JP7008355B2 - 自動試料作製装置および自動試料作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動試料作製装置および自動試料作製方法に関する。

従来、試料から摘出した試料片の形状を、走査電子顕微鏡および透過電子顕微鏡などによる電子ビームを利用する観察、分析、および計測などの各種工程に適した形状に加工する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、試料に電子またはイオンから成る荷電粒子ビームを照射することによって試料片を作製する。

特開平１１－１０８８１０号公報

上記従来技術に係る装置においては、試料片の微小化に伴い、複数の試料片を精度良く均一形状に加工するために必要とされる位置精度を向上させる技術、および試料片のサンプリング動作を適正に自動化する技術が実現できていない。
なお、本明細書で用いる「サンプリング」とは、試料に荷電粒子ビームを照射することによって作製した試料片を摘出して、その試料片を観察、分析、および計測などの各種工程に適した形状に加工することを指す。さらに具体的には、「サンプリング」とは、試料に集束イオンビームを照射する加工によって形成された試料片を試料片ホルダに移設することを言う。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、試料にイオンビームを照射する加工によって形成された試料片を、試料から摘出して試料片ホルダに移設させる動作を自動化することが可能な自動試料作製装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る自動試料作製装置は、試料から試料片を自動的に作製する自動試料作製装置であって、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射光学系と、前記試料を載置して移動する試料ステージと、前記試料から分離および摘出した前記試料片を保持して搬送する試料片移設手段と、前記試料片が移設された試料片ホルダを保持する試料片ホルダ固定台と、前記荷電粒子ビームによってデポジション膜を形成するガスを照射するガス供給部と、少なくとも前記試料片移設手段に保持された前記試料片の予め取得した前記荷電粒子ビームによる画像を基にして、前記試料片を前記試料片ホルダに移設するよう前記荷電粒子ビーム照射光学系と前記試料片移設手段と前記ガス供給部を制御するコンピュータと、を備える。

（２）上記（１）に記載の自動試料作製装置では、前記コンピュータは、前記試料片ホルダの前記荷電粒子ビームによる画像からエッジを抽出し、前記試料片ホルダのテンプレートを用いたテンプレートマッチングによって得られる位置情報を基にして、前記試料片を前記試料片ホルダに移設するよう前記試料片移設手段または前記試料ステージの移動を制御する。

（３）本発明の一態様に係る自動試料作製装置は、試料から試料片を自動的に作製する自動試料作製装置であって、少なくとも、集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射光学系と、前記試料を載置して移動する試料ステージと、前記試料から分離および摘出した前記試料片を保持して搬送する試料片移設手段と、前記試料片が移設された試料片ホルダを保持する試料片ホルダ固定台と、前記集束イオンビームによってデポジション膜を形成するガスを照射するガス供給部と、少なくとも前記試料片移設手段に保持された前記試料片の予め取得した前記集束イオンビームによる異なる方向からの画像を基にして、前記試料片を前記試料片ホルダに移設するよう前記集束イオンビーム照射光学系と前記試料片移設手段と前記ガス供給部を制御するコンピュータと、を備える。

（４）上記（３）に記載の自動試料作製装置では、前記コンピュータは、前記試料片ホルダの前記集束イオンビームによる画像からエッジを抽出し、前記試料片ホルダのテンプレートを用いたテンプレートマッチングによって得られる位置情報を基にして、前記試料片を前記試料片ホルダに移設するよう前記試料片移設手段または前記試料ステージの移動を制御する。

（５）上記（１）または（３）に記載の自動試料作製装置では、前記コンピュータは、前記画像からエッジを抽出することによって、少なくとも前記試料片移設手段に保持された前記試料片のテンプレートを作成し、前記テンプレートを用いたテンプレートマッチングによって得られる位置情報を基にして、前記試料片を前記試料片ホルダに移設するよう前記試料片移設手段または前記試料ステージの移動を制御する。

（６）上記（１）から（５）の何れか１つに記載の自動試料作製装置では、前記コンピュータは、少なくとも前記試料片移設手段に保持された前記試料片の背景に構造物が無い状態で前記画像を取得する。

（７）上記（６）に記載の自動試料作製装置では、前記コンピュータは、少なくとも前記試料片移設手段に保持された前記試料片の背景に構造物が無い状態となるように前記試料片移設手段または前記試料ステージの移動を指示した際に、実際には背景に構造物が無い状態とならない場合には、少なくとも前記試料片移設手段に接続された前記試料片を初期位置に移動させる。

（８）上記（１）から（５）の何れか１つに記載の自動試料作製装置では、前記コンピュータは、前記試料片が所定姿勢になるように前記試料片移設手段を回転した状態で前記画像を取得する。

（９）上記（５）に記載の自動試料作製装置では、前記コンピュータは、少なくとも前記試料片移設手段に保持された前記試料片の所定領域に対して前記画像からエッジを抽出することができない場合に、前記画像を再度取得する。

（１０）上記（１）から（９）の何れか１つに記載の自動試料作製装置では、前記コンピュータは、前記画像を基にして、前記試料片移設手段に保持される前記試料と前記試料片ホルダとの間の距離を取得し、前記距離を基にして、前記試料片を予め定めた前記試料片ホルダの位置に移設するよう前記試料片移設手段または前記試料ステージの移動を制御する。

（１１）上記（１）から（１０）の何れか１つに記載の自動試料作製装置では、前記コンピュータは、最終的に前記試料ステージに平行な平面内での移動のみによって前記試料片を予め定めた前記試料片ホルダの位置に移設する。

（１２）上記（５）に記載の自動試料作製装置では、前記コンピュータは、前記テンプレートの作成前に前記試料片移設手段に保持される前記試料を整形加工する。

（１３）上記（１２）に記載の自動試料作製装置では、前記コンピュータは、前記整形加工の位置を前記試料片移設手段からの距離に応じて設定する。

（１４）上記（１）から（５）の何れか１つに記載の自動試料作製装置では、前記コンピュータは、前記試料片を保持する前記試料片移設手段が所定姿勢になるように回転させる際に、偏心補正を行なう。

本発明の自動試料作製装置によれば、イオンビームによる試料の加工によって形成された試料片を摘出して試料片ホルダに移設させる動作を自動化することができる。少なくとも試料片ホルダ、試料片移設手段、および試料片の予め取得した画像を基にして、試料片を予め定めた試料片ホルダの位置に精度良く移設することができる。

本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の構成図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の試料に形成された試料片を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の試料片ホルダを示す平面図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の試料片ホルダを示す側面図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の集束イオンビームにより得られるニードルの先端のテンプレートを示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の電子ビームにより得られるニードルの先端のテンプレートを示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードルの先端を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおけるニードルの先端を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードルの先端および試料片を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおけるニードルの先端および試料片を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードルおよび試料片の接続加工位置を含む加工照射枠を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料および試料片の支持部の切断加工位置Ｔ１を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルを退避させた状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルに対してステージを退避させた状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルの回転角度０°でのアプローチモードの状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルの回転角度０°でのアプローチモードの状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルの回転角度９０°でのアプローチモードの状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルの回転角度９０°でのアプローチモードの状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルの回転角度１８０°でのアプローチモードの状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルの回転角度１８０°でのアプローチモードの状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおける柱状部の試料片の取り付け位置を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける柱状部の試料片の取り付け位置を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料台の試料片の取り付け位置周辺で移動停止したニードルを示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける試料台の試料片の取り付け位置周辺で移動停止したニードルを示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードルに接続された試料片を試料台に接続するための加工照射枠を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードルと試料片とを接続するデポジション膜を切断するための切断加工位置を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードルを退避させた状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおけるニードルを退避させた状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードルの先端形状を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおけるニードルの先端形状を示す図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置において、集束イオンビーム照射によって得られる画像を基にした柱状部と試料片の位置関係を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る自動試料作製装置において、電子ビーム照射によって得られる画像を基にした柱状部と試料片の位置関係を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態に係る自動で試料を作製可能な自動試料作製装置について添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０ａを備える自動試料作製装置１０の構成図である。本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０は、荷電粒子ビーム装置１０ａを備えている。荷電粒子ビーム装置１０ａは、図１に示すように、内部を真空状態に維持可能な試料室１１と、試料室１１の内部において試料Ｓおよび試料片ホルダＰを固定可能なステージ１２と、ステージ１２を駆動する駆動機構１３と、を備えている。荷電粒子ビーム装置１０ａは、試料室１１の内部における所定の照射領域（つまり走査範囲）内の照射対象に集束イオンビーム（ＦＩＢ）を照射する集束イオンビーム照射光学系１４を備えている。荷電粒子ビーム装置１０ａは、試料室１１の内部における所定の照射領域内の照射対象に電子ビーム（ＥＢ）を照射する電子ビーム照射光学系１５を備えている。荷電粒子ビーム装置１０ａは、荷電粒子ビーム（つまり、集束イオンビームまたは電子ビーム）の照射によって照射対象から発生する二次荷電粒子（二次電子および二次イオンなど）Ｒを検出する検出器１６を備えている。荷電粒子ビーム装置１０ａは、照射対象の表面にガスＧを供給するガス供給部１７を備えている。荷電粒子ビーム装置１０ａは、ステージ１２に固定された試料Ｓから試料片Ｑを取り出し、試料片Ｑを保持して試料片ホルダＰに設置するニードル１８と、ニードル１８を駆動して試料片Ｑを搬送するニードル駆動機構１９と、を備えている。このニードル１８とニードル駆動機構１９を合わせて試料片移設手段と呼ぶこともある。荷電粒子ビーム装置１０ａは、検出器１６によって検出された二次荷電粒子Ｒに基づく画像データなどを表示する表示装置２０と、コンピュータ２１と、入力デバイス２２と、を備えている。
なお、集束イオンビーム照射光学系１４および電子ビーム照射光学系１５の照射対象は、ステージ１２に固定された試料Ｓ、試料片Ｑ、および照射領域内に存在するニードル１８などである。

この実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０ａは、照射対象の表面に集束イオンビームを走査しながら照射することによって、スパッタリングによる各種の加工（エッチング加工など）と、デポジション膜の形成とを実行可能である。荷電粒子ビーム装置１０ａは、試料Ｓから透過型電子顕微鏡による透過観察用の試料片Ｑ（例えば、薄片試料、針状試料など）を形成する加工を実行可能である。荷電粒子ビーム装置１０ａは、試料片ホルダＰに設置された試料片Ｑを、透過型電子顕微鏡による透過観察に適した所望の厚さ（例えば、１０～２０ｎｍなど）の薄膜とする加工を実行可能である。荷電粒子ビーム装置１０ａは、試料片Ｑおよびニードル１８などの照射対象の表面に集束イオンビームまたは電子ビームを走査しながら照射することによって、照射対象の表面の観察を実行可能である。

図２は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０ａの試料Ｓに形成された試料片Ｑを示す平面図である。試料Ｓにおいて試料片Ｑは、試料Ｓに接続される支持部Ｑａを残して側部側および底部側の周辺部が削り込まれて除去されるようにエッチング加工されている。試料片Ｑは、支持部Ｑａによって試料Ｓに片持ち支持されている。

