(57)【要約】【課題】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で繰返す。【解決手段】荷電粒子ビーム装置は、試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、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、試料を載置して移動する試料ステージと、試料から分離および摘出する試料片を保持して搬送する試料片移設手段と、試料片が移設される試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、荷電粒子ビームの照射によって取得した対象物の吸収電流画像を基にして作成したテンプレートと、対象物の画像から得られる位置情報とに基づいて、対象物に関する位置制御を行うコンピュータとを備える。【選択図】図１
2020126852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
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する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る試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
前記荷電粒子ビームの照射によって取得した対象物の吸収電流画像を基にして作成したテンプレートと、前記対象物の画像から得られる位置情報とに基づいて、前記対象物に関する位置制御を行うコンピュータと、
を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記試料片移設手段は、前記試料から分離および摘出する前記試料片を保持して搬送するニードルと、該ニードルを駆動するニードル駆動機構とを備え、
前記コンピュータは、前記対象物である前記ニードルの位置を前記試料片に対して制御するように前記ニードル駆動機構を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記荷電粒子ビームの照射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を備え、
前記コンピュータは、前記ニードルを前記試料片との間に空隙を設けて接近させた後、前記ニードルと前記試料片を前記デポジション膜で接続するよう前記荷電粒子ビーム照射光学系と前記ニードル駆動機構と前記ガス供給部を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
前記コンピュータは、前記ニードルを、前記荷電粒子ビームを前記ニードルに照射して得られた吸収電流画像によって形成したテンプレートと、
前記荷電粒子ビームを前記ニードルに照射して得られた吸収電流画像から取得した前記ニードルの先端座標と、を用いて前記試料片に接近させるよう前記ニードル駆動機構を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記デポジション膜が形成される前記ニードルと前記試料片との間の空隙は１μｍ以下である
ことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記デポジション膜が形成される前記ニードルと前記試料片との間の空隙は１００ｎｍ以上かつ４００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
前記試料片移設手段は、前記試料から分離および摘出する前記試料片を保持して搬送するニードルと、該ニードルを駆動するニードル駆動機構とを備え、
前記試料片ホルダは、前記試料片が移設される柱状部を有し、
前記コンピュータは、前記対象物である前記柱状部に対して前記試料片の位置を制御するように前記ニードル駆動機構を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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作製した試料片を摘出して、走査電子顕微鏡および透過電子顕微鏡などによる観察、分析、並びに計測などの各種工程に適した形状に試料片を加工する装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
従来、試料に集束イオンビームを照射することによって作製した試料片を、装置内に設置したニードルを利用して摘出して、走査電子顕微鏡および透過電子顕微鏡などによる観察、分析、並びに計測などの各種工程に適した形状に試料片を加工する際、ニードル先端位置を明瞭にするためにニードルに流入するイオンビーム電流から画像（吸収電流画像または流入電流画像とも言う）を用いる装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。この装置においては、試料表面が半導体デバイスパターンのように複雑な形状の場合、二次電子画像では試料表面の形状に影響されてニードル先端位置を認識できないことが多いので、吸収電流画像を有効に用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−０５２７２１号公報
【特許文献２】特開２００８−１５３２３９号公報
【特許文献３】特開２０００−１７１３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本明細書では、「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し、さらに具体的には、試料から集束イオンビームによ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。
従来、試料片のサンプリングを自動でできる技術は十分実現できているとは言えない。  サンプリングを自動で連続的に繰返すことを阻害する原因として、試料片の摘出や搬送に用いるニードルを自動的に画像認識することができない、ニードル先端が変形してニードル先端の成形加工やニードル自体の交換を伴う、ことなどがある。
ニードルを自動的に画像認識できない原因は、ニードル先端位置を電子ビームによって確認する場合、二次電子像（または反射電子像）ではニードル先端部材が背景像と区別が付かず、ニードル先端を画像認識できず、誤った画像を抽出したり、画像認識処理を停止したりしてしまう。
また、ニードル先端位置を荷電粒子ビームの吸収電流像で確認する場合、ニードル先端材料の二次電子イールドが１に近いと、背景像との区別が付かず、ニードル先端が確認できない。例えば、タングステンニードルは吸収電流像で確認することができるが、その先端にカーボンデポジション膜が残存していると、吸収電流像ではカーボンデポジション膜を画像認識することができず、本来、残存したカーボンデポジション膜の先端がニードルの先端と判断すべきところ、カーボンデポジション膜が出来ないため、タングステンニードルの先端を真の先端と誤認識する場合がある。このような状態で、ニードルを繊細な試料片に接近させると、試料片の直前でニードルを停止させたいところ、ニードル先端に残存するカーボンデポジション膜の残渣で繊細な試料片に衝突してしまう。
このように、カーボンデポジション膜を含めたニードルの真の先端を、画像を利用して目的位置に移動させることができない。最悪の場合、ニードルが試料片に衝突して試料片を破壊し、貴重な試料を損失してしまう問題を引き起こす。また、ニードルが試料片への衝突で、ニードルが変形し、ニードルを交換せねばならない状態となる。このような事態は、本来目的とする自動で連続的にサンプリングを繰返すことを阻害することになる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、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で繰返し実行することが可能な荷電粒子ビーム装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の一態様は、試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、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する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る試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、前記荷電粒子ビームの照射によって取得した対象物の吸収電流画像を基にして作成したテンプレートと、前記対象物の画像から得られる位置情報とに基づいて、前記対象物に関する位置制御を行うコンピュータとを備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置である。
