<k<1であり、本実施例ではk=0.1とした。つまり、プローブは目標位置の直上で、呼び出し位置の高さzの1/10の位置で微速に変速される。具体的には、呼び出し高さを50μmとすると、減速する位置は目標位置の直上5μmである。呼び出し位置から減速位置まではX軸とY軸のみを所定の低速度で移動し、プローブは減速位置からZ軸に沿って所定の微速度で降下する(S13)。これらのプローブ移動速度は予め登録されている。微速移動でプローブは目標位置に接触し、この接触を検知して(S14)、プローブは停止する(S20)。このようなフローによって、プローブは試料との接触時にx方向やy方向の移動成分を持っていないために、試料面を引きずることや試料面に激突すること無く正確に目標位置に接触できた。   As the previous operation, the probe at the retracted position is called, and first, relative coordinates (x, y, z) with respect to the target position of the probe tip at the calling position are obtained (S09). Here, the target coordinate is (0, 0, 0). The method for obtaining these coordinates has been described above. The subsequent probe operation means only commands to move to the target position (0, 0, 0) (S11), but the actual probe operation involves the following steps. Immediately before reaching the final contact, the probe decelerates the moving speed from the low-speed movement so far to the fine-speed movement, contacts the target position, and stops. The coordinates at which the probe decelerates at a slow speed is calculated as (0, 0, kz), and moves slowly to the shift coordinates (0, 0, kz) (S12). Here, 0 <k <1, and in this embodiment, k = 0.1. That is, the probe is shifted at a slight speed just above the target position and at 1/10 the height z of the calling position. Specifically, if the call height is 50 μm, the position to decelerate is 5 μm immediately above the target position. From the calling position to the deceleration position, only the X and Y axes move at a predetermined low speed, and the probe descends from the deceleration position along the Z axis at a predetermined fine speed (S13). These probe moving speeds are registered in advance. The probe contacts the target position by the slow movement, detects this contact (S14), and stops the probe (S20). By such a flow, since the probe does not have a moving component in the x direction or the y direction at the time of contact with the sample, the probe can contact the target position accurately without dragging the sample surface or colliding with the sample surface.

上述のような基本的なフローによってプローブ先端は目標位置に到達するが、実際には各目標位置へプローブを接触させる作業に先立ち、プローブ先端形状の登録と、プローブ先端の呼び出し位置における合焦条件の登録を行なうことで、上述のフローはより確実に流れる。これらについてここで説明する。   Although the probe tip reaches the target position by the basic flow as described above, in practice, prior to the operation of bringing the probe into contact with each target position, registration of the probe tip shape and the focusing condition at the probe tip calling position The above-described flow flows more reliably by performing registration. These are described here.

プローブ先端形状の事前登録について、図8のフローチャートを用いて説明する。
まず、第1の荷電粒子顕微鏡及び第2の荷電粒子顕微鏡の画像倍率を最低に設定する(S001)。本実施例では500倍とした。次にGUIから退避位置にあるプローブを呼び出す指令を出す(S002)。事前に設定した呼び出し位置に向かってプローブ駆動手段が動作し、画像視野内にプローブが移動する(S003)。この間、顕微鏡が動作していても、ブランキング状態でもよいが、プローブが停止した時点で、第1の荷電粒子顕微鏡でプローブが確認できるようにする。第1荷電粒子顕微鏡の画像からプローブを確認する(S004)。確認方法は、オペレータが目視で確認してもよいし、目視に頼らず計算処理機内に設置しておいた画像認識機能を用いて画像内のプローブ位置を確認してもよい。
Pre-registration of the probe tip shape will be described using the flowchart of FIG.
First, the image magnification of the first charged particle microscope and the second charged particle microscope is set to the lowest (S001). In this embodiment, the magnification is 500 times. Next, a command for calling the probe at the retracted position is issued from the GUI (S002). The probe driving means operates toward the preset call position, and the probe moves within the image field (S003). During this time, the microscope may be in operation or in a blanking state, but when the probe is stopped, the probe can be confirmed with the first charged particle microscope. The probe is confirmed from the image of the first charged particle microscope (S004). The confirmation method may be that the operator visually confirms, or the probe position in the image may be confirmed by using an image recognition function installed in the computer without relying on visual observation.

次に、プローブが画像のほぼ中心にあるように、必要であればプローブの位置を修正し、観察倍率を予め決めている倍率まで高める(S005)。本実施例では3000倍とした。この倍率でプローブ先端部の形状を登録する(S006)。登録の際には、登録画像内に余分な情報が含まれないようにプローブのみが登録画像となるように選択する。   Next, if necessary, the position of the probe is corrected so that the probe is substantially at the center of the image, and the observation magnification is increased to a predetermined magnification (S005). In this embodiment, it was 3000 times. The shape of the probe tip is registered at this magnification (S006). At the time of registration, selection is made so that only the probe becomes a registered image so that unnecessary information is not included in the registered image.

次に、第2の荷電粒子顕微鏡に切り替えてプローブを見る。観察倍率は、ステップS001で用いた第1の荷電粒子顕微鏡の倍率と同じとした。しかし、本来第1の荷電粒子顕微鏡と第2の荷電粒子顕微鏡は試料面上でほぼ同一点が観察できるように設定されているため、試料面から数10μm上空にあるプローブ先端が、倍率が高くなるにつれて第1から第2の顕微鏡への切り替えることによって視野内に入らないことが起こりうる。そこで第2の荷電粒子顕微鏡への切り替え時には、まずステップS001で用いた最低倍率で観ることが得策となる。低倍率でプローブ先端位置を確認して、ステップS005と同じ倍率でプローブ先端形状を登録する(S007)。   Next, switch to the second charged particle microscope and look at the probe. The observation magnification was the same as that of the first charged particle microscope used in step S001. However, since the first charged particle microscope and the second charged particle microscope are originally set so that almost the same point can be observed on the sample surface, the probe tip located several tens of μm above the sample surface has a high magnification. As it happens, it may happen that the field of view is not entered by switching from the first to the second microscope. Therefore, when switching to the second charged particle microscope, it is a good idea to first view at the lowest magnification used in step S001. The probe tip position is confirmed at a low magnification, and the probe tip shape is registered at the same magnification as in step S005 (S007).

これらのステップS001からステップS007までは、各プロービング作業の前に行ない、上述のステップS01より前に行なう。   These steps S001 to S007 are performed before each probing operation, and are performed before the above-described step S01.

次に、プローブの呼び出し位置における先端の合焦条件の登録について図9で説明する。   Next, registration of the focusing condition at the tip at the probe calling position will be described with reference to FIG.

本来、第1の荷電粒子顕微鏡と第2の荷電粒子顕微鏡は試料面上でほぼ同一点に焦点が合って、観察できるように設定されているため、第1から第2の荷電粒子顕微鏡への切り替えによって、試料面から数10μm上空にあるプローブ先端に焦点が合わないことが起こりうる。第2の荷電粒子顕微鏡への切り替えによってプローブに焦点が合わないと、プローブ先端を確認できず、本来の目的であるプローブ先端を目標位置に移動できなくなる。そこで、試料面から数10μm上空にあるプローブ先端が、第1の顕微鏡でも第2の顕微鏡でも焦点が合うようにする調整フローを、図8のフローに加えてもよい。図9は、調整フローを加えたフローであり、ステップ番号の同じステップは、図8のステップ内容と同じで、ここでは説明を省略する。   Originally, the first charged particle microscope and the second charged particle microscope are set so that they can be focused and observed on the same surface on the sample surface. Due to the switching, it may happen that the probe tip located several tens of μm above the sample surface is not focused. If the probe is not focused by switching to the second charged particle microscope, the probe tip cannot be confirmed, and the probe tip, which is the original purpose, cannot be moved to the target position. Therefore, an adjustment flow in which the probe tip that is several tens of μm above the sample surface is focused on both the first microscope and the second microscope may be added to the flow of FIG. FIG. 9 is a flow including an adjustment flow. Steps having the same step number are the same as the step contents of FIG.

まず、ステップS001の後に、プローブの呼び出し位置の座標をプローブ操作手段GUIから入力し、登録する(S0011)。この場合、ステップS005で行なう高倍率でもプローブ先端と目標位置が画面に入る程度の倍率とする。プローブ高さは10から数10μm程度とし、本実施例では50μmとし、これらの数値をGUIで入力し登録しておく。この後、ステップS002からステップS005までは上述の内容を進行させ、ステップS005の後、第1の荷電粒子顕微鏡でプローブ先端と目標位置に焦点が合うようにレンズ条件を調整し、その条件を記憶させる(S0051)。   First, after step S001, the coordinates of the probe calling position are input from the probe operating means GUI and registered (S0011). In this case, the magnification is such that the tip of the probe and the target position enter the screen even at a high magnification performed in step S005. The probe height is set to about 10 to several tens of μm, and in this embodiment, 50 μm, and these numerical values are entered by the GUI and registered. Thereafter, the above-mentioned contents are advanced from step S002 to step S005, and after step S005, the lens condition is adjusted so that the probe tip and the target position are in focus with the first charged particle microscope, and the condition is stored. (S0051)

同様に、第2の顕微鏡についてもプローブ先端と目標位置に焦点が合うようにレンズ条件を調整し、その条件を記憶させる(S0052)。これにより、ステップ(S005)後、自動で焦点が合わせられ、これ以降のプローブ先端形状の登録や目標位置との位置関係の計測などの工程をスムーズに行なうことができる。   Similarly, for the second microscope, the lens conditions are adjusted so that the probe tip and the target position are in focus, and the conditions are stored (S0052). Thereby, after step (S005), the focus is automatically adjusted, and subsequent steps such as registration of the probe tip shape and measurement of the positional relationship with the target position can be smoothly performed.