試料室１１は、排気装置（図示略）によって内部を所望の真空状態になるまで排気可能であるとともに、所望の真空状態を維持可能に構成されている。
ステージ１２は、試料Ｓを保持する。ステージ１２は、試料片ホルダＰを保持するホルダ固定台１２ａを備えている。図３は試料片ホルダＰの平面図であり、図４は側面図である。試料片ホルダＰは、切欠き部３１を有する半円形板状の基部３２と、切欠き部３１に固定される試料台３３とを備えている。基部３２は、例えば金属によって直径３ｍｍおよび厚さ５０μｍなどの円形板状に形成されている。試料台３３は、例えばシリコンウェハからＭＥＭＳプロセスによって形成され、導電性の接着剤によって切欠き部３１に貼着されている。試料台３３は櫛歯形状であり、離間配置されて突出する複数（例えば、５本など）で、幅が異なる柱状部（ピラー）３４を備えている。各柱状部３４の幅を違えておくことに加え、各柱状部３４に移設した試料片Ｑと対応付けてコンピュータ２１に記憶させておくことにより、複数の柱状部３４に保持された試料片Ｑを間違わずに認識することができる。各柱状部３４は、例えば先端部の厚さが１０μｍ以下などに形成され、先端面に取り付けられる試料片Ｑを保持する。

駆動機構１３は、ステージ１２に接続された状態で試料室１１の内部に収容されており、コンピュータ２１から出力される制御信号に応じてステージ１２を所定軸に対して変位させる。駆動機構１３は、水平面に平行かつ互いに直交するＸ軸およびＹ軸と、Ｘ軸およびＹ軸に直交する鉛直方向のＺ軸とに沿って平行にステージ１２を移動させる移動機構１３ａを備えている。駆動機構１３は、ステージ１２をＸ軸またはＹ軸周りに回転させるチルト機構１３ｂと、ステージ１２をＺ軸周りに回転させる回転機構１３ｃと、を備えている。

集束イオンビーム照射光学系１４は、試料室１１の内部においてビーム出射部（図示略）を、照射領域内のステージ１２の鉛直方向上方の位置でステージ１２に臨ませるとともに、光軸を鉛直方向に平行にして、試料室１１に固定されている。これによって、ステージ１２に固定された試料Ｓ、試料片Ｑ、および照射領域内に存在するニードル１８などの照射対象に鉛直方向上方から下方に向かい集束イオンビームを照射可能である。
集束イオンビーム照射光学系１４は、イオンを発生させるイオン源１４ａと、イオン源１４ａから引き出されたイオンを集束および偏向させるイオン光学系１４ｂと、を備えている。イオン源１４ａおよびイオン光学系１４ｂは、コンピュータ２１から出力される制御信号に応じて制御され、集束イオンビームの照射位置および照射条件などがコンピュータ２１によって制御される。イオン源１４ａは、例えば、液体ガリウムなどを用いた液体金属イオン源、プラズマ型イオン源、ガス電界電離型イオン源などである。イオン光学系１４ｂは、例えば、コンデンサレンズなどの第１静電レンズと、静電偏向器と、対物レンズなどの第２静電レンズと、などを備えている。

電子ビーム照射光学系１５は、試料室１１の内部においてビーム出射部（図示略）を、照射領域内のステージ１２の鉛直方向に所定角度傾斜した傾斜方向でステージ１２に臨ませるとともに、光軸を傾斜方向に平行にして、試料室１１に固定されている。これによって、ステージ１２に固定された試料Ｓ、試料片Ｑ、および照射領域内に存在するニードル１８などの照射対象に傾斜方向の上方から下方に向かい電子ビームを照射可能である。
電子ビーム照射光学系１５は、電子を発生させる電子源１５ａと、電子源１５ａから射出された電子を集束および偏向させる電子光学系１５ｂと、を備えている。電子源１５ａおよび電子光学系１５ｂは、コンピュータ２１から出力される制御信号に応じて制御され、電子ビームの照射位置および照射条件などがコンピュータ２１によって制御される。電子光学系１５ｂは、例えば、電磁レンズと偏向器となどを備えている。

なお、電子ビーム照射光学系１５と集束イオンビーム照射光学系１４の配置を入れ替え、電子ビーム照射光学系１５を鉛直方向に、集束イオンビーム照射光学系１４を鉛直方向に所定角度傾斜した傾斜方向に配置してもよい。

検出器１６は、試料Ｓおよびニードル１８などの照射対象に集束イオンビームまたは電子ビームが照射されたときに照射対象から放射される二次荷電粒子（二次電子および二次イオンなど）Ｒの強度（つまり、二次荷電粒子の量）を検出し、二次荷電粒子Ｒの検出量の情報を出力する。検出器１６は、試料室１１の内部において二次荷電粒子Ｒの量を検出可能な位置、例えば照射領域内の試料Ｓなどの照射対象に対して斜め上方の位置などに配置され、試料室１１に固定されている。

ガス供給部１７は、試料室１１の内部においてガス噴射部（図示略）をステージ１２に臨ませて、試料室１１に固定されている。ガス供給部１７は、集束イオンビームによる試料Ｓのエッチングを試料Ｓの材質に応じて選択的に促進するためのエッチング用ガスと、試料Ｓの表面に金属または絶縁体などの堆積物によるデポジション膜を形成するためのデポジション用ガスと、などを試料Ｓに供給可能である。ガス供給部１７は、例えば、Ｓｉ系の試料Ｓに対するフッ化キセノンと、有機系の試料Ｓに対する水と、などのエッチング用ガスを、集束イオンビームの照射と共に試料Ｓに供給することによって、エッチングを選択的に促進させる。また、ガス供給部１７は、例えば、フェナントレン、プラチナ、カーボン、またはタングステンなどを含有した化合物ガスのデポジション用ガスを、集束イオンビームの照射と共に試料Ｓに供給することによって、デポジション用ガスから分解された固体成分を試料Ｓの表面に堆積させる。

ニードル駆動機構１９は、ニードル１８が接続された状態で試料室１１の内部に収容されており、コンピュータ２１から出力される制御信号に応じてニードル１８を変位させる。ニードル駆動機構１９は、ステージ１２と一体に設けられており、例えばステージ１２がチルト機構１３ｂによってチルト軸（つまり、Ｘ軸またはＹ軸）周りに回転すると、ステージ１２と一体に移動する。ニードル駆動機構１９は、３次元座標軸の各々に沿って平行にニードル１８を移動させる移動機構（図示略）と、ニードル１８の中心軸周りにニードル１８を回転させる回転機構（図示略）と、を備えている。なお、この３次元座標軸は、試料Ｓのステージ１２の直交３軸座標系とは独立している。ステージ１２の表面に平行な２次元座標軸を含むステージ１２の直交３軸座標系で、ステージ１２の表面が傾斜状態または回転状態にある場合、このニードル１８の座標系は傾斜または回転する。

コンピュータ２１は、試料室１１の外部に配置され、表示装置２０と、操作者の入力操作に応じた信号を出力するマウスおよびキーボードなどの入力デバイス２２とが接続されている。
コンピュータ２１は、入力デバイス２２から出力される信号または予め設定された自動運転制御処理によって生成される信号などによって、荷電粒子ビーム装置１０ａの動作を統合的に制御する。

コンピュータ２１は、荷電粒子ビームの照射位置を走査しながら検出器１６によって検出される二次荷電粒子Ｒの検出量を、照射位置に対応付けた輝度信号に変換する。コンピュータ２１は、二次荷電粒子Ｒの検出量の２次元位置分布によって照射対象の形状を示す画像データを生成する。吸収電流画像モードでは、コンピュータ２１は、荷電粒子ビームの照射位置を走査しながらニードル１８に流れる吸収電流を検出することによって、吸収電流の２次元位置分布によってニードル１８の形状を示す吸収電流画像データを生成する。コンピュータ２１は、生成した各画像データとともに、各画像データの拡大、縮小、移動、および回転などの操作を実行するための画面を、表示装置２０に表示させる。コンピュータ２１は、自動的なシーケンス制御におけるモード選択および加工設定などの各種の設定を行なうための画面を、表示装置２０に表示させる。

本発明の実施形態による荷電粒子ビーム装置１０ａは上記構成を備えており、次に、この荷電粒子ビーム装置１０ａの動作について説明する。

以下、コンピュータ２１が実行する自動試料サンプリングの動作、つまり予め荷電粒子ビーム（集束イオンビーム）による試料Ｓの加工によって形成された試料片Ｑを自動的に試料片ホルダＰに移動させる動作について説明する。

図５は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０ａの動作を示すフローチャートである。先ず、コンピュータ２１は、自動シーケンスの開始時に操作者の入力に応じて後述する姿勢制御モードの有無等のモード選択および加工設定（加工位置、寸法等の設定）などを行なう（ステップＳ０１）。

（ピラーのテンプレート作成工程）
次に、コンピュータ２１は、柱状部（ピラー）３４のテンプレート作成工程を実行する。コンピュータ２１は、サンプリングプロセスの最初に柱状部（ピラー）３４のテンプレートを作成する。コンピュータ２１は、柱状部（ピラー）３４毎にテンプレートを作成する。コンピュータ２１は、柱状部（ピラー）３４の座標取得とテンプレート作成をセットで行うとともに、テンプレートマッチングで柱状部（ピラー）３４の形状を判定することによって検査を行なう。コンピュータ２１は、テンプレートマッチングに用いる柱状部（ピラー）３４のテンプレートとして、例えばエッジ情報またはＣＡＤ情報などを予め記憶している。コンピュータ２１は、テンプレートマッチングのスコアによって柱状部（ピラー）３４の形状を判定し、例えば柱状部（ピラー）３４が所定の形状でない場合には、次の柱状部（ピラー）３４を用いるように設定する。

このテンプレート作成工程において、先ず、コンピュータ２１は、操作者によってステージ１２のホルダ固定台１２ａに設置される試料片ホルダＰの位置登録処理を行なう（ステップＳ０２）。
この位置登録処理において、先ず、コンピュータ２１は、粗調整の動作として、駆動機構１３によってステージ１２を駆動し、試料片ホルダＰにおいて試料台３３が取り付けられた位置に照射領域を位置合わせする。次に、コンピュータ２１は、微調整の動作として、荷電粒子ビーム（集束イオンビームおよび電子ビームの各々）の照射により生成する各画像データから、事前に試料台３３の設計形状から作成したテンプレートを用いて試料台３３を構成する複数の柱状部３４の位置を抽出する。そして、コンピュータ２１は、抽出した各柱状部３４の位置座標を、試料片Ｑの取り付け位置として記憶（登録処理）する。
コンピュータ２１は、この位置登録処理を、自動試料サンプリングを実施する試料片Ｑの数の分だけ、順次、実施する。コンピュータ２１は、試料片ホルダＰの位置登録処理を、後述する試料片Ｑの移動に先立って行なうことによって、実際に適正な試料台３３が存在することを予め確認する。

また、コンピュータ２１は、ホルダ固定台１２ａに複数個の試料片ホルダＰが設置されている場合、各試料片ホルダＰの位置座標、該当試料片ホルダＰの画像データを各試料片ホルダＰに対するコード番号と共に記録する。さらに、コンピュータ２１は、各試料片ホルダＰの各柱状部３４の位置座標と対応するコード番号と画像データを記憶（登録処理）する。これにより、コンピュータ２１は、数１０個の試料片Ｑを作製する場合、それぞれの試料片Ｑを取り付けるべき特定の試料片ホルダＰの、特定の柱状部３４を荷電粒子ビームの視野内に呼び出すことができる。
なお、この位置登録処理において、万一、試料片ホルダＰ自体、もしくは、柱状部３４が変形や破損していて、試料片Ｑが取り付けられる状態に無い場合には、コンピュータ２１は、上記の位置座標、画像データ、およびコード番号と共に、対応させて「使用不可」（試料片Ｑが取り付けられない）とも登録しておく。これによって、コンピュータ２１は、後述する試料片Ｑの移動の際に、「使用不可」の試料片ホルダＰ、もしくは柱状部３４はスキップされ、正常な試料片ホルダＰ、もしくは柱状部３４に取り付けることができる。