【０００７】
（２）また、本発明の一態様は、（１）に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記試料片移設手段は、前記試料から分離および摘出する前記試料片を保持して搬送するニードルと、該ニードルを駆動するニードル駆動機構とを備え、前記コンピュータは、前記対象物である前記ニードルの位置を前記試料片に対して制御するように前記ニードル駆動機構を制御する。
【０００８】
（３）また、本発明の一態様は、（２）に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記荷電粒子ビームの照射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を備え、前記コンピュータは、前記ニードルを前記試料片との間に空隙を設けて接近させた後、前記ニードルと前記試料片を前記デポジション膜で接続するよう前記荷電粒子ビーム照射光学系と前記ニードル駆動機構と前記ガス供給部を制御する。
【０００９】
（４）また、本発明の一態様は、（２）に記載の電粒子ビーム装置において、前記コンピュータは、前記ニードルを、前記荷電粒子ビームを前記ニードルに照射して得られた吸収電流画像によって形成したテンプレートと、前記荷電粒子ビームを前記ニードルに照射して得られた吸収電流画像から取得した前記ニードルの先端座標と、を用いて前記試料片に接近させるよう前記ニードル駆動機構を制御する。
【００１０】
（５）また、本発明の一態様は、（３）に記載の電粒子ビーム装置において、前記デポジション膜が形成される前記ニードルと前記試料片との間の空隙は１μｍ以下である。
【００１１】
（６）また、本発明の一態様は、（５）に記載の電粒子ビーム装置において、前記デポジション膜が形成される前記ニードルと前記試料片との間の空隙は１００ｎｍ以上かつ４００ｎｍ以下である。
【００１２】
（７）また、本発明の一態様は、（１）に記載の電粒子ビーム装置において、前記試料片移設手段は、前記試料から分離および摘出する前記試料片を保持して搬送するニードルと、該ニードルを駆動するニードル駆動機構とを備え、前記試料片ホルダは、前記試料片が移設される柱状部を有し、前記コンピュータは、前記対象物である前記柱状部に対して前記試料片の位置を制御するように前記ニードル駆動機構を制御する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の荷電粒子ビーム装置によれば、ニードル先端を正確に画像認識することができるため、ニードルの正確な位置制御が可能となり、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サンプリング動作を自動で連続して実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の試料に形成された試料片を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の試料片ホルダを示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の試料片ホルダを示す側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の動作を示すフローチャートのうち、特に、初期設定工程のフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置において、繰返し使ったニードルの真の先端を説明するための模式図であり、特に（Ａ）は実際のニードル先端を説明する模式図であり、（Ｂ）は、吸収電流信号で得られた第１画像を説明する模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置におけるニードル先端の、電子ビーム照射による二次電子像の模式図であり、特に（Ａ）は背景より明るい領域を抽出した第２画像を示す模式図であり、（Ｂ）は背景より暗い領域を抽出した第３画像を示す模式図である。
【図８】図７の第２画像と第３画像を合成した第４画像を説明する模式図である。
【図９】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の動作を示すフローチャートのうち、特に、試料片ピックアップ工程のフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置における、ニードルを試料片に接続させる際の、ニードルの停止位置を説明するための模式図である。
【図１１】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におけるニードルの先端および試料片を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の電子ビームにより得られる画像におけるニードルの先端および試料片を示す図である。
【図１３】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枠を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置における、ニードルを試料片に接続した時の、ニードルと試料片の位置関係を説明するための模式図である。
【図１５】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。
【図１６】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の電子ビームにより得られる画像における試料片が接続されたニードルを退避させている状態を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の電子ビームにより得られる画像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。
【図１８】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。
【図１９】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の電子ビームにより得られる画像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。
【図２０】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の動作を示すフローチャートのうち、特に、試料片マウント工程のフローチャートである。
【図２１】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。
【図２２】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の電子ビームにより得られる画像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。
【図２３】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枠を示す図である。
【図２４】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。
【図２５】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を退避させた状態を示す図である。
【図２６】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の電子ビームにより得られる画像におけるニードルを退避させた状態を示す図である。
【図２７】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置において、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。
【図２８】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置において、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。