[実施形態2]
実施例1では、図2にあるようにプローブの移動座標系がステージの移動座標系と同じ場合を説明したが、本発明はこれに限ることはなく、プローブがプローブ軸方向に移動する軸を有した場合でも同様に適用することができる。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the case where the moving coordinate system of the probe is the same as the moving coordinate system of the stage as shown in FIG. 2 has been described. Even if it has, it can be similarly applied.

図10は、プローブ6がステージ移動軸のxy軸が共通で、3軸目がプローブ軸方向である場合のプローブと目標箇所23の位置関係を示している。ここでは3軸目の座標軸をp軸と呼び、第1の荷電粒子顕微鏡であるSEMの観察方向24と第2の荷電粒子顕微鏡であるFIBの観察方向25は図2と同じである。p軸はy軸とは角度φで傾斜し、x軸とは垂直の位置関係にある。   FIG. 10 shows the positional relationship between the probe and the target location 23 when the probe 6 has the same xy axis as the stage movement axis and the third axis is in the probe axis direction. Here, the third coordinate axis is called the p-axis, and the observation direction 24 of the SEM as the first charged particle microscope and the observation direction 25 of the FIB as the second charged particle microscope are the same as those in FIG. The p-axis is inclined at an angle φ with respect to the y-axis and is in a vertical positional relationship with the x-axis.

このようなプローブと目標箇所の位置関係において、プローブ6を目標箇所23に効率よく接触させる方法を図11で説明する。図11(a)はプローブ6を退避位置から呼び出した際のSEMによる観察画像35であり、図11(b)は傾斜したFIBによる観察画像36である。FIBは試料表面(XY面)に対して傾斜しているため、FIBによる画像36は縦方向と横方向で尺度が異なり、縦方向寸法はFIB光軸の傾斜角と観察倍率によって決まるが、傾斜角に誤差がある場合は、画面上のZ軸方向の寸法精度は低くなる。図11(a)では、SEMで観察した時のプローブ6の移動軸X、Y軸と、目標箇所のある試料を乗せた試料ステージの移動軸X、Yとの関係を示し、プローブ軸がY軸に一致した状態を示している。図11(b)ではFIBで観察した時のステージの移動軸Y、Z軸とプローブの移動軸であるY、P軸の関係を示し、プローブ軸がP軸に一致した状態を示している。   In such a positional relationship between the probe and the target location, a method for efficiently bringing the probe 6 into contact with the target location 23 will be described with reference to FIG. FIG. 11A shows an observation image 35 obtained by SEM when the probe 6 is called from the retracted position, and FIG. 11B shows an observation image 36 obtained by the inclined FIB. Since the FIB is inclined with respect to the sample surface (XY plane), the scale of the image 36 by FIB differs in the vertical and horizontal directions, and the vertical dimension is determined by the inclination angle of the FIB optical axis and the observation magnification. When there is an error in the corner, the dimensional accuracy in the Z-axis direction on the screen is low. FIG. 11A shows the relationship between the movement axes X and Y axes of the probe 6 when observed with the SEM and the movement axes X and Y of the sample stage on which the sample having the target location is placed. The state corresponding to the axis is shown. FIG. 11B shows the relationship between the stage movement axes Y and Z axes and the probe movement axes Y and P axes when observed by FIB, and shows a state in which the probe axes coincide with the P axes.

プローブを呼び出した状態では、プローブ先端位置にバラツキがあるため、プローブ6と目標箇所23を視野に入れているSEM及びFIBの画像内に呼び出した直後に、図11(a)のようにSEM画像でプローブ位置をX軸方向(画面横方向)に移動させてプローブ軸が目標位置23を通りY軸(画面縦方向)と一致するように補正し、図11(b)のようにFIB像でプローブ軸をY軸方向に移動し、目標位置23を通りP軸(プローブ傾斜角と同じ傾斜角を有する直線)と一致するようにY軸(画面横方向)の調整を行なう。   In the state in which the probe is called, there is a variation in the probe tip position. Therefore, immediately after calling into the SEM and FIB images in which the probe 6 and the target location 23 are in the field of view, as shown in FIG. The probe position is moved in the X-axis direction (horizontal direction of the screen) to correct the probe axis so that it passes through the target position 23 and coincides with the Y-axis (vertical direction of the screen). As shown in FIG. The probe axis is moved in the Y-axis direction, and the Y-axis (horizontal direction of the screen) is adjusted so that it passes through the target position 23 and coincides with the P-axis (a straight line having the same tilt angle as the probe tilt angle).

次に、図11(b)で目標位置23に対するプローブ先端のp座標を画像から読み取り、このP座標をプローブ駆動機構に伝達してプローブ6をP軸のみ駆動させて目標位置に到達させる。   Next, in FIG. 11B, the p-coordinate of the probe tip with respect to the target position 23 is read from the image, and this P-coordinate is transmitted to the probe driving mechanism to drive the probe 6 only on the P-axis to reach the target position.

目標位置直前のプローブ移動速度の変速は、本実施例では、呼び出し位置におけるP座標の10%、つまり、0.1pの位置を変速位置とし、最終的なxy位置補正を行なうので、目標位置への接触はP軸のみの微速で、正確に接触し、プローブ先端を損ねることなく停止できる。   In this embodiment, 10% of the P coordinate at the calling position, that is, the position of 0.1p is used as the speed change position and the final xy position correction is performed in the present embodiment. The contact can be made at a very low speed only on the P axis and can be stopped accurately without stopping the probe tip.

[実施形態3]
本発明によるプローブ付き顕微鏡の別の実施例で、図12はステージ座標に対する第1及び第2の荷電粒子顕微鏡の光軸とプローブの関係を示す図であり、図13は特に第1及び第2の荷電粒子顕微鏡の位置関係を示す装置構成の上面図である。
[Embodiment 3]
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the optical axes of the first and second charged particle microscopes with respect to the stage coordinates and the probe, and FIG. 13 particularly shows the first and second embodiments. It is a top view of an apparatus configuration showing a positional relationship of the charged particle microscope.

本装置例は、図12に示すように、第1の荷電粒子顕微鏡の光軸71がステージ移動座標系のYZ平面にあってY軸(試料面)との成す角度はθであり、第2の荷電粒子顕微鏡の光軸72はXZ平面にあってX軸(試料面)とのなす角度がφである。図12において、符号73は第1の荷電粒子顕微鏡の荷電粒子ビーム照射方向、符号74は第2の荷電粒子顕微鏡の荷電粒子ビーム照射方向を示し、いずれの顕微鏡共に目標点23を観察する方向(座標系の原点)を向いている。この例においてもプローブの移動座標系は試料ステージの移動座標系と同じである。   In the present apparatus example, as shown in FIG. 12, the optical axis 71 of the first charged particle microscope is on the YZ plane of the stage movement coordinate system, and the angle formed with the Y axis (sample surface) is θ. The optical axis 72 of the charged particle microscope is in the XZ plane, and the angle formed with the X axis (sample surface) is φ. In FIG. 12, reference numeral 73 indicates the charged particle beam irradiation direction of the first charged particle microscope, and reference numeral 74 indicates the charged particle beam irradiation direction of the second charged particle microscope. It faces the origin of the coordinate system. Also in this example, the moving coordinate system of the probe is the same as the moving coordinate system of the sample stage.

次に、図13で装置構成を説明する。第1の荷電粒子顕微鏡81をSEM、第2の荷電粒子顕微鏡82をFIBとする。第1の荷電粒子顕微鏡81の光軸83及び第2の荷電粒子顕微鏡82の光軸84は試料85面上で交差しており、プローブ86はプローブ駆動装置87によって移動できる。試料85は試料ステージ89に搭載され少なくともXYZの3軸の移動軸を有している。この他、信号検出器やガス供給源なども搭載されるが、本実施例では説明を省略する。また、図12及び図13には、機器の向きや詳細に幾分の相違があるが、これは説明を理解しやすくするためのものであり本質的なものではない。   Next, the apparatus configuration will be described with reference to FIG. The first charged particle microscope 81 is SEM, and the second charged particle microscope 82 is FIB. The optical axis 83 of the first charged particle microscope 81 and the optical axis 84 of the second charged particle microscope 82 intersect on the surface of the sample 85, and the probe 86 can be moved by the probe driving device 87. The sample 85 is mounted on the sample stage 89 and has at least three XYZ movement axes. In addition, a signal detector, a gas supply source, and the like are also mounted, but the description thereof is omitted in this embodiment. 12 and 13 are somewhat different in the orientation and details of the device, but this is for easy understanding of the explanation and is not essential.

次に、図14を用いて、プローブ先端8を目標位置へ自動移動させる方法を説明する。
図14(a)は第1の荷電粒子顕微鏡で目標点88とプローブ86を見た画像91を、図14(b)は第2の荷電粒子顕微鏡で見た目標点88とプローブ86先端の位置関係を示すが画像92の模式図である。
Next, a method for automatically moving the probe tip 8 to the target position will be described with reference to FIG.
FIG. 14A shows an image 91 obtained by viewing the target point 88 and the probe 86 with the first charged particle microscope, and FIG. 14B shows a positional relationship between the target point 88 and the probe 86 viewed with the second charged particle microscope. FIG. 6 is a schematic diagram of an image 92.