次に、コンピュータ２１は、試料Ｓに対する荷電粒子ビームの照射により生成する画像データを用いて、予め試料Ｓに試料片Ｑを形成する自動加工の実行時に試料Ｓに形成されたレファレンスマークＲｅｆを認識する。コンピュータ２１は、集束イオンビームの照射によって試料Ｓに試料片Ｑを形成する際の加工照射枠ＦとレファレンスマークＲｅｆとの相対的な位置関係の情報を、予め記憶している。コンピュータ２１は、認識したレファレンスマークＲｅｆを用いて、既知であるレファレンスマークＲｅｆと試料片Ｑとの相対位置関係から試料片Ｑの位置を認識して、試料片Ｑの位置合わせを行なう（ステップＳ０３）。
次に、コンピュータ２１は、駆動機構１３によってステージ１２を駆動し、試料片Ｑの姿勢が所定姿勢（例えば、ニードル１８による取出しに適した姿勢など）になるように、姿勢制御モードに対応した角度分だけステージ１２をＺ軸周りに回転させる（ステップＳ０４）。

次に、コンピュータ２１は、試料Ｓに対する荷電粒子ビームの照射により生成する画像データを用いてレファレンスマークＲｅｆを認識する。コンピュータ２１は、既知であるレファレンスマークＲｅｆと試料片Ｑとの相対位置関係から試料片Ｑの位置を認識して、試料片Ｑの位置合わせを行なう（ステップＳ０５）。
次に、コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を初期設定位置に移動させる。初期設定位置は、例えば、予め設定されている視野領域内の所定位置などであって、視野領域内で位置合わせが完了した試料片Ｑの周辺の所定位置などである。コンピュータ２１は、ニードル１８を初期設定位置に移動させた後に、ガス供給部１７先端のノズル１７ａをステージ１２の鉛直方向上方の待機位置から試料片Ｑの周辺の所定位置に下降させる（ステップＳ０６）。
コンピュータ２１は、ニードル１８を移動させる際に、試料片Ｑを形成する自動加工の実行時に試料Ｓに形成されたレファレンスマークＲｅｆを用いて、試料片Ｑの位置を精度良く把握することができ、３次元的な移動であっても適正に移動させることができる。レファレンスマークＲｅｆは、加工の位置基準を示すマーク（例えば、ドリフト補正マーク）なので、試料片Ｑの形状が加工によって変化する場合であっても、レファレンスマークＲｅｆの位置は不変である。コンピュータ２１は、レファレンスマークＲｅｆを基準にして形成された試料片Ｑに対して、レファレンスマークＲｅｆを用いてニードル１８を精度良く移動させることができる。

次に、コンピュータ２１は、ニードル１８を試料片Ｑに接触させる処理として、以下のステップＳ０７～ステップＳ１１の処理を行なう。
先ず、コンピュータ２１は、吸収電流画像モードに切り替え、ニードル１８の位置を認識する（ステップＳ０７）。コンピュータ２１は、照射位置を走査しながらニードル１８に荷電粒子ビームを照射することによってニードル１８に流れる吸収電流を検出し、複数の異なる平面に対する吸収電流の２次元位置分布を示す吸収電流画像データを生成する。コンピュータ２１は、集束イオンビームの照射によってＸＹ平面（集束イオンビームの光軸に垂直な平面）の吸収電流画像データを取得し、電子ビームの照射によってＸＹＺ平面（電子ビームの光軸に垂直な平面）の画像データを取得する。コンピュータ２１は、２つの異なる方向から取得した各吸収電流画像データを用いて３次元空間でのニードル１８の先端位置を検出する。
なお、コンピュータ２１は、検出したニードル１８の先端位置を用いて、駆動機構１３によってステージ１２を駆動して、ニードル１８の先端位置を予め設定されている視野領域の中心位置（視野中心）に設定してもよい。

（ニードルのテンプレート作成工程）
次に、コンピュータ２１は、検出したニードル１８の先端位置を用いて、ニードル１８の先端形状に対するテンプレートマッチング用のテンプレート（レファレンス画像データ）を取得する（ステップＳ０８）。図６は集束イオンビームにより得られるニードル１８の先端のテンプレートを示す図であり、図７は電子ビームにより得られるニードル１８の先端のテンプレートを示す図である。コンピュータ２１は、駆動機構１３によってステージ１２を駆動し、試料片Ｑを視野領域から退避させた状態で照射位置を走査しながらニードル１８に荷電粒子ビーム（集束イオンビームおよび電子ビームの各々）を照射する。コンピュータ２１は、荷電粒子ビームの照射によってニードル１８から放出される二次荷電粒子Ｒの複数の異なる平面内での位置分布を示す各画像データを取得する。コンピュータ２１は、集束イオンビームの照射によってＸＹ平面の画像データを取得し、電子ビームの照射によってＸＹＺ平面（電子ビームの光軸に垂直な平面）の画像データを取得する。コンピュータ２１は、集束イオンビームおよび電子ビームによる画像データを取得し、テンプレート（レファレンス画像データ）として記憶する。
コンピュータ２１は、粗調整および微調整によりニードル１８を移動させる直前に実際に取得する画像データをレファレンス画像データとするので、ニードル１８の形状によらずに、精度の高いパターンマッチングを行うことができる。さらに、コンピュータ２１は、ステージ１２を退避させ、背景に複雑な構造物が無い状態で各画像データを取得するので、バックグラウンドの影響を排除したニードル１８の形状が明確に把握できるテンプレート（レファレンス画像データ）を取得することができる。

なお、コンピュータ２１は、各画像データを取得する際に、対象物の認識精度を増大させるために予め記憶した好適な倍率、輝度、コントラスト等の画像取得条件を用いる。
また、コンピュータ２１は、二次荷電粒子Ｒの画像データをレファレンス画像とする代わりに、吸収電流画像データをレファレンス画像としてもよい。この場合、コンピュータ２１は、ステージ１２を駆動して試料片Ｑを視野領域から退避させることなしに、２つの異なる平面に対して各吸収電流画像データを取得してもよい。

（試料片ピックアップ工程）
次に、コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を移動させるニードル移動（粗調整）を実行する（ステップＳ０９）。コンピュータ２１は、試料Ｓに対する集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射によって生成する各画像データを用いて、試料片Ｑの形成時に予め集束イオンビームの照射によって試料Ｓに形成したレファレンスマークＲｅｆ（上述した図２参照）を認識する。コンピュータ２１は、認識したレファレンスマークＲｅｆを用いてニードル１８の移動目標位置ＡＰを設定する。コンピュータ２１は、移動目標位置ＡＰを、ニードル１８と試料片Ｑとをデポジション膜によって接続する加工を行なうために必要とされる位置とし、試料片Ｑの形成時の加工照射枠Ｆに対して所定の位置関係を対応付けている。コンピュータ２１は、集束イオンビームの照射によって試料Ｓに試料片Ｑを形成する際の加工照射枠ＦとレファレンスマークＲｅｆとの相対的な位置関係の情報を記憶している。なお、コンピュータ２１は、相互に相関するレファレンスマークＲｅｆと加工照射枠Ｆと移動目標位置ＡＰとを、予め試料片Ｑの形成時などに一括して設定してもよいし、適宜の組み合わせで異なるタイミングに設定してもよい。コンピュータ２１は、レファレンスマークＲｅｆと加工照射枠Ｆと移動目標位置ＡＰとを設定して、相互に対応付けて記憶している。
コンピュータ２１は、認識したレファレンスマークＲｅｆを用いて、レファレンスマークＲｅｆと加工照射枠Ｆと移動目標位置（試料片Ｑ上の所定位置）ＡＰとの相対的な位置関係を用いて、ニードル１８の先端位置を移動目標位置ＡＰに向かい３次元空間内で移動させる。コンピュータ２１は、ニードル１８を３次元的に移動させる際に、例えば、先ずＸ方向およびＹ方向で移動させ、次にＺ方向に移動させる。
コンピュータ２１は、ニードル１８を移動させる際に、レファレンスマークＲｅｆを用いて試料片Ｑの位置を精度良く把握することができ、移動目標位置ＡＰに対する３次元的な移動であっても、ニードル１８を適正に移動させることができる。レファレンスマークＲｅｆの位置は、試料片Ｑの形状が加工によって変化する場合であっても不変なので、コンピュータ２１は、レファレンスマークＲｅｆに対応付けられた移動目標位置ＡＰを用いて、ニードル１８を試料片Ｑに対して精度良く移動させることができる。

図８及び図９は、この様子を示しており、特に、図８は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードル１８の先端を示す図であり、図９は、電子ビームにより得られる画像データにおけるニードル１８の先端を示す図である。ここで、図８と図９で、ニードル１８の向きが異なるのは、集束イオンビーム照射光学系１４と電子ビーム照射光学系１５と検出器１６の位置関係と、二次電子による画像の表示向きの違いに拠るもので、同一のニードル１８を、観察方向を違えて見ている状況を示している。
また、図９においては、２本のニードル１８ａ、１８ｂが表示されているが、ニードル移動の状況を示すために、同じ視野について移動前後のニードル先端位置の画像データを重ねて表示したもので、同一のニードル１８である。

なお、上述の処理では、コンピュータ２１は、レファレンスマークＲｅｆを用いて、レファレンスマークＲｅｆと加工照射枠Ｆと移動目標位置ＡＰとの相対的な位置関係を用いて、ニードル１８の先端位置を移動目標位置ＡＰに向かい３次元空間内で移動させるとしたが、これに限定されない。コンピュータ２１は、加工照射枠Ｆを用いること無しに、レファレンスマークＲｅｆと移動目標位置ＡＰとの相対的な位置関係を用いて、ニードル１８の先端位置を移動目標位置ＡＰに向かい３次元空間内で移動させてもよい。

次に、コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を移動させるニードル移動（微調整）を実行する（ステップＳ１０）。コンピュータ２１は、レファレンス画像データを用いたパターンマッチングを繰り返して、ニードル１８の先端位置を把握しながら、ニードル１８を移動させる。コンピュータ２１は、ニードル１８に荷電粒子ビーム（集束イオンビームおよび電子ビームの各々）を照射して、荷電粒子ビームによる各画像データを繰り返し取得する。コンピュータ２１は、取得した画像データに対して、レファレンス画像データを用いたパターンマッチングを行なうことによってニードル１８の先端位置を取得する。コンピュータ２１は、取得したニードル１８の先端位置と移動目標位置とに応じてニードル１８を３次元空間内で移動させる。

次に、コンピュータ２１は、ニードル１８の移動を停止させる処理を行なう（ステップＳ１１）。コンピュータ２１は、移動目標位置を含む照射領域に荷電粒子ビームを照射した状態でニードル１８を移動させて、ニードル１８に流れる吸収電流が所定電流を超える場合に、ニードル駆動機構１９によるニードル１８の駆動を停止する。これによりコンピュータ２１は、ニードル１８の先端位置を、試料片Ｑの側部のうち支持部Ｑａの反対側の側部に近接した移動目標位置に配置する。図１０および図１１は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードル１８の先端および試料片Ｑを示す図（図１０）、および、電子ビームにより得られる画像データにおけるニードル１８の先端および試料片Ｑを示す図（図１１）である。なお、図１０および図１１は、図８および図９同様、集束イオンビームと電子ビームで観察方向が異なることに加え、観察倍率が異なっているが、観察対象とニードル１８は同一である。