【図２９】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置において、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エッジを利用したテンプレートを示す説明図である。
【図３０】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置において、柱状部と試料片とを接続する際の位置関係を示すテンプレートを説明する説明図である。
【図３１】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０°でのアプローチモードの状態を示す図である。
【図３２】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の電子ビームにより得られる画像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。
【図３３】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。
【図３４】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の電子ビームにより得られる画像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。
【図３５】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。
【図３６】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の電子ビームにより得られる画像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。
【図３７】本発明の実施形態に係る平面試料を作製するための説明図であり、本発明によ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。
【図３８】本発明の実施形態に係る平面試料を作製するための説明図であり、分離した試料片を試料片ホルダに接触する状態を示す図である。
【図３９】本発明の実施形態に係る平面試料を作製するための説明図であり、試料ホルダに固定した試料片を薄片化して平面試料が作製できた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る自動で試料片を作製可能な荷電粒子ビーム装置について添付図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０の構成図である。本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０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を駆動するステージ駆動機構１３と、を備えている。荷電粒子ビーム装置１０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１０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１０は、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、二次イオン）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１０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。ガス供給部１７は具体的には外径２００μｍ程度のノズル１７ａなどである。荷電粒子ビーム装置１０は、ステージ１２に固定された試料Ｓから微小な試料片Ｑを取り出し、試料片Ｑを保持して試料片ホルダＰに移設するニードル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、ニードル１８に流入する荷電粒子ビームの流入電流（吸収電流とも言う）を検出し、ニードル１８に流入する荷電粒子ビームの流入電流（吸収電流とも言う）を検出し、流入電流信号はコンピュータに送り画像化する吸収電流検出器２０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１０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２１と、コンピュータ２２と、入力デバイス２３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や試料片ホルダＰなどである。
【００１７】
この実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０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、被照射部の画像化やスパッタリングによる各種の加工（掘削、トリミング加工など）と、デポジション膜の形成などが実行可能である。荷電粒子ビーム装置１０は、試料Ｓから透過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）や電子ビーム利用の分析試料片を形成する加工を実行可能である。荷電粒子ビーム装置１０は、試料片ホルダＰに移設された試料片Ｑを、透過電子顕微鏡による透過観察に適した所望の厚さ（例えば、５〜１００ｎｍなど）の薄膜とする加工が実行可能である。荷電粒子ビーム装置１０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。
吸収電流検出器２０は、プリアンプを備え、ニードルの流入電流を増幅し、コンピュータ２２に送る。吸収電流検出器２０により検出されるニードル流入電流と荷電粒子ビームの走査と同期した信号により、表示装置２１にニードル形状の吸収電流画像を表示でき、ニードル形状や先端位置特定が行える。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０において、集束イオンビームを試料Ｓ表面（斜線部）に照射して形成された、試料Ｓから摘出される前の試料片Ｑを示す平面図である。符号Ｆは集束イオンビームによる加工枠、つまり、集束イオンビームの走査範囲を示し、その内側（白色部）が集束イオンビーム照射によってスパッタ加工されて掘削された加工領域Ｈを示している。符号Ｒｅｆは、試料片Ｑを形成する（掘削しないで残す）位置を示すレファレンスマーク（基準点）であり、例えば、後述するデポジション膜（例えば、一辺１μｍの正方形）に集束イオンビームによって例えば直径３０ｎｍの微細穴を設けた形状などであり、集束イオンビームや電子ビームによる画像ではコントラスト良く認識することができる。試料片Ｑの概略の位置に知るにはデポジション膜を利用し、精密な位置合わせには微細穴を利用する。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おり、支持部Ｑａによって試料Ｓに片持ち支持されている。試料片Ｑの長手方向の寸法は、例えば、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ程度で、幅（厚さ）は、例えば、５００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍ程度の微小な試料片である。
【００１９】
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。このホルダ固定台１２ａは複数の試料片ホルダＰを搭載できる構造であってもよい。
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を有する略半円形板状の基部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などの円形板状から形成されている。試料台３３は、例えばシリコンウェハから半導体製造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、１０本、１５本、２０本など）で、試料片Ｑが移設される柱状部（以下、ピラーとも言う）３４を備えている。各柱状部３４の幅を違えておくことにより、各柱状部３４に移設した試料片Ｑと柱状部３４の画像を対応付けて、さらに対応する試料片ホルダＰと対応付けてコンピュータ２２に記憶させておくことにより、１個の試料Ｓから多数個の試料片Ｑを作製した場合であっても間違わずに認識でき、後続する透過電子顕微鏡等の分析を該当する試料片Ｑと試料Ｓ上の摘出箇所との対応付けも間違いなく行なえる。各柱状部３４は、例えば先端部の厚さは１０μｍ以下、５μｍ以下などに形成され、先端部に取り付けられる試料片Ｑを保持する。