本実施例のように第1の荷電粒子顕微鏡がZ軸に対して傾斜した光軸を有し、第2の荷電粒子顕微鏡がXZ面内にあってZ軸に対して傾斜した光軸を有する場合、計算処理部は、第2の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から目標位置に対するプローブの先端のY方向の相対距離を求め、第1の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から目標位置に対するプローブの先端のX方向の相対距離を求め、第1の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像又は第2の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から目標位置に対するプローブの先端のZ軸方向の相対距離を求める。   As in this embodiment, the first charged particle microscope has an optical axis inclined with respect to the Z axis, and the second charged particle microscope has an optical axis that is in the XZ plane and inclined with respect to the Z axis. In this case, the calculation processing unit obtains the relative distance in the Y direction of the tip of the probe with respect to the target position from the microscope image of the second charged particle microscope, and X of the tip of the probe with respect to the target position from the microscope image of the first charged particle microscope. The relative distance in the direction is obtained, and the relative distance in the Z-axis direction of the tip of the probe with respect to the target position is obtained from the microscopic image of the first charged particle microscope or the microscopic image of the second charged particle microscope.

まず、第1の荷電粒子顕微鏡による画像91を用いて、試料85の目標点88が観察画像に入るように試料ステージを移動させ、プローブ86を観察視野内に入るようにプローブ駆動機構を動作させる。特に、目標点88が画像91中心にあれば、顕微鏡の倍率を拡大しても縮小しても、画像中心位置に目標点が位置しているので便利であるが、目標点88を画像91の中心に設定する必要は必ずしもない。   First, using the image 91 by the first charged particle microscope, the sample stage is moved so that the target point 88 of the sample 85 enters the observation image, and the probe driving mechanism is operated so that the probe 86 enters the observation field of view. . In particular, if the target point 88 is at the center of the image 91, it is convenient because the target point is located at the center of the image, regardless of whether the magnification of the microscope is enlarged or reduced. It is not always necessary to set the center.

第1の荷電粒子顕微鏡によるプローブ86先端のX座標、Z座標を計測した時点でプローブ86は決して移動させずに、第2の荷電粒子顕微鏡の画面に切り替える。なお、第1と第2の荷電粒子顕微鏡画像が別画面で同時に見える環境にあれば、画像を切り替える必要は無く、第2の荷電粒子顕微鏡の画像に注目する。   When the X and Z coordinates of the tip of the probe 86 measured by the first charged particle microscope are measured, the probe 86 is never moved and is switched to the screen of the second charged particle microscope. Note that if there is an environment in which the first and second charged particle microscope images can be viewed simultaneously on different screens, there is no need to switch the images, and attention is paid to the image of the second charged particle microscope.

次に、図14(b)のように第2の荷電粒子顕微鏡の画像92で、目標点88とプローブ86の先端を同一視野に入れる。顕微鏡の光軸は試料面に対して傾斜しているため、画面の上下(図14(a)、(b)におけるz方向)は、光軸の傾斜角に応じて圧縮された像となっている。しかし、図14(a)におけるx方向、図14(b)におけるy軸の長さは画像上の寸法と観察倍率によって導き出すことができる。また、z1及びz2は、各画像で得られる見かけ上のz座標である。 Next, as shown in FIG. 14B, the target point 88 and the tip of the probe 86 are placed in the same field of view in the image 92 of the second charged particle microscope. Since the optical axis of the microscope is tilted with respect to the sample surface, the top and bottom of the screen (the z direction in FIGS. 14A and 14B) are compressed images according to the tilt angle of the optical axis. Yes. However, the x direction in FIG. 14A and the length of the y axis in FIG. 14B can be derived from the dimensions on the image and the observation magnification. Z 1 and z 2 are apparent z coordinates obtained in each image.

z方向の座標は、画像上の寸法z1、z2と、観察倍率Mと、各光軸の傾斜角θ、φから、次式(2)によって求まる。
z=z1/Mcosθ=z2/Mcosφ (2)
The coordinates in the z direction are obtained by the following expression (2) from the dimensions z 1 and z 2 on the image, the observation magnification M, and the inclination angles θ and φ of each optical axis.
z = z 1 / Mcosθ = z 2 / Mcosφ (2)

図14に示したように、2つの荷電粒子顕微鏡によって、2種の画像が得られるが、共に傾斜した位置からの観察像であるため、例えば、図14(a)の画面でプローブをY軸方向に動作させると、画面内のプローブは上下方向に動いて見える。また、図14(b)の画面でX軸を動作させると上下方向に移動する。   As shown in FIG. 14, two types of images can be obtained by two charged particle microscopes. However, since both images are observed images from an inclined position, for example, the probe is placed on the Y axis on the screen of FIG. When operated in the direction, the probe in the screen appears to move up and down. Further, when the X axis is operated on the screen of FIG.

さらに、両画面共に、横方向に比べて縦方向に圧縮された像になっているため、画面で測定した縦方向距離は補正が必要になる。逆に、横方向の寸法が信頼でき、ピクセル数と倍率から距離が求まる。このように、プローブ86の先端を瞬時に目標箇所88に到達させるには、xyzの3軸を巧みに動作させなければならない。   Furthermore, since both screens are images compressed in the vertical direction compared to the horizontal direction, the vertical distance measured on the screen needs to be corrected. On the contrary, the horizontal dimension is reliable, and the distance is obtained from the number of pixels and the magnification. Thus, to make the tip of the probe 86 reach the target point 88 instantaneously, the three axes of xyz must be skillfully operated.

そこで、プローブを次のように動作させる。図15を用いて説明する。
図15(a)は第1の荷電粒子顕微鏡82で観た画像であり、退避位置から呼び出されたプローブ86と、目標位置88は画面内にある。目標位置88を原点とし、縦方向がZ軸で、横方向がX軸である。ここで、図15(b)のようにプローブ86をX軸に平行にZ軸に向かって移動させ、Z軸に到達すればプローブ動作を停止する。停止した状態のプローブは符号86aで示されている。この動作によって、プローブ86の先端はYZ面にあると言える。
Therefore, the probe is operated as follows. This will be described with reference to FIG.
FIG. 15A is an image viewed with the first charged particle microscope 82, and the probe 86 called from the retracted position and the target position 88 are within the screen. The target position 88 is the origin, the vertical direction is the Z axis, and the horizontal direction is the X axis. Here, as shown in FIG. 15B, the probe 86 is moved in parallel to the X axis toward the Z axis, and when reaching the Z axis, the probe operation is stopped. The stopped probe is indicated by reference numeral 86a. By this operation, it can be said that the tip of the probe 86 is in the YZ plane.

次に、図15(c)は、第2の荷電粒子顕微鏡でプローブ86aと目標位置88を観た画像である。縦方向がZ軸で、横方向がY軸である。ここで、プローブ86aをY軸に平行に、つまり、画面上真横に移動させ、Z軸、つまり目標位置を通る縦線向かって移動させる(図15(d))。Z軸に達した時、プローブ移動を停止する。この時のプローブを符号86bで示した。この操作によって、YZ面にあるプローブ先端は、YZ面内でZ軸、つまり、XZ面に向かって移動し、XZ面に達した時に停止させたので、プローブ86bはYZ面とXZ面の交線、まさしくZ軸上、つまり、目標箇所の前上に位置することになる。   Next, FIG. 15C is an image obtained by viewing the probe 86a and the target position 88 with the second charged particle microscope. The vertical direction is the Z axis and the horizontal direction is the Y axis. Here, the probe 86a is moved in parallel to the Y axis, that is, right side on the screen, and moved toward the Z axis, that is, a vertical line passing through the target position (FIG. 15D). When the Z axis is reached, the probe movement is stopped. The probe at this time is denoted by reference numeral 86b. By this operation, the probe tip on the YZ plane moves toward the Z axis in the YZ plane, that is, the XZ plane, and stops when the probe reaches the XZ plane. Therefore, the probe 86b crosses the YZ plane and the XZ plane. The line is located on the very Z axis, that is, in front of the target location.

最後に、プローブのZ軸のみを動作させて目標位置に接近させ、ついには目標位置に正確に接触させることができる。ここでの目標位置への移動速度は、実施例1で示したように、プローブ86bのZ値の90%をある程度早い速度で降下させ、残り10%の地点で減速させる。この時のプローブを図15(e)に符号86cで示した。最後に、プローブ86cを微速で降下させて目標位置88に接触させることができた。   Finally, only the Z axis of the probe is operated to approach the target position, and finally it can be brought into precise contact with the target position. As for the moving speed to the target position, 90% of the Z value of the probe 86b is lowered at a somewhat high speed and decelerated at the remaining 10% as shown in the first embodiment. The probe at this time is denoted by reference numeral 86c in FIG. Finally, the probe 86c was lowered at a slow speed so as to contact the target position 88.

このように、2つの荷電粒子顕微鏡の光軸が共に傾斜した構成の装置であっても、プローブを正確に、迅速に目標位置に接触させることができる。   As described above, even if the optical axes of the two charged particle microscopes are both inclined, the probe can be brought into contact with the target position accurately and quickly.