次に、コンピュータ２１は、ニードル１８を試料片Ｑに接続する処理を行なう（ステップＳ１２）。コンピュータ２１は、試料Ｓに形成されているレファレンスマークＲｅｆを用いて、予め設定されている接続加工位置を指定する。コンピュータ２１は、接続加工位置を試料片Ｑから所定間隔だけ離れた位置とする。コンピュータ２１は、所定間隔の上限を１μｍとし、好ましくは、所定間隔を１００ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下とする。コンピュータ２１は、所定時間に亘って、接続加工位置に設定した加工照射枠Ｒ１を含む照射領域に集束イオンビームを照射しつつ、試料片Ｑおよびニードル１８の先端表面にガス供給部１７によってガスを供給する。これによりコンピュータ２１は、試料片Ｑおよびニードル１８をデポジション膜により接続する。
このステップＳ１２では、コンピュータ２１は、ニードル１８を試料片Ｑに接触させずにデポジション膜により接続するので、接触に起因する損傷などの不具合が発生することを防止できる利点を有している。さらに、後の工程でニードル１８と試料片Ｑとが切断により分離される際にニードル１８が切断されてしまうことを防止することができる。さらに、ニードル１８の振動が発生する場合であっても、この振動が試料片Ｑに伝達されることを抑制することができる。さらに、試料Ｓのクリープ現象による試料片Ｑの移動が発生する場合であっても、ニードル１８と試料片Ｑとの間に過剰なひずみが生じることを抑制することができる。図１２は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおける、ニードル１８および試料片Ｑの接続加工位置を含む加工照射枠Ｒ１を示す図である。

コンピュータ２１は、ニードル１８を試料片Ｑに接続する際には、後にニードル１８に接続された試料片Ｑを試料片ホルダＰに移設するときに選択される各アプローチモードに適した接続姿勢を設定する。コンピュータ２１は、後述する複数（例えば、３つ）の異なるアプローチモードの各々に対応して、ニードル１８と試料片Ｑとの相対的な接続姿勢を設定する。

なお、コンピュータ２１は、ニードル１８の吸収電流の変化を検出することによって、デポジション膜による接続状態を判定してもよい。コンピュータ２１は、ニードル１８の吸収電流の変化に応じて試料片Ｑおよびニードル１８がデポジション膜により接続されたと判定した場合に、所定時間の経過有無にかかわらずに、デポジション膜の形成を停止してもよい。

次に、コンピュータ２１は、試料片Ｑと試料Ｓとの間の支持部Ｑａを切断する処理を行なう（ステップＳ１３）。コンピュータ２１は、試料Ｓに形成されているレファレンスマークを用いて、予め設定されている支持部Ｑａの切断加工位置Ｔ１を指定する。コンピュータ２１は、所定時間に亘って、切断加工位置Ｔ１に集束イオンビームを照射することによって、試料片Ｑを試料Ｓから分離する。図１３は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料Ｓおよび試料片Ｑの支持部Ｑａの切断加工位置Ｔ１を示す図である。
コンピュータ２１は、試料Ｓとニードル１８との導通を検出することによって、試料片Ｑが試料Ｓから切り離されたか否かを判定する。コンピュータ２１は、切断加工の終了後、つまり切断加工位置Ｔ１での試料片Ｑと試料Ｓとの間の支持部Ｑａの切断が完了した後に、試料Ｓとニードル１８との導通を検出した場合には、試料片Ｑが試料Ｓから切り離されていないと判定する。コンピュータ２１は、試料片Ｑが試料Ｓから切り離されていないと判定した場合には、この試料片Ｑと試料Ｓとの分離が完了していないことを表示または音により報知して、これ以降の処理の実行を停止する。一方、コンピュータ２１は、試料Ｓとニードル１８との導通を検出しない場合には、試料片Ｑが試料Ｓから切り離されたと判定し、これ以降の処理の実行を継続する。

次に、コンピュータ２１は、ニードル退避の処理を行なう（ステップＳ１４）。コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を所定距離（例えば、５μｍなど）だけ鉛直方向上方（つまりＺ方向の正方向）に上昇させる。図１４は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片Ｑが接続されたニードル１８を退避させた状態を示す図である。
次に、コンピュータ２１は、ステージ退避の処理を行なう（ステップＳ１５）。コンピュータ２１は、図１５に示すように、駆動機構１３によってステージ１２を所定距離（例えば、５ｍｍなど）だけ鉛直方向下方（つまりＺ方向の負方向）に下降させる。コンピュータ２１は、ステージ１２を所定距離だけ下降させた後に、ガス供給部１７のノズルをステージ１２の鉛直方向上方の待機位置に上昇させる。図１５は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片Ｑが接続されたニードル１８に対してステージ１２を退避させた状態を示す図である。

（姿勢制御工程）
次に、コンピュータ２１は、必要に応じて姿勢制御工程を実行する。コンピュータ２１は、試料Ｓから取り出した試料片Ｑを回転させ、試料片ホルダＰに試料片Ｑの上下または左右を変更した状態の試料片Ｑを固定する。コンピュータ２１は、試料片Ｑにおける元の試料Ｓの表面が柱状部３４の端面に垂直関係にあるか平行関係になるよう試料片Ｑを固定する。これによりコンピュータ２１は、例えば後に実行する仕上げ加工に適した試料片Ｑの姿勢を確保するとともに、仕上げ加工時に生じるカーテン効果の影響などを低減することができる。コンピュータ２１は、ニードル１８を回転させる際には偏心補正を行なうことによって、試料片Ｑが実視野から外れないように回転を補正する。
さらに、コンピュータ２１は、必要に応じて集束イオンビームの照射によって試料片Ｑの整形加工を行なう。特に、整形後の試料片Ｑは、柱状部３４に接する端面が、柱状部３４の端面とほぼ平行になるように整形されることが望ましい。コンピュータ２１は、後述するテンプレート作成前に試料片Ｑの一部を切断するなどの整形加工を行なう。コンピュータ２１は、この整形加工の加工位置をニードル１８からの距離を基準として設定する。これによりコンピュータ２１は、後述するテンプレートからのエッジ抽出を容易にするとともに、後に実行する仕上げ加工に適した試料片Ｑの形状を確保する。

この姿勢制御工程において、先ず、コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を駆動し、試料片Ｑの姿勢が所定姿勢になるように、姿勢制御モードに対応した角度分だけニードル１８を回転させる（ステップＳ１６）。ここで姿勢制御モードとは、試料片Ｑを所定の姿勢に制御するモードであり、試料片Ｑに対し所定の角度でニードル１８をアプローチし、試料片Ｑが接続されたニードル１８を所定の角度に回転することにより試料片Ｑの姿勢を制御する。コンピュータ２１は、ニードル１８を回転させる際には偏心補正を行なう。図１６～図２１は、この様子を示しており、複数（例えば、３つ）の異なるアプローチモードの各々において、試料片Ｑが接続されたニードル１８の状態を示す図である。
図１６および図１７は、ニードル１８の回転角度０°でのアプローチモードにおいて、試料片Ｑが接続されたニードル１８の状態を示す図である。図１６は、本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料片Ｑが接続されたニードル１８の状態を示す図である。図１７は、自動試料作製装置１０の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片Ｑが接続されたニードル１８の状態を示す図である。コンピュータ２１は、ニードル１８の回転角度０°でのアプローチモードにおいては、ニードル１８を回転させずに試料片Ｑを試料片ホルダＰに移設するために適した姿勢状態を設定している。
図１８および図１９は、ニードル１８の回転角度９０°でのアプローチモードにおいて、試料片Ｑが接続されたニードル１８の状態を示す図である。図１８は、本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料片Ｑが接続されたニードル１８を９０°回転させた状態を示す図である。図１９は、自動試料作製装置１０の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片Ｑが接続されたニードル１８を９０°回転させた状態を示す図である。コンピュータ２１は、ニードル１８の回転角度９０°でのアプローチモードにおいては、ニードル１８を９０°だけ回転させた状態で試料片Ｑを試料片ホルダＰに移設するために適した姿勢状態を設定している。
図２０および図２１は、ニードル１８の回転角度１８０°でのアプローチモードにおいて、試料片Ｑが接続されたニードル１８の状態を示す図である。図２０は、本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料片Ｑが接続されたニードル１８を１８０°回転させた状態を示す図である。図２１は、自動試料作製装置１０の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片Ｑが接続されたニードル１８を９０°回転させた状態を示す図である。コンピュータ２１は、ニードル１８の回転角度１８０°でのアプローチモードにおいては、ニードル１８を１８０°だけ回転させた状態で試料片Ｑを試料片ホルダＰに移設するために適した姿勢状態を設定している。
なお、ニードル１８と試料片Ｑとの相対的な接続姿勢は、予め上述した試料片ピックアップ工程においてニードル１８を試料片Ｑに接続する際に、各アプローチモードに適した接続姿勢に設定されている。

このステップＳ１６において、コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９の回転機構（図示略）によってニードル１８を中心軸周りに回転させたときの少なくとも３点以上の異なる角度でのニードル１８の位置を用いて、ニードル１８の偏芯軌跡を楕円近似する。例えば、コンピュータ２１は、３点以上の異なる角度の各々でのニードル１８の位置の変化を正弦波で演算することによって、ニードル１８の偏芯軌跡を楕円または円に近似する。そして、コンピュータ２１は、ニードル１８の偏芯軌跡を用いて、所定角度ごとにニードル１８の位置ずれを補正する。

（ニードルおよび試料片のテンプレート作成工程）
次に、コンピュータ２１は、ニードルおよび試料片のテンプレート作成工程を実行する。コンピュータ２１は、相互に接続されたニードル１８および試料片Ｑの背景に構造物がない場所にニードル１８を移動させてからテンプレートを取得する。これによりコンピュータ２１は、集束イオンビームおよび電子ビームの各々により得られる画像データからニードル１８および試料片Ｑのエッジ（輪郭）を自動認識する際に、ニードル１８および試料片Ｑの背景の構造物によってエッジを誤認することを防止する。コンピュータ２１は、試料片Ｑが固定されたニードル１８を必要に応じて回転させた姿勢状態（つまり、試料台３３の柱状部（ピラー）３４に試料片Ｑを接続する姿勢）のニードル１８および試料片Ｑのテンプレートを作成する。これによりコンピュータ２１は、ニードル１８の回転に応じて、集束イオンビームおよび電子ビームの各々により得られる画像データから３次元的にニードル１８および試料片Ｑのエッジ（輪郭）を認識する。なお、コンピュータ２１は、ニードル１８の回転角度０°でのアプローチモードにおいては、電子ビームを必要とせずに、集束イオンビームにより得られる画像データからニードル１８および試料片Ｑのエッジ（輪郭）を認識してもよい。
コンピュータ２１は、ニードル１８および試料片Ｑの背景に構造物がない場所にニードル１８を移動させることを駆動機構１３またはニードル駆動機構１９に指示した際に、実際に指示した場所にニードル１８が来ていない場合には、観察倍率を低倍率にしてニードル１８を探す。コンピュータ２１は、見つからない場合にはニードル１８の位置座標を初期化して、ニードル１８を初期位置に移動させる。

このテンプレート作成工程において、先ず、コンピュータ２１は、試料片Ｑおよび試料片Ｑが接続されたニードル１８の先端形状に対するテンプレートマッチング用のテンプレート（レファレンス画像データ）を取得する（ステップＳ１７）。コンピュータ２１は、照射位置を走査しながらニードル１８に荷電粒子ビーム（集束イオンビームおよび電子ビームの各々）を照射する。コンピュータ２１は、荷電粒子ビームの照射によってニードル１８から放出される二次荷電粒子Ｒの複数の異なる平面内での位置分布を示す各画像データを取得する。コンピュータ２１は、集束イオンビームの照射によってＸＹ平面の画像データを取得し、電子ビームの照射によってＸＹＺ平面（電子ビームの光軸に垂直な平面）の画像データを取得する。コンピュータ２１は、２つの異なる方向から取得した各画像データをテンプレート（レファレンス画像データ）として記憶する。
コンピュータ２１は、集束イオンビーム加工により実際に形成された形状の試料片Ｑおよび試料片Ｑが接続されたニードル１８に対して実際に取得する画像データをレファレンス画像データとするので、試料片Ｑおよびニードル１８の形状によらずに、精度の高いパターンマッチングを行うことができる。
なお、コンピュータ２１は、各画像データを取得する際に、試料片Ｑおよび試料片Ｑが接続されたニードル１８の形状の認識精度を増大させるために予め記憶した好適な倍率、輝度、コントラスト等の画像取得条件を用いる。

次に、コンピュータ２１は、ニードル退避の処理を行なう（ステップＳ１８）。コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を所定距離だけ鉛直方向上方（つまりＺ方向の正方向）に上昇させる。

次に、コンピュータ２１は、上述したステップＳ０２において登録した試料片ホルダＰの位置を視野領域内に含むように駆動機構１３によってステージ１２を移動させる（ステップＳ１９）。図２２および図２３は、この様子を示している。図２２は、本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおける柱状部３４の試料片Ｑの取り付け位置Ｕを示す図である。図２３は、自動試料作製装置１０の電子ビームにより得られる画像データにおける柱状部３４の試料片Ｑの取り付け位置Ｕを示す図である。
次に、コンピュータ２１は、駆動機構１３によってステージ１２を移動させて試料片ホルダＰの水平位置を調整するとともに、試料片ホルダＰの姿勢が所定姿勢になるように、姿勢制御モードに対応した角度分だけステージ１２を回転させる（ステップＳ２０）。そしてコンピュータ２１は、ガス供給部１７のノズル１７ａをステージ１２の鉛直方向上方の待機位置から加工位置に向かい下降させる。

（ピラーのテンプレートマッチング工程）
次に、コンピュータ２１は、ピラーのテンプレートマッチング工程を実行する。コンピュータ２１は、櫛歯形状の試料台３３の複数の柱状部（ピラー）３４の位置を正確に認識するために、テンプレートマッチングを実施する。コンピュータ２１は、予めピラーのテンプレート作成工程において作成した柱状部（ピラー）３４毎のテンプレートを用いて、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射により得られる各画像データにおいてテンプレートマッチングを実施する。
なお、コンピュータ２１は、ステージ１２を移動させることを駆動機構１３に指示した際に、実際にはステージ１２が所定位置に移動しない場合には、ステージ１２の位置座標を初期化して、ステージ１２を初期位置に移動させる。
また、コンピュータ２１は、ステージ１２を移動した後に実施する柱状部（ピラー）３４毎のテンプレートマッチングにおいて、問題が認められる柱状部（ピラー）３４が存在する場合には、試料片Ｑの取付対象を、問題が認められる柱状部（ピラー）３４から隣の柱状部（ピラー）３４に変更する。
また、コンピュータ２１は、テンプレートマッチングにおいて画像データの所定領域（少なくとも柱状部（ピラー）３４を含む領域）からエッジ（輪郭）を抽出する際には、抽出したエッジを表示装置２０に表示する。柱状部（ピラー）３４は、図２２および図２３に示すようにシャープなエッジ（輪郭）を有するので、マッチング精度の高いテンプレートマッチングを行なうことができる。また、コンピュータ２１は、テンプレートマッチングにおいて画像データの所定領域（少なくとも柱状部（ピラー）３４を含む領域）からエッジ（輪郭）を抽出することができない場合には、画像データを再度取得する。

このテンプレートマッチング工程において、コンピュータ２１は、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射により生成する各画像データを用いて、上述したステップＳ０２において記憶した試料片Ｑの取り付け位置を認識する（ステップＳ２１）。コンピュータ２１は、電子ビームの照射により認識した取り付け位置と集束イオンビームの照射により認識した取り付け位置とが一致するように、駆動機構１３によってステージ１２を駆動する。コンピュータ２１は、試料片Ｑの取り付け位置Ｕが視野領域の視野中心（加工位置）に一致するように、駆動機構１３によってステージ１２を駆動する。

次に、コンピュータ２１は、ニードル１８に接続された試料片Ｑを試料片ホルダＰに接触させる処理として、以下のステップＳ２２～ステップＳ２５の処理を行なう。
先ず、コンピュータ２１は、ニードル１８の位置を認識する（ステップＳ２２）。コンピュータ２１は、照射位置を走査しながらニードル１８に荷電粒子ビームを照射することによってニードル１８に流れる吸収電流を検出し、複数の異なる平面に対する吸収電流の２次元位置分布を示す吸収電流画像データを生成する。コンピュータ２１は、集束イオンビームの照射によってＸＹ平面の吸収電流画像データを取得し、電子ビームの照射によってＸＹＺ平面（電子ビームの光軸に垂直な平面）の画像データを取得する。コンピュータ２１は、２つの異なる平面に対して取得した各吸収電流画像データを用いて３次元空間でのニードル１８の先端位置を検出する。
なお、コンピュータ２１は、検出したニードル１８の先端位置を用いて、駆動機構１３によってステージ１２を駆動して、ニードル１８の先端位置を予め設定されている視野領域の中心位置（視野中心）に設定してもよい。

（試料片マウント工程）
次に、コンピュータ２１は、試料片マウント工程を実行する。先ず、コンピュータ２１は、ニードル１８に接続された試料片Ｑの位置を正確に認識するために、テンプレートマッチングを実施する。コンピュータ２１は、予めニードルおよび試料片のテンプレート作成工程において作成した相互に接続されたニードル１８および試料片Ｑのテンプレートを用いて、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射により得られる各画像データにおいてテンプレートマッチングを実施する。
なお、コンピュータ２１は、このテンプレートマッチングにおいて画像データの所定の領域（少なくともニードル１８および試料片Ｑを含む領域）からエッジ（輪郭）を抽出する際には、抽出したエッジを表示装置２０に表示する。また、コンピュータ２１は、テンプレートマッチングにおいて画像データの所定の領域（少なくともニードル１８および試料片Ｑを含む領域）からエッジ（輪郭）を抽出することができない場合には、画像データを再度取得する。
そして、コンピュータ２１は、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射により得られる各画像データにおいて、相互に接続されたニードル１８および試料片Ｑのテンプレートと、試料片Ｑの取付対象である柱状部（ピラー）３４のテンプレートとを用いたテンプレートマッチングに基づき、試料片Ｑと柱状部（ピラー）３４との距離を計測する。
そして、コンピュータ２１は、最終的にステージ１２に平行な平面内での移動のみによって試料片Ｑを、試料片Ｑの取付対象である柱状部（ピラー）３４に移設する。

この試料片マウント工程において、先ず、コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を移動させるニードル移動を実行する（ステップＳ２３）。コンピュータ２１は、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射により得られる各画像データにおいて、ニードル１８および試料片Ｑのテンプレートと、柱状部（ピラー）３４のテンプレートとを用いたテンプレートマッチングに基づき、試料片Ｑと柱状部（ピラー）３４との距離を計測する。コンピュータ２１は、計測した相対距離に応じてニードル１８を取り付け位置に向かい３次元空間内で移動させる。

（試料片マウント検知工程）
次に、コンピュータ２１は、試料片マウント工程を実行する。コンピュータ２１は、柱状部（ピラー）３４に試料片Ｑをデポジションにより固定する工程において、柱状部（ピラー）３４とニードル１８と間の導通を検知した場合にデポジションを終了する。コンピュータ２１は、柱状部（ピラー）３４と試料片Ｑとの間に隙間を空けてニードル１８を停止する。コンピュータ２１は、この隙間を１μｍ以下とし、好ましくは、隙間を１００ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下とする。この隙間が５００ｎｍ以上の場合には、デポジション膜による柱状部（ピラー）３４と試料片Ｑとの接続に要する時間が所定値以上に長くなる。この隙間が小さくなるほど、デポジション膜による柱状部（ピラー）３４と試料片Ｑとの接続に要する時間が短くなる。
なお、コンピュータ２１は、この隙間を設ける際に、一度、柱状部（ピラー）３４に試料片Ｑを接触させてから、隙間を空けてもよい。また、コンピュータ２１は、柱状部（ピラー）３４とニードル１８と間の導通を検知する代わりに、柱状部（ピラー）３４およびニードル１８の吸収電流像を検知することによって隙間を設けてもよい。
コンピュータ２１は、柱状部（ピラー）３４とニードル１８との間の導通、または柱状部（ピラー）３４およびニードル１８の吸収電流像を検知することによって、柱状部（ピラー）３４に試料片Ｑを移設した後において、試料片Ｑとニードル１８との切り離しの有無を検知する。
なお、コンピュータ２１は、柱状部（ピラー）３４とニードル１８との間の導通を検知することができない場合には、柱状部（ピラー）３４およびニードル１８の吸収電流像を検知するように処理を切り替える。
また、コンピュータ２１は、柱状部（ピラー）３４とニードル１８との間の導通を検知することができない場合には、この試料片Ｑの移設を停止し、この試料片Ｑをニードル１８から切り離し、後述するニードルトリミング工程を実行してもよい。

この試料片マウント検知工程において、先ず、コンピュータ２１は、ニードル１８の移動を停止させる処理を行なう（ステップＳ２４）。図２４および図２５は、この様子を示している。図２４は、本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおける柱状部３４の試料片Ｑの取り付け位置Ｕ周辺で移動停止したニードル１８を示している。図２５は、本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の電子ビームにより得られる画像データにおける柱状部３４の試料片Ｑの取り付け位置Ｕ周辺で移動停止したニードル１８を示している。ここで、試料片Ｑの見かけ上の上端部は柱状部（ピラー）３４の上端部に揃うように位置付けることで、後の工程で試料片Ｑを追加加工する場合に好都合である。図２４に示すニードル１８は、柱状部（ピラー）３４の側面から試料片Ｑまでの距離Ｌ１を設けるように移動停止している。

次に、コンピュータ２１は、ニードル１８に接続された試料片Ｑを柱状部（ピラー）３４に接続する処理を行なう（ステップＳ２５）。コンピュータ２１は、試料片Ｑの取り付け位置が設定された柱状部（ピラー）３４のエッジを含むように加工照射枠Ｒ２を設定する。コンピュータ２１は、試料片Ｑおよび柱状部（ピラー）３４の表面にガス供給部１７によってガスを供給しつつ、所定時間に亘って、加工照射枠Ｒ２を含む照射領域に集束イオンビームを照射する。図２６は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードル１８に接続された試料片Ｑを柱状部（ピラー）３４に接続するための加工照射枠Ｒ２を示す図である。

なお、コンピュータ２１は、ニードル１８の吸収電流の変化を検出することによって、デポジション膜ＤＭ１による接続状態を判定してもよい。コンピュータ２１は、ニードル１８の吸収電流の変化に応じて試料片Ｑおよび柱状部（ピラー）３４がデポジション膜ＤＭ１により接続されたと判定した場合に、所定時間の経過有無にかかわらずに、デポジション膜ＤＭ１の形成を停止してもよい。