図13に示した実施形態例をさらに便利にするために、図16のように、上記の第1の荷電粒子顕微鏡81、第2の荷電粒子顕微鏡83に加え、Z軸上に第3の顕微鏡101として光学顕微鏡を設置した。このことで、第1の荷電粒子顕微鏡、第2の荷電粒子顕微鏡によるプローブ先端位置の高精度の位置出しと共に、低倍率の観察、パッシベーション膜下のパターンやウェーハのアラインメントを行なうことができる。   To make the embodiment shown in FIG. 13 more convenient, as shown in FIG. 16, in addition to the first charged particle microscope 81 and the second charged particle microscope 83, a third microscope on the Z axis is used. As 101, an optical microscope was installed. This enables high-precision positioning of the probe tip position by the first charged particle microscope and the second charged particle microscope, as well as observation at a low magnification, alignment of the pattern under the passivation film, and wafer alignment.

上述のように2つの荷電粒子顕微鏡を切り替えて使用することで、プローブ先端の空間位置を正確に知ることができ、試料上の目的位置に正確に移動させることができる。また、プローブの現在位置を把握できることで、移動速度を安心して設定でき、効率良く試料面の目標位置に移動することが可能となる。   As described above, by switching between the two charged particle microscopes, the spatial position of the probe tip can be accurately known and can be accurately moved to the target position on the sample. In addition, since the current position of the probe can be grasped, the moving speed can be set with peace of mind, and the probe can be efficiently moved to the target position on the sample surface.

[実施形態4]
本実施例は、プローブを上記実施例のように動作させるのに必要な操作画面(グラフィカル・ユーザ・インタフェイス)に関する実施例である。図17は、プローブ操作画面の一例を示す図である。
[Embodiment 4]
The present embodiment relates to an operation screen (graphical user interface) necessary for operating the probe as in the above-described embodiment. FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a probe operation screen.

この画像表示手段120は、プローブ操作画面121とステージ操作画面122を表示している。プローブ操作画面121には第1と第2の荷電粒子顕微鏡によるそれぞれの画像表示部123、124があり、それら画像表示部123にSEM像、SIM像、OM像(光学式顕微鏡像)、CAD(配線設計図)のメニューから画像表示内容を選択する画像選択部125がある。本実施例の場合、画像表示部123にはSIM選択ボタン126が活性化されてSIM画像が表示され、画像表示部124にはSEM選択ボタン127が選択されている。選択の仕方はこれに限ること無く、組合せは自由である。画像表示部123、124には各画像の観察倍率に相当する視野寸法設定部128a、128bを有している。   The image display unit 120 displays a probe operation screen 121 and a stage operation screen 122. The probe operation screen 121 includes image display units 123 and 124 by the first and second charged particle microscopes. The image display unit 123 includes SEM images, SIM images, OM images (optical microscope images), CAD ( There is an image selection unit 125 for selecting image display contents from the menu of the wiring design diagram). In the present embodiment, the SIM selection button 126 is activated on the image display unit 123 to display a SIM image, and the SEM selection button 127 is selected on the image display unit 124. The method of selection is not limited to this, and combinations are free. The image display units 123 and 124 have visual field dimension setting units 128a and 128b corresponding to the observation magnification of each image.

プローブ呼び出しボタン129は、退避位置にあるプローブを観察視野内に導入するためのボタンであり、計測ボタン130は、画像表示部123又は124で少なくともプローブ先端137と目標点88の2点を指定することで目標点88に対するプローブ先端137のプローブ駆動軸に沿った座標を計測する。画面上の計測箇所を指示する方法は、マウス、テンキー、タッチペン等、既存のポイントデバイスを用いる。画面上で指示した点はそれぞれプローブ移動座標系のうちの2軸成分に分けた座標とし、画面のピクセル数、観察倍率及び観察顕微鏡の光軸の傾斜角を考慮して実寸法に演算する。例えば、実施形態3の配置の場合、第1の画像表示部123aからは目標点を原点としたプローブ先端の相対的な座標(x,z)が、第2の画像表示部123aからプローブ先端座標(y,z)が明らかになり、プローブ先端の3次元的座標として(x,y,z)が得られる。移動ボタン131は、上記操作で求めたプローブ先端座標(x,y,z)を基にプローブを目標点88に移動することを指示するボタンである。さらに、退避ボタン132は、プローブを視野外で待機する位置に戻すことを指示する。プローブ移動によってプローブ先端が無事目標点に達すれば、画面上、接触停止サイン133が表示される。また、何らかの事故に遭った場合には緊急停止ボタン134を押釦することで全システムの安全を確保している。   The probe call button 129 is a button for introducing the probe at the retracted position into the observation visual field, and the measurement button 130 designates at least two points of the probe tip 137 and the target point 88 on the image display unit 123 or 124. Thus, the coordinates along the probe driving axis of the probe tip 137 with respect to the target point 88 are measured. An existing point device such as a mouse, a numeric keypad, or a touch pen is used as a method for designating a measurement location on the screen. Each point indicated on the screen is a coordinate divided into two-axis components in the probe movement coordinate system, and the actual size is calculated in consideration of the number of pixels on the screen, the observation magnification, and the tilt angle of the optical axis of the observation microscope. For example, in the case of the arrangement of the third embodiment, the relative coordinates (x, z) of the probe tip with the target point as the origin from the first image display unit 123a is the probe tip coordinate from the second image display unit 123a. (Y, z) becomes clear, and (x, y, z) is obtained as the three-dimensional coordinates of the probe tip. The movement button 131 is a button for instructing to move the probe to the target point 88 based on the probe tip coordinates (x, y, z) obtained by the above operation. Further, the retreat button 132 instructs to return the probe to a position where it waits outside the field of view. When the probe tip safely reaches the target point by moving the probe, a contact stop sign 133 is displayed on the screen. Further, in the event of any accident, the emergency stop button 134 is pushed to ensure the safety of the entire system.

次に、ステージ操作画面122について説明する。プローブの移動先である試料上の注目点88は、他の検査装置で得られた座標や予め明らかな座標を、ステージ操作画面122で3次元情報として入力する。この操作に当たっては、事前にウェーハのZ方向補正やチップ単位のアライメントが施されている。目標位置の座標135を入力後、ステージ動作ボタン136を押釦することで、ステージがX,Y方向に移動し、第1、第2の荷電粒子顕微鏡の視野が画像表示部123,124に表示される。   Next, the stage operation screen 122 will be described. For the point of interest 88 on the sample, which is the movement destination of the probe, the coordinates obtained by another inspection apparatus or previously known coordinates are input as three-dimensional information on the stage operation screen 122. In this operation, wafer Z-direction correction and chip-by-chip alignment are performed in advance. After inputting the coordinates 135 of the target position, pressing the stage operation button 136 moves the stage in the X and Y directions, and the visual fields of the first and second charged particle microscopes are displayed on the image display units 123 and 124. The

このような操作画面には、この他、多数の機能を盛り込むことは可能であるし、重複部は削除でき、操作画面は必ずしも同時に複数画面を表示する必要もないのは言うまでもない。   It is needless to say that such an operation screen can include a large number of other functions, duplicate portions can be deleted, and the operation screen does not necessarily have to display a plurality of screens at the same time.

[実施形態5]
上記実施例では複数の荷電粒子顕微鏡の光軸が試料面で交差する装置構成例を示したが、交差しない構成でも本発明は適用できる。本例では、図18に示すように、例えば第1の荷電粒子顕微鏡231の光軸232が試料233と垂直に交わり、第2の荷電粒子顕微鏡234の光軸235が試料233と垂直に交わらず、プローブ駆動手段236は試料ステージ237上に設置され、試料233と共に移動できる構成である。
[Embodiment 5]
In the above-described embodiment, an example of an apparatus configuration in which the optical axes of a plurality of charged particle microscopes intersect at the sample surface has been shown, but the present invention can also be applied to a structure that does not intersect. In this example, as shown in FIG. 18, for example, the optical axis 232 of the first charged particle microscope 231 intersects the sample 233 perpendicularly, and the optical axis 235 of the second charged particle microscope 234 does not intersect perpendicularly with the sample 233. The probe driving means 236 is installed on the sample stage 237 and can move together with the sample 233.

まず、第1の荷電粒子顕微鏡231でプローブ238のx,y座標(x3,y3)が求まり、ステージ移動後、第2の荷電粒子顕微鏡234の観察視野にプローブ238と目的位置を導入することで、プローブ238のX,Z座標(x3,z3)が判る。 First, the x and y coordinates (x 3 , y 3 ) of the probe 238 are obtained by the first charged particle microscope 231, and after moving the stage, the probe 238 and the target position are introduced into the observation field of view of the second charged particle microscope 234. Thus, the X and Z coordinates (x 3 , z 3 ) of the probe 238 are known.

このようにして試料面の目標位置に対するプローブ先端の相対的な3次元的座標(x3,y3,zh3)が判り、この情報をプローブ駆動手段236に送り、動作させることで、プローブ先端を目的位置に移動させることができる。 In this way, the relative three-dimensional coordinates (x 3 , y 3 , z h3 ) of the probe tip with respect to the target position on the sample surface are known, and this information is sent to the probe driving means 236 and operated, whereby the probe tip is operated. Can be moved to the target position.