次に、コンピュータ２１は、ニードル１８と試料片Ｑとを接続するデポジション膜ＤＭ２を切断する処理を行なう（ステップＳ２６）。上記図２６は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードル１８と試料片Ｑとを接続するデポジション膜ＤＭ２を切断するための切断加工位置Ｔ２を示す図である。コンピュータ２１は、柱状部（ピラー）３４の側面から所定距離（つまり、柱状部（ピラー）３４の側面から試料片Ｑまでの距離Ｌ１と、試料片Ｑの大きさＬ２との和）Ｌだけ離れた位置を切断加工位置Ｔ２に設定する。
コンピュータ２１は、所定時間に亘って、切断加工位置Ｔ２に集束イオンビームを照射することによって、ニードル１８を試料片Ｑから分離する。図２７は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードル１８が試料片Ｑから切り離された状態を示す図である。
なお、コンピュータ２１は、ニードル１８を試料片Ｑから分離する際に、ニードル１８と試料片Ｑとを接続するデポジション膜ＤＭ２を切断する代わりに、試料片Ｑの一部を切断してもよい。コンピュータ２１は、試料片Ｑの一部とともにデポジション膜ＤＭ２およびニードル１８を試料片Ｑ（つまり切断した一部以外の部位）から分離してもよい。

コンピュータ２１は、試料片ホルダＰとニードル１８との導通を検出することによって、ニードル１８が試料片Ｑから切り離されたか否かを判定する。コンピュータ２１は、切断加工の終了後、つまり切断加工位置Ｔ２でのニードル１８と試料片Ｑとの間のデポジション膜の切断が完了した後に、試料片ホルダＰとニードル１８との導通を検出した場合には、ニードル１８が試料台３３から切り離されていないと判定する。コンピュータ２１は、ニードル１８が試料片ホルダＰから切り離されていないと判定した場合には、このニードル１８と試料片Ｑとの分離が完了していないことを表示または音により報知して、これ以降の処理の実行を停止する。一方、コンピュータ２１は、試料片ホルダＰとニードル１８との導通を検出しない場合には、ニードル１８が試料片Ｑから切り離されたと判定し、これ以降の処理の実行を継続する。

次に、コンピュータ２１は、ニードル退避の処理を行なう（ステップＳ２７）。コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を所定距離（例えば、５μｍなど）だけ鉛直方向上方（つまりＺ方向の正方向）に上昇させる。図２８および図２９は、この様子を示しており、それぞれ、ニードル１８を試料片Ｑから上方に退避させた状態を、本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の集束イオンビームにより得た画像（図２８）であり、電子ビームにより得た画像（図２９）である。
次に、コンピュータ２１は、ステージ退避の処理を行なう（ステップＳ２８）。コンピュータ２１は、駆動機構１３によってステージ１２を所定距離（例えば、５ｍｍなど）だけ鉛直方向下方（つまりＺ方向の負方向）に下降させる。コンピュータ２１は、ステージ１２を所定距離だけ下降させた後に、ガス供給部１７の先端のノズル１７ａを現状の位置から遠ざける。

（ニードルトリミング工程）
次に、コンピュータ２１は、ニードルトリミング工程を実行する。コンピュータ２１は、自動試料サンプリングにおいてサンプリング後、つまりニードル１８によって試料Ｓから分離および摘出した試料片Ｑをニードル１８から切り離した後に、ニードル１８のトリミングを実施する。これによりコンピュータ２１は、試料Ｓから試料片Ｑを分離および摘出する際にニードル１８を繰り返し使用する。コンピュータ２１は、ニードル１８に付着しているデポジション膜ＤＭ２を、集束イオンビームを用いたエッチング加工により除去する。コンピュータ２１は、予めニードルのテンプレート作成工程において作成したニードル１８のテンプレートを用いて、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射により得られる各画像データにおいてテンプレートマッチングを実施する。コンピュータ２１は、ニードル１８の背景に構造物がない場所にニードル１８を移動させてから、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射によって各画像データを取得する。
なお、コンピュータ２１は、このテンプレートマッチングにおいて画像データの所定の領域（少なくともニードル１８の先端を含む領域）からエッジ（輪郭）を抽出する際には、抽出したエッジを表示装置２０に表示する。
また、コンピュータ２１は、テンプレートマッチングの処理に異常が生じる場合には、ニードル１８の位置座標を初期化して、ニードル１８を初期位置に移動させた後に、ニードル１８の背景に構造物がない場所にニードル１８を移動させる。さらに、コンピュータ２１は、ニードル１８の位置座標を初期化した後であっても、テンプレートマッチングの処理に異常が生じる場合には、ニードル１８の形状に変形などの異常が生じていると判断して、自動試料サンプリングを終了する。
コンピュータ２１は、ニードルトリミング工程を自動試料サンプリングの毎回の実行毎に実施してもよく、ニードルトリミング工程を定期的に実施することによって、自動試料サンプリングの処理を安定化させることができる。ニードルトリミング工程を備えることにより、ニードル１８を交換することなく繰り返し試料サンプリングすることができるため、同一のニードル１８を用いて複数の試料片Ｑを連続してサンプリングすることができる。

このニードルトリミング工程において、コンピュータ２１は、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射によって生成する各画像データを用いて、ニードル１８の先端位置を画像認識した後、ニードル１８の先端を先鋭化加工する（ステップＳ２９）。コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９の回転機構によってニードル１８を中心軸周りに回転させて、複数の異なる特定の回転位置でエッチング加工を行なう。コンピュータ２１は、ニードル１８の先端形状の画像認識を、上述したステップＳ０８で取得されたレファレンス画像によるパターンマッチング、またはエッジ検出などによって行なう。コンピュータ２１は、ニードル１８の先端形状の画像認識に応じて、ニードル１８の先端形状が予め設定された理想的な所定形状になるように加工枠４０を設定し、この加工枠４０に応じてエッチング加工を行なう。加工枠４０は、例えばニードル１８の先端から基端側の部位などを直線的に近似することによって理想的な先端位置Ｃを設定する。図３０および図３１は、この様子を示しており、それぞれ本発明の実施形態に係る自動試料作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードル１８の先端形状を示し（図３０）、電子ビームにより得られる画像データにおけるニードル１８の先端形状を示す（図３１）。
コンピュータ２１は、ニードル１８の先端形状を予め設定された理想的な所定形状に一致させることにより、ニードル１８を３次元空間内で駆動する際などにおいて、パターンマッチングによってニードル１８を容易に認識することができ、ニードル１８の３次元空間内の位置を精度良く検出することができる。

次に、コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を初期設定位置に移動する（ステップＳ３０）。
以上により、自動試料サンプリングの動作が終了する。
コンピュータ２１は、上述したステップ０１からステップ３０までを連続動作させることで、無人でサンプリング動作させることができる。従来のように、操作者の手動操作を施すことなく試料片Ｑを作製できる。

上述したように、本発明の実施形態による自動試料作製装置１０によれば、少なくとも試料片ホルダＰ、ニードル１８、および試料片Ｑの予め取得したテンプレートを基にして、各ビーム照射光学系１４，１５、各駆動機構１３，１９、およびガス供給部１７を制御するので、試料片Ｑを試料片ホルダＰに移設する動作を適正に自動化することができる。
さらに、少なくとも試料片ホルダＰ、ニードル１８、および試料片Ｑの背景に構造物が無い状態で荷電粒子ビームの照射によって取得した画像からテンプレートを作成するので、テンプレートの信頼性を向上させることができる。これにより、テンプレートを用いたテンプレートマッチングの精度を向上させることができ、テンプレートマッチングによって得られる位置情報を基にして試料片Ｑを精度良く試料片ホルダＰに移設することができる。
さらに、ＭＥＭＳプロセスにより形成される試料台３３の柱状部（ピラー）３４はシャープなエッジ（輪郭）を有するので、マッチング精度の高いテンプレートマッチングを行なうことができる。

さらに、少なくとも試料片ホルダＰ、ニードル１８、および試料片Ｑの背景に構造物が無い状態となるように指示した際に、実際には指示通りになっていない場合には、少なくとも試料片ホルダＰ、ニードル１８、および試料片Ｑの位置を初期化するので、各駆動機構１３，１９を正常状態に復帰させることができる。
さらに、試料片Ｑを試料片ホルダＰに移設する際の姿勢に応じたテンプレートを作成するので、移設時の位置精度を向上させることができる。
さらに、少なくとも試料片ホルダＰ、ニードル１８、および試料片Ｑのテンプレートを用いたテンプレートマッチングに基づき相互間の距離を計測するので、移設時の位置精度を、より一層、向上させることができる。
さらに、少なくとも試料片ホルダＰ、ニードル１８、および試料片Ｑの各々の画像データにおける所定領域に対してエッジを抽出することができない場合に、画像データを再度取得するので、テンプレートを的確に作成することができる。
さらに、最終的にステージ１２に平行な平面内での移動のみによって試料片Ｑを予め定めた試料片ホルダＰの位置に移設するので、試料片Ｑの移設を適正に実施することができる。
さらに、テンプレートの作成前にニードル１８に保持される試料片Ｑを整形加工するので、テンプレート作成時のエッジ抽出の精度を向上させることができるとともに、後に実行する仕上げ加工に適した試料片Ｑの形状を確保することができる。さらに、整形加工の位置をニードル１８からの距離に応じて設定するので、精度良く整形加工を実施することができる。
さらに、試料片Ｑを保持するニードル１８が所定姿勢になるように回転させる際に、偏芯補正によってニードル１８の位置ずれを補正することができる。

また、本発明の実施形態による自動試料作製装置１０によれば、コンピュータ２１は、試料片Ｑが形成される際のレファレンスマークＲｅｆに対するニードル１８の相対位置を検出することによって、試料片Ｑに対するニードル１８の相対位置関係を把握することができる。コンピュータ２１は、試料片Ｑの位置に対するニードル１８の相対位置を逐次検出することによって、ニードル１８を３次元空間内で適切に（つまり、他の部材や機器などに接触することなしに）駆動することができる。
さらに、コンピュータ２１は、少なくとも２つの異なる方向から取得した画像データを用いることによって、ニードル１８の３次元空間内の位置を精度良く把握することができる。これによりコンピュータ２１は、ニードル１８を３次元的に適切に駆動することができる。

さらに、コンピュータ２１は、予めニードル１８を移動させる直前に実際に生成される画像データをテンプレート（レファレンス画像データ）とするので、ニードル１８の形状によらずにマッチング精度の高いテンプレートマッチングを行なうことができる。これによりコンピュータ２１は、ニードル１８の３次元空間内の位置を精度良く把握することができ、ニードル１８を３次元空間内で適切に駆動することができる。さらに、コンピュータ２１は、ステージ１２を退避させ、ニードル１８の背景に複雑な構造物がない状態で各画像データを取得するので、バックグラウンドの影響を排除してニードル１８の形状が明確に把握できるテンプレート（レファレンス画像データ）を取得することができる。

さらに、コンピュータ２１は、ニードル１８と試料片Ｑとを接触させずにデポジション膜により接続するので、後の工程でニードル１８と試料片Ｑとが分離される際にニードル１８が切断されてしまうことを防止することができる。さらに、ニードル１８の振動が発生する場合であっても、この振動が試料片Ｑに伝達されることを抑制することができる。さらに、試料Ｓのクリープ現象による試料片Ｑの移動が発生する場合であっても、ニードル１８と試料片Ｑとの間に過剰なひずみが生じることを抑制することができる。

さらに、ガス供給部１７は、プラチナまたはタングステンなどを含有したデポジション用ガスを供給するので、膜厚が薄い緻密なデポジション膜を形成することができる。これによりガス供給部１７は、後の工程でニードル１８と試料片Ｑとがエッチング加工によって切断される場合であっても、膜厚が薄いデポジション膜によりプロセス効率を向上させることができる。

さらに、コンピュータ２１は、集束イオンビームの照射によるエッチング加工によって試料Ｓと試料片Ｑとの接続を切断した場合に、実際に切断が完了しているか否かを、試料Ｓとニードル１８との間の導通有無を検出することによって確認することができる。
さらに、コンピュータ２１は、試料Ｓと試料片Ｑとの実際の分離が完了していないことを報知するので、この工程に続いて自動的に実行される一連の工程の実行が中断される場合であっても、この中断の原因を操作者に容易に認識させることができる。
さらに、コンピュータ２１は、試料Ｓとニードル１８との間の導通が検出された場合には、試料Ｓと試料片Ｑとの接続切断が実際には完了していないと判断して、この工程に続くニードル１８の退避などの駆動に備えて、試料片Ｑとニードル１８との接続を切断する。これによりコンピュータ２１は、ニードル１８の駆動に伴う試料Ｓの位置ずれまたはニードル１８の破損などの不具合の発生を防止することができる。
さらに、コンピュータ２１は、試料Ｓとニードル１８との間の導通有無を検出して、試料Ｓと試料片Ｑとの接続切断が実際に完了していることを確認してからニードル１８を駆動することができる。これによりコンピュータ２１は、ニードル１８の駆動に伴う試料Ｓの位置ずれまたはニードル１８の破損などの不具合の発生を防止することができる。

さらに、コンピュータ２１は、試料片Ｑが接続されたニードル１８に対して、実際の画像データをテンプレート（レファレンス画像データ）とするので、試料片Ｑと接続されたニードル１８の形状によらずにマッチング精度の高いテンプレートマッチングを行なうことができる。これによりコンピュータ２１は、試料片Ｑと接続されたニードル１８の３次元空間内の位置を精度良く把握することができ、ニードル１８および試料片Ｑを３次元空間内で適切に駆動することができる。

さらに、コンピュータ２１は、既知である試料台３３のテンプレートを用いて試料台３３を構成する複数の柱状部３４の位置を抽出するので、適正な状態の試料台３３が存在するか否かを、ニードル１８の駆動に先立って確認することができる。
さらに、コンピュータ２１は、試料片Ｑが接続されたニードル１８が照射領域内に到達する前後における吸収電流の変化に応じて、ニードル１８および試料片Ｑが移動目標位置の近傍に到達したことを間接的に精度良く把握することができる。これによりコンピュータ２１は、ニードル１８および試料片Ｑを移動目標位置に存在する試料台３３などの他の部材に接触させること無しに停止させることができ、接触に起因する損傷などの不具合が発生することを防止することができる。

さらに、コンピュータ２１は、試料片Ｑおよび試料台３３をデポジション膜により接続する場合に試料台３３とニードル１８との間の導通有無を検出するので、実際に試料片Ｑおよび試料台３３の接続が完了したか否かを精度良く確認することができる。
さらに、コンピュータ２１は、試料台３３とニードル１８との間の導通有無を検出して、試料台３３と試料片Ｑとの接続が実際に完了していることを確認してから試料片Ｑとニードル１８との接続を切断することができる。

さらに、コンピュータ２１は、実際のニードル１８の形状を理想的なレファレンス形状に一致させることにより、ニードル１８を３次元空間内で駆動する際などにおいて、パターンマッチングによってニードル１８を容易に認識することができ、ニードル１８の３次元空間内の位置を精度良く検出することができる。

以下、上述した実施形態の第１の変形例について説明する。
上述した実施形態において、ニードル駆動機構１９はステージ１２と一体に設けられるとしたが、これに限定されない。ニードル駆動機構１９は、ステージ１２と独立に設けられてもよい。ニードル駆動機構１９は、例えば試料室１１などに固定されることによって、ステージ１２のチルト駆動などから独立して設けられてもよい。

以下、上述した実施形態の第２の変形例について説明する。
上述した実施形態において、集束イオンビーム照射光学系１４は光軸を鉛直方向とし、電子ビーム照射光学系１５は光軸を鉛直に対して傾斜した方向としたが、これに限定されない。例えば、集束イオンビーム照射光学系１４は光軸を鉛直に対して傾斜した方向とし、電子ビーム照射光学系１５は光軸を鉛直方向としてもよい。

以下、上述した実施形態の第３の変形例について説明する。
上述した実施形態において、荷電粒子ビーム照射光学系として集束イオンビーム照射光学系１４と電子ビーム照射光学系１５の２種のビームが照射できる構成としたが、これに限定されない。例えば、電子ビーム照射光学系１５が無く、鉛直方向に設置した集束イオンビーム照射光学系１４のみの構成としてもよい。
上述した実施形態では、上述のいくつかのステップにおいて、試料片ホルダＰ、ニードル１８、試料片Ｑ等に電子ビームと集束イオンビームを異なる方向から照射して、電子ビームによる画像と集束イオンビームによる画像を取得していた。上述した実施形態では、電子ビームおよび集束イオンビームの画像に基づき、試料片ホルダＰ、ニードル１８、試料片Ｑ等の位置および位置関係を把握していたが、集束イオンビームの画像のみで行なう。
例えば、ステップＳ２２において、試料片ホルダＰと試料片Ｑとの位置関係を把握する場合には、ステージ１２の傾斜が水平の場合と、或る特定の傾斜角で水平から傾斜する場合とにおいて、試料片ホルダＰと試料片Ｑの両者が同一視野に入るように集束イオンビームによる画像を取得する。ステージ１２の傾斜が水平の場合と、或る特定の傾斜角で水平から傾斜する場合との両画像から、試料片ホルダＰと試料片Ｑの三次元的な位置関係が把握できる。上述したように、ニードル駆動機構１９はステージ１２と一体で水平垂直移動、傾斜ができるため、ステージ１２が水平、傾斜に関わらず、試料片ホルダＰと試料片Ｑの相対位置関係は保持される。そのため、荷電粒子ビーム照射光学系が集束イオンビーム照射光学系１４の１本だけであっても、試料片Ｑを異なる２方向から観察、加工することができる。
同様に、ステップＳ０２における試料片ホルダＰの画像データの登録、ステップＳ０７におけるニードル位置の認識、ステップＳ０８におけるニードルのテンプレート（レファレンス画像）の取得、ステップＳ１７における試料片Ｑが接続したニードル１８のレファレンス画像の取得、ステップＳ２１における試料片Ｑの取り付け位置の認識、およびステップＳ２５におけるニードル移動停止においても同様に行なえばよい。
また、ステップＳ２５における試料片Ｑと試料片ホルダＰとの接続おいても、ステージ１２が水平状態において試料片ホルダＰと試料片Ｑの上端面からデポジション膜を形成して接続し、さらに、ステージ１２を傾斜させて異なる方向からデポジション膜が形成でき、確実な接続ができる。

以下、上述した実施形態の第４の変形例について説明する。
上述した実施形態において、コンピュータ２１は、自動試料サンプリングの動作として、ステップＳ０１からステップＳ３０の一連の処理を自動的に実行するとしたが、これに限定されない。コンピュータ２１は、ステップＳ０１からステップＳ３０のうちの少なくとも何れか１つの処理を、操作者の手動操作によって実行するように切り替えてもよい。
また、コンピュータ２１は、複数の試料片Ｑに対して自動試料サンプリングの動作を実行する場合に、試料Ｓに複数の試料片Ｑの何れか１つが形成される毎に、この１つの試料片Ｑに対して自動試料サンプリングの動作を実行してもよい。また、コンピュータ２１は、試料Ｓに複数の試料片Ｑの全てが形成された後に、複数の試料片Ｑの各々に対して自動試料サンプリングの動作を実行してもよい。
１つの試料片Ｑが形成される毎に自動試料サンプリングを実行する場合には、レファレンスマークＲｅｆに基づいて、試料片Ｑの形成およびニードル１８の移動を、ステージ１２の移動（例えば、ステージ１２の傾斜など）無しに行うことができる。ステージ１２を移動させずに試料片Ｑの形成およびニードル１８の移動を行うので、位置ずれ及びレファレンスマークＲｅｆの認識ミスの発生を防ぐことができる。さらに、自動試料サンプリングが異常などによって中断される場合であっても、サンプリングされない試料片Ｑが生じることを防止することができる。

以下、上述した実施形態の第５の変形例について説明する。
上述した実施形態において、コンピュータ２１は、既知である柱状部（ピラー）３４のテンプレートを用いて柱状部（ピラー）３４の位置を抽出するとしたが、このテンプレートとして、予め実際の柱状部（ピラー）３４の画像データから作成するレファレンスパターンを用いてもよい。また、コンピュータ２１は、試料台３３を形成する自動加工の実行時に作成したパターンを、テンプレートとしてもよい。
また、上述した実施形態において、コンピュータ２１は、柱状部（ピラー）３４の作成時に荷電粒子ビームの照射によって形成されるレファレンスマークＲｅｆを用いて、試料台３３の位置に対するニードル１８の位置の相対関係を把握してもよい。コンピュータ２１は、試料台３３の位置に対するニードル１８の相対位置を逐次検出することによって、ニードル１８を３次元空間内で適切に（つまり、他の部材や機器などに接触することなしに）駆動することができる。

以下、上述した実施形態の第６の変形例について説明する。
上述した実施形態において、コンピュータ２１は、ニードル１８に接続された試料片Ｑを取り付け位置に向かい移動させた後に、試料片Ｑおよび試料台３３の表面にガス供給部１７によってガスを供給するとしたが、これに限定されない。
コンピュータ２１は、ニードル１８に接続された試料片Ｑが取り付け位置周辺の目標位置に到達するのに先立って、照射領域にガス供給部１７によってガスを供給してもよい。
コンピュータ２１は、ニードル１８に接続された試料片Ｑが取り付け位置に向かい移動している状態で試料片Ｑにデポジション膜を形成することができ、試料片Ｑが集束イオンビームによってエッチング加工されてしまうことを防止することができる。さらに、コンピュータ２１は、試料片Ｑが取り付け位置周辺の目標位置に到達した時点で直ちに試料片Ｑおよび試料台３３をデポジション膜により接続することができる。

以下、上述した実施形態の第７の変形例について説明する。
上述した実施形態において、コンピュータ２１は、ニードル１８を中心軸周りに回転させつつ、特定の回転位置においてエッチング加工を行なうとしたが、これに限定されない。
コンピュータ２１は、駆動機構１３のチルト機構１３ｂによるステージ１２のチルト（Ｘ軸またはＹ軸周りの回転）に応じて、複数の異なる方向からの集束イオンビームの照射によってエッチング加工を行なってもよい。

以下、上述した実施形態の第８の変形例について説明する。
上述した実施形態において、コンピュータ２１は、自動試料サンプリングの動作において、毎回、ニードル１８の先端を先鋭化加工するとしたが、これに限定されない。
コンピュータ２１は、自動試料サンプリングの動作が繰り返し実行される場合の適宜のタイミング、例えば繰り返し実行の回数が所定回数毎などにおいて、ニードル１８の先鋭化加工を実行してもよい。
また、上述した実施形態において、コンピュータ２１は、ステージ退避の処理（ステップＳ２８）の実行後にニードルトリミング工程を実行するとしたが、これに限定されない。
コンピュータ２１は、ニードル１８によって最初に試料片Ｑを移設するよりも前のタイミング、例えばニードル１８のテンプレート作成工程（ステップＳ０８）よりも前などにおいて、ニードル１８の先端形状を画像認識して、先端の先鋭化が必要な場合にニードル１８の先端を先鋭化加工してもよい。