[実施形態6]
上記本実施例では、複数の荷電粒子顕微鏡を搭載した例について説明したが、荷電粒子顕微鏡が一本の場合でも可能であることを図19で説明する。本実施例では、姿勢変更可能な荷電粒子顕微鏡141を一本のみ搭載して、試料室142内でプローブ143の動作ができ、荷電粒子顕微鏡141の光軸144と試料ステージ145に載置された試料146面との交点がずれないように光軸が可変できる機構(図示せず)を有した装置構成である。また、荷電粒子顕微鏡141の光軸144が試料146の面に垂直の時であっても、傾斜していてもプローブ143が荷電粒子顕微鏡141,141’の視野に入るように構成されている。
[Embodiment 6]
In the present embodiment, an example in which a plurality of charged particle microscopes are mounted has been described. However, FIG. 19 illustrates that even a single charged particle microscope can be used. In this embodiment, only one charged particle microscope 141 whose posture can be changed is mounted, the probe 143 can be operated in the sample chamber 142, and placed on the optical axis 144 and the sample stage 145 of the charged particle microscope 141. This is an apparatus configuration having a mechanism (not shown) that can change the optical axis so that the intersection with the surface of the sample 146 does not shift. Further, the probe 143 is configured to enter the field of view of the charged particle microscopes 141 and 141 ′ even when the optical axis 144 of the charged particle microscope 141 is perpendicular to the surface of the sample 146 or is inclined.

光軸144が試料146の面に垂直にある時、プローブ143の先端を観察すると、プローブ先端の座標(x4,y4)は上述と同様の方法で求まる。次に、光軸を元の位置に対して角度ω分傾斜させてプローブ先端を観察し、プローブ先端の座標(x4,z4)を求める。このz4値と、光軸傾斜角ωからプローブの実際の高さzh4を上述と同様に求めることができる。これらの作業により、プローブ先端の座標(x4,y4,zh4)を求めることができる。この座標を用いて、プローブ143を試料146上の目標位置に移動させることができる。具体的な動作手順については上記実施例で示した方法と同じでよい。 When the tip of the probe 143 is observed when the optical axis 144 is perpendicular to the surface of the sample 146, the coordinates (x 4 , y 4 ) of the probe tip can be obtained by the same method as described above. Next, the probe tip is observed by tilting the optical axis by an angle ω with respect to the original position, and coordinates (x 4 , z 4 ) of the probe tip are obtained. From this z 4 value and the optical axis tilt angle ω, the actual height z h4 of the probe can be obtained in the same manner as described above. With these operations, the coordinates (x 4 , y 4 , z h4 ) of the probe tip can be obtained. Using these coordinates, the probe 143 can be moved to a target position on the sample 146. The specific operation procedure may be the same as the method shown in the above embodiment.

同一光学系で光路を変えて観察する従来技術としてビームを大角度に偏向してプローブ先端を違った方向から観察することも考えられるが、この場合、FIBやSEMの偏向角は高々数°であるためプローブ先端の3次元座標を正確に計測することができない。観察角を大きく違えることができる本方法は、求めた座標位置誤差を小さくできる利点を有する。   It is conceivable to observe the tip of the probe from a different direction by deflecting the beam at a large angle as a conventional technique for changing the optical path with the same optical system, but in this case, the deflection angle of FIB or SEM is at most several degrees. Therefore, the three-dimensional coordinates of the probe tip cannot be measured accurately. The present method that can greatly change the observation angle has an advantage that the obtained coordinate position error can be reduced.

[実施形態7]
本実施例は、実施例1で示したプローブ移動方法に関連し、特にプローブ先端と目標位置を画像から画像抽出して、その相対位置関係を自動計測することで、目標位置の指定とプローブ移動完了までの間の工程を簡略化させた例である。図20を用いて説明する。
[Embodiment 7]
The present embodiment relates to the probe moving method shown in the first embodiment, and in particular, the probe tip and the target position are extracted from the image, and the relative position relationship is automatically measured, thereby specifying the target position and moving the probe. This is an example in which the process until completion is simplified. This will be described with reference to FIG.

操作者は、画像表示手段において目的位置の座標(x0, y0)を入力し(S31)、ステージ移動の指示をする。これにより、演算処理器はステージ制御系に指令し、目標点が荷電粒子顕微鏡の観察視野内に入るようにステージが移動し停止する。ステージの停止後、もしくは移動時に、退避状態にあるプローブにもその先端が観察視野内に入るようにプローブ駆動制御系に並行して指令する。この時、目標点が視野中心近くにあるが、プローブ先端は目標点とプローブが重ならない視野内の位置が好ましい。プローブ及びステージの停止後、目標点とプローブ先端が共存する画像を2方向からの顕微鏡観察によって取得し、画像認識によりプローブ先端の目標点に対する相対座標を取得する。取得した時点で、画像表示部のプローブ操作画面にプローブ移動可能状態であることを表示するように演算処理器から命令する。 The operator inputs the coordinates (x 0 , y 0 ) of the target position on the image display means (S31), and instructs the stage movement. As a result, the arithmetic processor commands the stage control system, and the stage moves and stops so that the target point falls within the observation field of view of the charged particle microscope. After the stage is stopped or moved, the probe driving control system is commanded in parallel so that the probe in the retracted state also enters the observation field of view. At this time, the target point is close to the center of the visual field, but the probe tip is preferably located in the visual field where the target point and the probe do not overlap. After stopping the probe and the stage, an image in which the target point and the probe tip coexist is acquired by microscopic observation from two directions, and relative coordinates of the probe tip with respect to the target point are acquired by image recognition. At the time of acquisition, the arithmetic processing unit is instructed to display on the probe operation screen of the image display unit that the probe is movable.

操作者は、画像表示部に表示されたステージ移動完了と、プローブが移動可能である表示を確認した後、プローブ移動の命令を与えるジョグボタンを押す(S32)。演算処理器は、先に得たプローブ先端の相対座標をプローブ駆動制御系に送り、XYZ軸のそれぞれの微動機構を動作させ、プローブ先端の座標と目標点が一致した時点でプローブ移動を停止させる(S33)。   After confirming the completion of the stage movement displayed on the image display unit and the display indicating that the probe is movable, the operator presses a jog button that gives a probe movement command (S32). The arithmetic processor sends the relative coordinates of the probe tip obtained earlier to the probe drive control system, operates the fine movement mechanisms of the XYZ axes, and stops the probe movement when the coordinates of the probe tip coincide with the target point. (S33).

このように、操作者は目標点の入力とプローブ移動の命令ボタン操作のみでプローブを目標点に移動させることができる。この操作を行なう画像表示部の例を図21に示す。画像表示部161には、ステージ操作画面162とプローブ操作画面163の少なくとも一方が表示されており、ステージ操作画面162には目標点の座標を入力する座標入力部164及びステージ移動ボタン165が少なくとも配置されており、プローブ操作画面163には顕微鏡画面166a、166b、プローブ移動ボタン167、移動完了表示部168が少なくとも配置されている。   Thus, the operator can move the probe to the target point only by inputting the target point and operating the command button for moving the probe. An example of an image display unit for performing this operation is shown in FIG. At least one of a stage operation screen 162 and a probe operation screen 163 is displayed on the image display unit 161, and at least a coordinate input unit 164 for inputting the coordinates of the target point and a stage movement button 165 are arranged on the stage operation screen 162. The probe operation screen 163 includes at least a microscope screen 166a, 166b, a probe movement button 167, and a movement completion display section 168.

上述のような操作者による画面操作の間、演算処理器は、ステージ制御系、プローブ駆動制御系、画像からの2点の計測を指示、確認して連続したフローを処理している。   During the screen operation by the operator as described above, the arithmetic processor instructs and confirms measurement of two points from the stage control system, the probe drive control system, and the image, and processes a continuous flow.

なお、上述の実施例においては、試料は一旦観察画面内に入れば殆ど停止状態で、プローブを積極的に動作させて目的点に移動させる方法を示してきたが、本発明の趣旨から、本実施例に限定されることは無く、視野内に入ったプローブを殆ど停止状態とし、ステージを積極的に動作させて、試料面の目標点をプローブ先端に移動させる方法も適用できる。   In the above-described embodiments, the method has been described in which the sample is almost stopped once entering the observation screen, and the probe is actively operated to move to the target point. The present invention is not limited to this embodiment, and a method of moving the target point on the sample surface to the tip of the probe by moving the stage positively while almost stopping the probe entering the field of view is also applicable.

[実施形態8]
別の実施例を図22で説明する。図22におけるプローブ付き顕微鏡171は、試料172面に対して垂直と傾斜状態に可変な第1の荷電粒子顕微鏡173と、垂直に固定された第2の荷電粒子顕微鏡174が互いの光軸175,176が試料172面で交わることがないように離間して搭載され、プローブ177は第1の荷電粒子顕微鏡173下で動作するように配置され、また、試料172は第1の荷電粒子顕微鏡173と第2の荷電粒子顕微鏡174で観察できるよう試料ステージ178が往復できる構成になっている。特に、本実施例では第1の荷電粒子顕微鏡173としてSEM、第2の荷電粒子顕微鏡174としてFIBを用いた。本装置の用途は、SEM(第1の荷電粒子顕微鏡)173’で試料172である半導体デバイスの表面を観察し、配線の不良部分を試料172面に垂直方向からのSEM観察で行ない、CADによる配線を表示しながらSEMによる実体の観察像を表示して、断線部や短絡部を探索する。その後、試料ステージ178を移動させ、不良部に対してFIB(第2の荷電粒子顕微鏡)174による配線接続作業や不要部の削除作業を行なう。再度ステージ178をSEM173’に戻して、加工領域の電気特性を確認するためにプローブ177を試料172の配線に触針して計測する。プローブ177を特定の配線に触針する時に本発明のプローブ移動の技術を用いることで、プローブを目標位置に正確に、かつ、より迅速に移動することができる。
[Embodiment 8]
Another embodiment will be described with reference to FIG. The probe-equipped microscope 171 in FIG. 22 includes a first charged particle microscope 173 that can be changed in a vertical and inclined state with respect to the surface of the sample 172, and a second charged particle microscope 174 that is fixed vertically. 176 is mounted so as not to cross the surface of the sample 172, the probe 177 is arranged to operate under the first charged particle microscope 173, and the sample 172 is connected to the first charged particle microscope 173. The sample stage 178 can be reciprocated so that it can be observed with the second charged particle microscope 174. In particular, in this example, SEM was used as the first charged particle microscope 173, and FIB was used as the second charged particle microscope 174. The purpose of this apparatus is to observe the surface of the semiconductor device, which is the sample 172, with a SEM (first charged particle microscope) 173 ′, and observe the defective portion of the wiring by SEM from the direction perpendicular to the surface of the sample 172. While displaying the wiring, display the observation image of the substance by SEM, and search for the disconnection or short circuit. Thereafter, the sample stage 178 is moved, and wiring connection work and unnecessary part deletion work by the FIB (second charged particle microscope) 174 are performed on the defective part. The stage 178 is returned to the SEM 173 ′ again, and the probe 177 is contacted with the wiring of the sample 172 and measured in order to confirm the electrical characteristics of the processing region. By using the probe moving technique of the present invention when the probe 177 is touched to a specific wiring, the probe can be accurately and more quickly moved to the target position.

図23は、図22に示すプローブ付き顕微鏡171が備える、試料172やプローブ177を観察・操作する画像表示部181の例を示している。本実施例は、第1の荷電粒子顕微鏡の下に複数のプローブ177a,177bが設置された例を示し、画像表示部181に表示されるプローブ操作画面182には、試料の構造を示すコンピュータ設計図画面183及び第1の荷電粒子顕微鏡によるSEM画像185が、画像選択部184で選択されて表示されている。プローブ操作画面にあるプローブ選択部186で、第1プローブ177aを選択し、コンピュータ設計図画面183で測定すべき箇所をポインタ187で指定することにより、プローブ177aが測定すべき目標プラグ188aに移動する。必要なら、この動作はSEM画面185で観察することができる。目標プラグ188aに第1のプローブ177aが接触すると、接触表示部189が変色する。同様に、他の測定点についてもプローブ選択部186で第2のプローブを選択し、コンピュータ設計図画面183で測定位置指定することにより、第2のプローブ177bが移動して目標位置190に接触する。   FIG. 23 shows an example of an image display unit 181 for observing and operating the sample 172 and the probe 177 provided in the probe-equipped microscope 171 shown in FIG. The present embodiment shows an example in which a plurality of probes 177a and 177b are installed under the first charged particle microscope, and the probe operation screen 182 displayed on the image display unit 181 shows a computer design indicating the structure of the sample. The SEM image 185 by the figure screen 183 and the first charged particle microscope is selected and displayed by the image selection unit 184. The probe selection unit 186 on the probe operation screen selects the first probe 177a and designates the position to be measured on the computer design drawing screen 183 with the pointer 187, so that the probe 177a moves to the target plug 188a to be measured. . If necessary, this behavior can be observed on the SEM screen 185. When the first probe 177a comes into contact with the target plug 188a, the contact display portion 189 changes color. Similarly, for other measurement points, the second probe 177b moves and contacts the target position 190 by selecting the second probe with the probe selection unit 186 and designating the measurement position on the computer design drawing screen 183. .

これらの作業流れは一意的に限定されるものではなく、第1、第2のプローブについて移動先を指定し、第2の荷電粒子顕微鏡で各プローブ先端の座標を計測して、両プローブを同時に動作させてもよい。   These workflows are not uniquely limited. Specify the destination for the first and second probes, measure the coordinates of each probe tip with the second charged particle microscope, It may be operated.

このようにして、本発明による複数の顕微鏡もしくは1本の顕微鏡の観察方向を変えることでプローブ先端の3次元的座標を把握する方法により、微小領域の電気計測も簡便に正確に、短時間で行なえるようになる。   Thus, by measuring the three-dimensional coordinates of the probe tip by changing the observation direction of a plurality of microscopes or a single microscope according to the present invention, electrical measurement of a minute region can be performed easily and accurately in a short time. You can do it.

[実施形態9]
本実施例のプローブ付き顕微鏡における第1の荷電粒子顕微鏡と第2の荷電粒子顕微鏡の配置は、図12に類似しているが、第1の荷電粒子顕微鏡の光軸が、XY平面内においてY軸と角度ηを成すW軸とZ軸によって作られるWZ平面にある点のみが異なっている。
[Embodiment 9]
The arrangement of the first charged particle microscope and the second charged particle microscope in the microscope with a probe of the present embodiment is similar to FIG. 12, but the optical axis of the first charged particle microscope is Y in the XY plane. The only difference is in the WZ plane formed by the W and Z axes that form an angle η with the axis.

すなわち、第1及び第2の荷電粒子顕微鏡は、試料面上でプローブ6が接触すべき目標点23を原点とし、試料面に垂直方向をZ軸とした直交3軸のXYZ座標系にあり、プローブも同じ直交3軸に沿って移動できる。第1の荷電粒子顕微鏡の光軸は、XY平面内においてY軸と角度ηを成すW軸とZ軸によって作られるWZ平面にあって、原点を通りW軸と角度θをなしている。また、第2の荷電粒子顕微鏡の光軸は、XZ平面にあって、原点を通ってX軸と角度φをなしている。図24に、Z軸方向から見た、ステージ座標系に対するプローブ付き顕微鏡の第1及び第2の荷電粒子顕微鏡の光軸とプローブの関係を示す。   That is, the first and second charged particle microscopes are in an XYZ coordinate system of three orthogonal axes with the target point 23 to be contacted by the probe 6 on the sample surface as the origin and the Z axis as the direction perpendicular to the sample surface. The probe can also move along the same three orthogonal axes. The optical axis of the first charged particle microscope is in the WZ plane formed by the W axis and the Z axis that form an angle η with the Y axis in the XY plane, and forms an angle θ with the W axis through the origin. The optical axis of the second charged particle microscope lies on the XZ plane and forms an angle φ with the X axis through the origin. FIG. 24 shows the relationship between the optical axes of the first and second charged particle microscopes of the microscope with a probe and the probe with respect to the stage coordinate system as seen from the Z-axis direction.

本実施例の場合、プローブ6先端のy座標は、実施形態3と同様に、第2の荷電粒子顕微鏡の観察画像から求めることができる。プローブ6先端のx座標は、次のようにして求めることができる。いま、第1の荷電粒子顕微鏡の観察画像において、見かけのx座標値をaとすると、幾何学的な関係からx座標値はa、y及び角度ηと次のような関係を有する。
a=xcosη+ysinη
In the case of this example, the y coordinate of the tip of the probe 6 can be obtained from the observation image of the second charged particle microscope, as in the third embodiment. The x coordinate of the tip of the probe 6 can be obtained as follows. Now, in the observation image of the first charged particle microscope, if the apparent x coordinate value is a, the x coordinate value has the following relationship with a, y, and angle η from the geometrical relationship.
a = xcosη + ysinη

従って、XYZ座標系におけるx座標は、観察倍率をMとして、次式(3)で表される。
x=(a−ysinη)/Mcosη (3)
Therefore, the x coordinate in the XYZ coordinate system is expressed by the following equation (3), where M is the observation magnification.
x = (a−ysinη) / Mcosη (3)

また、プローブ先端のz座標は、実施形態3で説明したように、観察画像でのz間隔をcosθで除した値と観察倍率によって決まる。   Further, as described in Embodiment 3, the z coordinate of the probe tip is determined by the value obtained by dividing the z interval in the observation image by cos θ and the observation magnification.

このように、2本の荷電粒子顕微鏡が、相互に直交関係にない場合であっても、試料上の目標位置に対するプローブ先端の3次元的な相対位置を求め、その情報をもとに、プローブを駆動して、プローブ先端を試料上の目標位置に接触させることができる。   As described above, even when the two charged particle microscopes are not orthogonal to each other, the three-dimensional relative position of the probe tip with respect to the target position on the sample is obtained, and the probe is based on the information. To drive the probe tip into contact with the target position on the sample.

以上、図2、図10、図13、図16、図18、図19、図22などの装置形態を例に、本発明によって、真空試料室内にあるプローブの先端を試料上の所望の位置に正確に接触できることを示した。本発明によるプローブ先端位置を正確に検知する方法を用いることで、例えば、特許文献1に示されている電子顕微鏡の試料作製方法がより正確に、短時間で出来るようになり、また、画像認識などを利用することで自動化ができる効果をもたらす。   As described above, by taking the apparatus configuration shown in FIGS. 2, 10, 13, 16, 18, 19, 22 and so on as an example, according to the present invention, the tip of the probe in the vacuum sample chamber is placed at a desired position on the sample. It was shown that contact can be made accurately. By using the method for accurately detecting the probe tip position according to the present invention, for example, the electron microscope sample preparation method disclosed in Patent Document 1 can be performed more accurately and in a short time, and image recognition can be performed. The effect that can be automated by using such as.