以下、上述した実施形態の第９の変形例について説明する。
上述した実施形態において、試料片Ｑを試料片ホルダＰに接続させるステップＳ２２からステップＳ２５までの処理を次のように行なってもよい。つまり、試料片ホルダＰの柱状部３４と試料片Ｑと画像から、それらの位置関係（互いの距離）を求め、それらの距離が目的の値となるようにニードル駆動機構１９を動作させる処理である。
ステップ２２おいて、コンピュータ２１は、電子ビーム及び集束イオンビームによるニードル１８、試料片Ｑ、柱状部３４の二次粒子画像データまたは吸収電流画像データをからそれらの位置関係を認識する。図３２および図３３は、柱状部３４と試料片Ｑの位置関係を模式的に示した図であり、図３２は集束イオンビーム照射によって、図３３は電子ビーム照射によって得た画像を基にしている。これらの図から柱状部３４と試料片Ｑの相対位置関係を計測する。図３２のように柱状部３４の一角を原点３４ａとして直交３軸座標（ステージ１２の３軸座標とは異なる座標）を定め、柱状部３４の原点３４ａと試料片Ｑの基準点Ｑｃの距離として、図３２から距離ＤＸ、ＤＹが求まる。
一方、図３３からは距離ＤＺが求まる。但し、電子ビーム光学軸と集束イオンビーム軸（鉛直）に対して角度θだけ傾斜しているので、柱状部３４と試料片ＱのＺ軸方向の実際の距離はＤＺ／ｓｉｎθとなる。
次に、柱状部３４に対する試料片Ｑの移動停止位置関係を図３２，図３３で説明する。
柱状部３４の上端面３４ｂと試料片Ｑの上端面Ｑｂを同一面とし、かつ、柱状部３４の側面と試料片Ｑの断面が同一面となり、しかも、柱状部３４と試料片Ｑとの間には約０.５μｍの空隙がある位置関係とする。つまり、ＤＸ＝０、ＤＹ＝０．５μｍ、ＤＺ＝０となるように、ニードル駆動機構１９を動作させることで、目標とする停止位置に試料片Ｑを到達させることができる。

以下、上述した実施形態の第１０の変形例について説明する。
上述した実施形態におけるステップ２３では、ニードル１８を画像から計測した柱状部３４と試料片Ｑの間隔が目標の値となるようにニードル駆動機構１９を動作させた。
上述した実施形態において、試料片Ｑを試料片ホルダＰに接続させるステップＳ２２からステップＳ２５までの処理を次のように行なってもよい。つまり、試料片ホルダＰの柱状部３４への試料片Ｑの取り付け位置をテンプレートとして予め定めておき、その位置に試料片Ｑの画像をパターンマッチングさせて、ニードル駆動機構１９を動作させる処理である。
柱状部３４に対する試料片Ｑの移動停止位置関係を示すテンプレートを説明する。柱状部３４の上端面３４ｂと試料片Ｑの上端面Ｑｂを同一面とし、かつ、柱状部３４の側面と試料片Ｑの断面が同一面となり、しかも、柱状部３４と試料片Ｑとの間には約０．５μｍの空隙がある位置関係である。このようなテンプレートは、実際の試料片ホルダＰや試料片Ｑを固着したニードル１８の二次粒子画像や吸収電流画像データから輪郭（エッジ）部を抽出して線画を作成してもよいし、設計図面から線画として作成してもよい。
作成したテンプレートのうち柱状部３４をリアルタイムでの電子ビーム及び集束イオンビームによる柱状部３４の画像に重ねて表示し、ニードル駆動機構１９に動作の指示を出すことで、試料片Ｑはテンプレート上の試料片Ｑの停止位置に向かって移動する（ステップ２３，２４）。リアルタイムでの電子ビーム及び集束イオンビームによる画像が、予め定めたテンプレート上の試料片Ｑの停止位置に重なったことを確認して、ニードル駆動機構１９の停止処理を行なう（ステップ２５）。このようにして、試料片Ｑを予め定めた柱状部３４に対する停止位置関係に正確に移動させることができる。

次に、上述のステップ２２から２５における、別の形態例について説明する。
上述した実施形態におけるステップ２３ではニードル１８を移動させた。もし、ステップ２３を終えた試料片Ｑが、目的位置から大きくずれた位置関係にある場合、次の動作を行なってもよい。
ステップ２２において、移動前の試料片Ｑの位置は、各柱状部３４の原点とした直交３軸座標系において、Ｙ＞０、Ｚ＞０の領域に在ることが望ましい。これは、ニードル１８の移動中に試料片Ｑが柱状部３４への衝突の危険性が極めて少ないためで、ニードル駆動機構１９のＸ、Ｙ、Ｚ駆動部を同時に動作させて、安全に迅速に目的位置に到達できる。一方、移動前の試料片Ｑの位置がＹ＜０の領域にある場合、試料片Ｑを停止位置に向けてニードル駆動機構１９のＸ、Ｙ、Ｚ駆動部を同時に動作させると、柱状部３４に衝突する危険性が大きい。このため、ステップ２２で試料片ＱがＹ＜０の領域にある場合、ニードル１８は柱状部３４を避けた経路で目標位置に到達させる。具体的には、まず、試料片Ｑをニードル駆動機構１９のＹ軸のみを駆動させ、Ｙ＞０の領域まで移動させて所定の位置に到達させ、次に、Ｘ、Ｙ、Ｚ駆動部の同時動作によって最終的な停止位置に向けて移動する。このようなステップによって、試料片Ｑを柱状部３４に衝突することなく、安全に迅速に移動させることができる。

なお、上述した実施形態では、コンピュータ２１は、ソフトウェア機能部、またはＬＳＩなどのハードウェア機能部であってもよい。

なお、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

本発明によれば、コンピュータ２１は、少なくとも試料片ホルダＰ、ニードル１８、および試料片Ｑの予め取得したテンプレートを基にして、各ビーム照射光学系１４，１５、各駆動機構１３，１９、およびガス供給部１７を制御するので、試料片Ｑを試料片ホルダＰに移設する動作を適正に自動化する、ことが可能な自動試料作製装置１０を提供することができる。

１０…荷電粒子ビーム装置、１１…試料室、１２…ステージ（試料ステージ）、１３…駆動機構、１４…集束イオンビーム照射光学系（荷電粒子ビーム照射光学系）、１５…電子ビーム照射光学系（荷電粒子ビーム照射光学系）、１６…検出器（二次粒子検出器）、１７…ガス供給部、１８…ニードル、１９…ニードル駆動機構、２０…表示装置、２１…コンピュータ、２２…入力デバイス、３３…試料台、３４…柱状部、Ｐ…試料片ホルダ、Ｑ…試料片、Ｒ…二次荷電粒子、Ｓ…試料

Claims (6)

1. 試料から試料片を自動的に作製する自動試料作製装置であって、
   集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射光学系と、
   前記集束イオンビームと異なる方向から電子ビームを照射する電子ビーム照射光学系と、
   前記試料から分離および摘出した前記試料片を保持して搬送する試料片移設手段と、
   前記集束イオンビームまたは／および前記電子ビームを照射対象に照射することにより前記照射対象から発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、
   前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの前記試料片移設手段への照射により生成される前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの画像データを用いた画像認識により前記試料片移設手段の位置を認識し、前記試料片移設手段を駆動するコンピュータと、を備え、
   前記コンピュータは、前記試料に作製したリファレンスマークを認識し、前記リファレンスマーク位置と関連付けられた目標位置に前記試料片移設手段を移動させ、
   前記リファレンスマークの認識は、前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの前記リファレンスマークへの照射によって生成される前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの画像データを用いた画像認識により行う、
   ことを特徴とする自動試料作製装置。
2. 前記リファレンスマークは、前記試料の加工の位置基準を示すマークである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の自動試料作製装置。
3. 試料から試料片を自動的に作製する自動試料作製装置であって、
   集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射光学系と、
   前記集束イオンビームと異なる方向から電子ビームを照射する電子ビーム照射光学系と、
   前記試料から分離および摘出した前記試料片を保持して搬送する試料片移設手段と、
   前記集束イオンビームまたは／および前記電子ビームを照射対象に照射することにより前記照射対象から発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、
   前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの前記試料片移設手段への照射により生成される前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの画像データを用いた画像認識により前記試料片移設手段の位置を認識し、前記試料片移設手段を駆動するコンピュータと、を備え、
   前記画像認識のための画像データは、前記試料片が固定された前記試料片移設手段を回転させた姿勢状態で前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの前記試料片移設手段および前記試料片への照射により生成される前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの画像データである、
   ことを特徴とする自動試料作製装置。
4. 試料から試料片を自動的に作製する自動試料作製装置であって、
   集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射光学系と、
   前記集束イオンビームと異なる方向から電子ビームを照射する電子ビーム照射光学系と、
   前記試料から分離および摘出した前記試料片を保持して搬送する試料片移設手段と、
   前記集束イオンビームまたは／および前記電子ビームを照射対象に照射することにより前記照射対象から発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、
   前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの前記試料片移設手段への照射により生成される前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの画像データを用いた画像認識により前記試料片移設手段の位置を認識し、前記試料片移設手段を前記集束イオンビームにより加工するコンピュータと、を備える、
   ことを特徴とする自動試料作製装置。
5. 試料から試料片を自動的に作製する自動試料作製方法であって、
   集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射光学系と、
   前記集束イオンビームと異なる方向から電子ビームを照射する電子ビーム照射光学系と、
   前記試料から分離および摘出した前記試料片を保持して搬送する試料片移設手段と、
   前記集束イオンビームまたは／および前記電子ビームを照射対象に照射することにより前記照射対象から発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、
   コンピュータと、を備えた自動試料作製装置を使用して、
   前記コンピュータにより、前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの前記試料片移設手段への照射により生成される前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの画像データを用いた画像認識により前記試料片移設手段の位置を認識し、
   前記コンピュータにより、前記試料に作製したリファレンスマークを認識し、前記リファレンスマーク位置と関連付けられた目標位置に前記試料片移設手段を移動させ、
   前記リファレンスマークの認識は、前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの前記リファレンスマークへの照射によって生成される前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの画像データを用いた画像認識により行う、
   ことを特徴とする自動試料作製方法。
6. 試料から試料片を自動的に作製する自動試料作製方法であって、
   集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射光学系と、
   前記集束イオンビームと異なる方向から電子ビームを照射する電子ビーム照射光学系と、
   前記試料から分離および摘出した前記試料片を保持して搬送する試料片移設手段と、
   前記集束イオンビームまたは／および前記電子ビームを照射対象に照射することにより前記照射対象から発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、
   コンピュータと、を備えた自動試料作製装置を使用して、
   前記コンピュータにより、前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの前記試料片移設手段への照射により生成される前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの画像データを用いた画像認識により前記試料片移設手段の位置を認識し、前記試料片移設手段を駆動し、
   前記画像認識のための画像データは、前記試料片が固定された前記試料片移設手段を回転させた姿勢状態で前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの前記試料片移設手段および前記試料片への照射により生成される前記集束イオンビームおよび前記電子ビームの画像データである、
   ことを特徴とする自動試料作製方法。

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