さらには、試料室内に設置されたプローブ数が複数の場合でも、上述の方法は適用でき、例えば、特許3577839号(特許文献6)に開示されている微細領域の電気特性計測にも適用できる。   Furthermore, even when the number of probes installed in the sample chamber is plural, the above-described method can be applied. For example, it can be applied to the measurement of electrical characteristics of a fine region disclosed in Japanese Patent No. 3577839 (Patent Document 6).

本発明の装置構成例を示す模式図。The schematic diagram which shows the apparatus structural example of this invention. ステージの座標系、顕微鏡の光軸、プローブの座標系の関係を示す模式図。The schematic diagram which shows the relationship between the coordinate system of a stage, the optical axis of a microscope, and the coordinate system of a probe. 装置の概略を説明する図。The figure explaining the outline of an apparatus. プローブ先端を目標点に移動させるための手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure for moving a probe front-end | tip to a target point. プローブ先端の3次元座標を求める際の手順を説明する図。The figure explaining the procedure at the time of calculating | requiring the three-dimensional coordinate of a probe front-end | tip. プローブ先端を目標点に移動させる最終段階の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the last stage which moves a probe front-end | tip to a target point. ステージの座標系、顕微鏡の光軸、プローブの座標系の関係を示す模式図。The schematic diagram which shows the relationship between the coordinate system of a stage, the optical axis of a microscope, and the coordinate system of a probe. 本発明の別の装置構成例を示す平面模式図。The plane schematic diagram which shows another apparatus structural example of this invention. プローブ先端の3次元座標を求める際の手順を説明する図。The figure explaining the procedure at the time of calculating | requiring the three-dimensional coordinate of a probe front-end | tip. 本発明の別の装置構成例を示す平面模式図。The plane schematic diagram which shows another apparatus structural example of this invention. プローブ接触検知方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows a probe contact detection method. プローブの座標系、ステージの座標系の関係を説明する図。The figure explaining the relationship between the coordinate system of a probe and the coordinate system of a stage. 本発明の別の装置構成例を示す模式図。The schematic diagram which shows another apparatus structural example of this invention. プローブ先端の座標を求める方法を説明する図。The figure explaining the method of calculating | requiring the coordinate of a probe front-end | tip. プローブの動きを説明する図。The figure explaining the movement of a probe. 本発明の別の装置構成例を示す模式図。The schematic diagram which shows another apparatus structural example of this invention. プローブ動作指令を行なう画像表示部の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the image display part which performs a probe operation command. 本発明の別の装置構成例を示す模式図。The schematic diagram which shows another apparatus structural example of this invention. 本発明の別の装置構成を示す模式図。The schematic diagram which shows another apparatus structure of this invention. 簡便なプローブ移動手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the simple probe movement procedure. プローブ動作指令を簡便にする画像表示部の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the image display part which simplifies a probe operation command. 複数のプローブを有する顕微鏡の装置構成例を示す模式図。The schematic diagram which shows the apparatus structural example of the microscope which has a some probe. 複数のプローブを有する顕微鏡における画像表示部の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the image display part in the microscope which has a some probe. ステージ座標系に対する顕微鏡の光軸とプローブの関係を示す上面図。The top view which shows the relationship between the optical axis of a microscope with respect to a stage coordinate system, and a probe.

符号の説明Explanation of symbols

2:試料、4:第1の荷電粒子顕微鏡、5:第2の荷電粒子顕微鏡、6:プローブ、18:画像表示部、23:目標点、120:画像表示手段、121:プローブ操作画面、122:ステージ操作画面、123:第1顕微鏡画像、124:第2顕微鏡画像 2: sample, 4: first charged particle microscope, 5: second charged particle microscope, 6: probe, 18: image display unit, 23: target point, 120: image display means, 121: probe operation screen, 122 : Stage operation screen, 123: First microscope image, 124: Second microscope image

Claims (18)

XYZ直交座標系内において試料を載置してXY方向に移動可能な試料ステージと、
前記試料ステージの移動を制御するステージ制御系と、
第1の荷電粒子顕微鏡と、
前記第1の荷電粒子顕微鏡の光軸に対して傾斜した光軸を有する第2の荷電粒子顕微鏡と、
機械的なプローブと、
前記プローブを駆動するプローブ駆動機構と、
前記第1の荷電粒子顕微鏡による顕微鏡画像及び第2の荷電粒子顕微鏡による顕微鏡画像を同時に又は切り替えて表示する画像表示手段と、
前記第1の荷電粒子顕微鏡、前記第2の荷電粒子顕微鏡、前記ステージ制御系及び前記プローブ駆動機構を制御する計算処理部とを有し、
前記計算処理部は、試料上の目標位置と前記プローブの先端とが入った前記第1の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像と、試料上の前記目標位置と前記プローブの先端とが入った前記第2の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像とから、前記目標位置に対する前記プローブの先端の3次元的な相対位置を求める計測機能を有することを特徴とするプローブ付き顕微鏡。
A sample stage that can be moved in the XY direction by placing the sample in an XYZ rectangular coordinate system;
A stage control system for controlling the movement of the sample stage;
A first charged particle microscope;
A second charged particle microscope having an optical axis inclined with respect to the optical axis of the first charged particle microscope;
A mechanical probe,
A probe driving mechanism for driving the probe;
Image display means for displaying a microscope image by the first charged particle microscope and a microscope image by the second charged particle microscope simultaneously or by switching;
A calculation processing unit that controls the first charged particle microscope, the second charged particle microscope, the stage control system, and the probe driving mechanism;
The calculation processing unit includes a microscope image of the first charged particle microscope in which the target position on the sample and the tip of the probe are entered, and the second in which the target position on the sample and the tip of the probe are entered. A probe-equipped microscope having a measurement function for obtaining a three-dimensional relative position of the tip of the probe with respect to the target position from a microscope image of the charged particle microscope.
請求項1記載のプローブ付き顕微鏡において、前記第1の荷電粒子顕微鏡はZ軸に平行な光軸を有し、前記第2の荷電粒子顕微鏡はZ軸に対して傾斜した光軸を有し、
前記計算処理部は、前記第1の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から前記目標位置に対する前記プローブの先端のXY方向の相対距離を求め、前記第2の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から前記目標位置に対する前記プローブの先端のZ軸方向の相対距離を求めることを特徴とするプローブ付き顕微鏡。
The microscope with a probe according to claim 1, wherein the first charged particle microscope has an optical axis parallel to the Z axis, and the second charged particle microscope has an optical axis inclined with respect to the Z axis,
The calculation processing unit obtains a relative distance in the XY direction of the tip of the probe with respect to the target position from the microscope image of the first charged particle microscope, and the microscope with respect to the target position from the microscope image of the second charged particle microscope. A probe-equipped microscope characterized by obtaining a relative distance in the Z-axis direction of the tip of the probe.
請求項1記載のプローブ付き顕微鏡において、前記第1の荷電粒子顕微鏡はZ軸に対して傾斜した光軸を有し、前記第2の荷電粒子顕微鏡はXZ面内にあってZ軸に対して傾斜した光軸を有し、
前記計算処理部は、前記第2の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から前記目標位置に対する前記プローブの先端のY方向の相対距離を求め、前記第1の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から前記目標位置に対する前記プローブの先端のX方向の相対距離を求め、前記第1の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像又は前記第2の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から前記目標位置に対する前記プローブの先端のZ軸方向の相対距離を求めることを特徴とするプローブ付き顕微鏡。
2. The microscope with a probe according to claim 1, wherein the first charged particle microscope has an optical axis inclined with respect to the Z axis, and the second charged particle microscope is in the XZ plane and is relative to the Z axis. With an inclined optical axis,
The calculation processing unit obtains a relative distance in the Y direction of the tip of the probe with respect to the target position from the microscope image of the second charged particle microscope, and the microscope with respect to the target position from the microscope image of the first charged particle microscope. The relative distance in the X direction of the tip of the probe is obtained, and the relative distance in the Z-axis direction of the tip of the probe with respect to the target position from the microscope image of the first charged particle microscope or the microscope image of the second charged particle microscope. What is required is a microscope with a probe.
請求項3記載のプローブ付き顕微鏡において、前記第1の荷電粒子顕微鏡の光軸はYZ面内にあることを特徴とするプローブ付き顕微鏡。   4. The microscope with a probe according to claim 3, wherein the optical axis of the first charged particle microscope is in the YZ plane. 請求項1記載のプローブ付き顕微鏡において、前記第1の荷電粒子顕微鏡と前記第2の荷電粒子顕微鏡は、試料の略同一箇所を観察するように配置されていることを特徴とするプローブ付き顕微鏡。   The microscope with a probe according to claim 1, wherein the first charged particle microscope and the second charged particle microscope are arranged so as to observe substantially the same part of the sample. 請求項5記載のプローブ付き顕微鏡において、前記第1の荷電粒子顕微鏡を、前記試料の観察点を中心に傾斜する機構を有することを特徴とするプローブ付き顕微鏡。   6. The probe-equipped microscope according to claim 5, further comprising a mechanism for tilting the first charged particle microscope about an observation point of the sample. 請求項1記載のプローブ付き顕微鏡において、前記第1の荷電粒子顕微鏡と前記第2の荷電粒子顕微鏡は、相互の光軸が試料面で交差しない位置に配置され、試料の同一箇所を前記第1の荷電粒子顕微鏡と前記第2の荷電粒子顕微鏡で観察できるように前記試料ステージが往復する構造であることを特徴とするプローブ付き顕微鏡。   2. The microscope with a probe according to claim 1, wherein the first charged particle microscope and the second charged particle microscope are arranged at positions where their optical axes do not intersect with each other on the sample surface, A probe-equipped microscope characterized by having a structure in which the sample stage is reciprocated so that the sample stage can be observed with the charged particle microscope and the second charged particle microscope. 請求項1記載のプローブ付き顕微鏡において、前記計算処理部は、前記目標位置に対する前記プローブの先端の3次元的な相対位置情報をもとに、前記プローブ駆動機構又は前記試料ステージの移動を制御するステージ制御系に指示して前記プローブ先端を前記目標地点に接触させるプローブ接触機能を有することを特徴とするプローブ付き顕微鏡。   The microscope with a probe according to claim 1, wherein the calculation processing unit controls movement of the probe driving mechanism or the sample stage based on three-dimensional relative position information of the tip of the probe with respect to the target position. A probe-equipped microscope having a probe contact function for instructing a stage control system to bring the probe tip into contact with the target point. 請求項1記載のプローブ付き顕微鏡において、前記画像表示手段は、表示された顕微鏡画像を基に前記目標位置に対する前記プローブの先端の3次元的な相対位置の計測を指示する計測指示部を有し、前記計算処理部は、前記計測指示部に指示入力があったとき、前記計測機能を働かせることを特徴とするプローブ付き顕微鏡。   2. The microscope with a probe according to claim 1, wherein the image display unit includes a measurement instruction unit that instructs measurement of a three-dimensional relative position of the tip of the probe with respect to the target position based on the displayed microscope image. The calculation processing section activates the measurement function when an instruction is input to the measurement instruction section. 請求項8記載のプローブ付き顕微鏡において、前記画像表示手段はプローブアクセス指示部を有し、前記計算処理部は、当該プローブアクセス指示部に指示入力があったとき前記プローブ接触機能を働かせることを特徴とするプローブ付き顕微鏡。   9. The microscope with a probe according to claim 8, wherein the image display means has a probe access instruction section, and the calculation processing section activates the probe contact function when an instruction is input to the probe access instruction section. A microscope with a probe. 請求項1記載のプローブ付き顕微鏡において、前記画像表手段は、前記第1の荷電粒子顕微鏡による顕微鏡画像及び前記第2の荷電粒子顕微鏡による顕微鏡画像によって前記プローブの先端部分の形状を登録する形状登録指示部を有することを特徴とするプローブ付き顕微鏡。   2. The microscope with a probe according to claim 1, wherein the image table means registers a shape of a tip portion of the probe based on a microscope image obtained by the first charged particle microscope and a microscope image obtained by the second charged particle microscope. A microscope with a probe, characterized by having an indicator. 請求項11記載のプローブ付き顕微鏡において、前記計算処理手段は、記憶した前記プローブの先端部分の画像情報を基にして、顕微鏡画像からプローブ先端位置を識別する機能を有することを特徴とするプローブ付き顕微鏡。   12. The microscope with a probe according to claim 11, wherein the calculation processing means has a function of identifying a probe tip position from a microscope image based on the stored image information of the tip of the probe. microscope. XYZ直交座標系内をXY方向に移動可能な試料ステージに載置された試料上の目標位置にプローブの先端を接触させるプローブ接触方法において、
第1の荷電粒子顕微鏡によって前記試料上の目標位置と前記プローブの先端が入った第1の顕微鏡画像を取得し、
前記第1の荷電粒子顕微鏡の光軸に対して傾斜した光軸を有する第2の荷電粒子顕微鏡によって前記試料上の目標位置と前記プローブの先端が入った第2の顕微鏡画像を取得し、
前記第1の顕微鏡画像及び前記第2の顕微鏡画像をもとに、前記試料上の目標位置に対する前記プローブの先端の3次元的な相対位置を求めることを特徴とするプローブ接触方法。
In a probe contact method in which the tip of a probe is brought into contact with a target position on a sample placed on a sample stage movable in an XY direction in an XYZ orthogonal coordinate system,
Obtaining a first microscope image containing a target position on the sample and a tip of the probe by a first charged particle microscope;
A second charged particle microscope having an optical axis inclined with respect to the optical axis of the first charged particle microscope obtains a second microscope image containing a target position on the sample and the tip of the probe;
A probe contact method, wherein a three-dimensional relative position of a tip of the probe with respect to a target position on the sample is obtained based on the first microscope image and the second microscope image.
請求項13記載のプローブ接触方法において、前記第1の荷電粒子顕微鏡はZ軸に平行な光軸を有し、前記第2の荷電粒子顕微鏡はZ軸に対して傾斜した光軸を有し、
前記第1の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から前記目標位置に対する前記プローブの先端のXY方向の相対距離を求め、前記第2の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から前記目標位置に対する前記プローブの先端のZ軸方向の相対距離を求めることを特徴とするプローブ接触方法。
The probe contact method according to claim 13, wherein the first charged particle microscope has an optical axis parallel to the Z axis, and the second charged particle microscope has an optical axis inclined with respect to the Z axis,
The relative distance in the XY direction of the tip of the probe with respect to the target position is obtained from the microscope image of the first charged particle microscope, and the Z axis of the tip of the probe with respect to the target position is obtained from the microscope image of the second charged particle microscope. A probe contact method characterized by obtaining a relative distance in a direction.
請求項14記載のプローブ接触方法において、前記第2の荷電粒子顕微鏡の光軸がXZ面内にあってX軸と角度θをなしており、観察倍率がMであるとき、前記第2の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から求められる前記目標位置に対する前記プローブの先端のZ軸方向の見かけの距離をZとするとき、前記Z軸方向の相対距離Zを次式から求めることを特徴とするプローブ接触方法。
=Z/Mcosθ
15. The probe contact method according to claim 14, wherein when the optical axis of the second charged particle microscope is in the XZ plane and forms an angle θ with the X axis and the observation magnification is M, the second charged particle microscope is used. when the distance in the Z axis direction of the apparent tip of the probe to the target position obtained from the particle microscope microscopic image and Z 2, and obtaining the relative distance Z h of the Z-axis direction from: Probe contact method.
Z h = Z 2 / Mcosθ
請求項13記載のプローブ接触方法において、前記第1の荷電粒子顕微鏡はZ軸に対して傾斜した光軸を有し、前記第2の荷電粒子顕微鏡はXZ面にあってZ軸に対して傾斜した光軸を有し、
前記第2の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から前記目標位置に対する前記プローブの先端のY方向の相対距離を求め、前記第1の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から前記目標位置に対する前記プローブの先端のX方向の相対距離を求め、前記第1の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像又は前記第2の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から前記目標位置に対する前記プローブの先端のZ軸方向の相対距離を求めることを特徴とするプローブ接触方法。
14. The probe contact method according to claim 13, wherein the first charged particle microscope has an optical axis inclined with respect to the Z axis, and the second charged particle microscope is in the XZ plane and inclined with respect to the Z axis. Optical axis,
The relative distance in the Y direction of the tip of the probe with respect to the target position is obtained from the microscope image of the second charged particle microscope, and the X direction of the tip of the probe with respect to the target position is obtained from the microscope image of the first charged particle microscope. The relative distance in the Z-axis direction of the tip of the probe with respect to the target position is obtained from the microscope image of the first charged particle microscope or the microscope image of the second charged particle microscope. Probe contact method.
請求項16記載のプローブ接触方法において、前記第1の荷電粒子顕微鏡の光軸はXY平面内においてY軸と角度ηを成すW軸とZ軸によって作られるWZ平面にあって前記W軸と角度θをなし、前記第2の荷電粒子顕微鏡の光軸はXZ平面にあってX軸と角度φをなしており、
前記第2の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から求められる前記目標位置に対する前記プローブの先端のY軸方向の相対距離をy、前記第1の荷電粒子顕微鏡の顕微鏡画像から求められる前記目標位置に対する前記プローブの先端のX軸方向の見かけの相対距離をa、観察倍率をMとするとき、次式から前記X軸方向の相対距離xを次式から求めることを特徴とするプローブ接触方法。
x=(a−ysinη)/Mcosη
17. The probe contact method according to claim 16, wherein an optical axis of the first charged particle microscope is in a WZ plane formed by a W axis and a Z axis that form an angle η with the Y axis in the XY plane, and the angle with the W axis. θ, the optical axis of the second charged particle microscope is in the XZ plane and forms an angle φ with the X axis,
The relative distance in the Y-axis direction of the tip of the probe with respect to the target position obtained from the microscope image of the second charged particle microscope is y, and the probe with respect to the target position obtained from the microscope image of the first charged particle microscope The probe contact method is characterized in that the relative distance x in the X-axis direction is obtained from the following equation, where a is the apparent relative distance in the X-axis direction of the tip, and M is the observation magnification.
x = (a−ysinη) / Mcosη
請求項14記載のプローブ接触方法において、前記プローブの先端を前記試料上の目標位置の直上位置に移動し、その後、前記プローブの先端をZ軸方向に降下させて前記試料上の目標位置に接触させることを特徴とするプローブ接触方法。   15. The probe contact method according to claim 14, wherein the tip of the probe is moved to a position immediately above the target position on the sample, and then the tip of the probe is lowered in the Z-axis direction to contact the target position on the sample. A probe contact method characterized by:
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