なお、基部３２は、上記のような直径３ｍｍおよび厚さ５０μｍなどの円形板状に限定されることはなく、例えば長さ５ｍｍ、高さ２ｍｍ、厚さ５０μｍなどの矩形板状であってもよい。要するに、基部３２の形状は、後続する透過電子顕微鏡に導入するステージ１２に搭載できる形状であるとともに、試料台３３に搭載した試料片Ｑの全てがステージ１２の可動範囲内に位置するような形状であればよい。このような形状の基部３２によれば、試料台３３に搭載した全ての試料片Ｑを透過電子顕微鏡で観察することができる。
【００２０】
ステージ駆動機構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２２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。ステージ駆動機構１３は、少なくとも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。ステージ駆動機構１３は、ステージ１２をＸ軸またはＹ軸周りに傾斜させる傾斜機構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。
【００２１】
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に載置された試料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。また、荷電粒子ビーム装置１０は、上記のような集束イオンビーム照射光学系１４の代わりに他のイオンビーム照射光学系を備えてもよい。イオンビーム照射光学系は、上記のような集束ビームを形成する光学系に限定されない。イオンビーム照射光学系は、例えば、光学系内に定型の開口を有するステンシルマスクを設置して、ステンシルマスクの開口形状の成形ビームを形成するプロジェクション型のイオンビーム照射光学系であってもよい。このようなプロジェクション型のイオンビーム照射光学系によれば、試料片Ｑの周辺の加工領域に相当する形状の成形ビームを精度良く形成でき、加工時間が短縮される。
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２２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２２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や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。イオン源１４ａとして、プラズマ型イオン源を用いた場合、大電流ビームによる高速な加工が実現でき、大きな試料Ｓの摘出に好適である。
【００２２】
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の鉛直方向に対して所定角度（例えば６０°）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２２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２２によって制御される。電子光学系１５ｂは、例えば、電磁レンズや偏向器などを備えている。
【００２３】
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の配置を入れ替えて、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。
【００２４】
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や電子ビームが照射された時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）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。
【００２５】
ガス供給部１７は試料室１１に固定されており、試料室１１の内部においてガス噴射部（ノズルとも言う）を有し、ステージ１２に臨ませて配置されている。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などを試料Ｓに供給可能である。例えば、シリコン系の試料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、エッチングを材料選択的に促進させる。また、例えば、プラチナ、カーボン、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、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（デポジション）できる。デポジション用ガスの具体例として、カーボンを含むガスとしてフェナントレンやナフタレンやピレンなど、プラチナを含むガスとしてトリメチル・エチルシクロペンタジエニル・プラチナなど、また、タングステンを含むガスとしてタングステンヘキサカルボニルなどがある。また、供給ガスによっては、電子ビームを照射することでも、エッチングやデポジションを行なうことができる。但し、本発明の荷電粒子ビーム装置１０におけるデポジション用ガスは、デポジション速度、試料片Ｑとニードル１８間のデポジション膜の確実な付着の観点からカーボンを含むデポジション用ガス、例えばフェナントレンやナフタレン、ピレンなどが最適であり、これらのうちいずれかを用いる。
【００２６】
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２２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が傾斜機構１３ｂによって傾斜軸（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、試料ステージの直交３軸座標系とは独立しており、ステージ１２の表面に平行な２次元座標軸とする直交３軸座標系で、ステージ１２の表面が傾斜状態、回転状態にある場合、この座標系は傾斜し、回転する。
【００２７】
コンピュータ２２は、少なくともステージ駆動機構１３と、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、ガス供給部１７と、ニードル駆動機構１９を制御する。
コンピュータ２２は、試料室１１の外部に配置され、表示装置２１と、操作者の入力操作に応じた信号を出力するマウスやキーボードなどの入力デバイス２３とが接続されている。
コンピュータ２２は、入力デバイス２３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１０の動作を統合的に制御する。
【００２８】
コンピュータ２２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して、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２２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（吸収電流画像）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２２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２１に表示させる。コンピュータ２２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２１に表示させる。
【００２９】
本発明の実施形態による荷電粒子ビーム装置１０は上記構成を備えており、次に、この荷電粒子ビーム装置１０の動作について説明する。
【００３０】
以下、コンピュータ２２が実行する自動サンプリングの動作、つまり荷電粒子ビーム（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に移設させる動作について、初期設定工程、試料片ピックアップ工程、試料片マウント工程に大別して、順次説明する。
【００３１】
＜初期設定工程＞
図５は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０による自動サンプリングの動作のうち初期設定工程の流れを示すフローチャートである。先ず、コンピュータ２２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、テンプレートマッチング用の観察条件、および加工条件設定（加工位置、寸法、個数等の設定）、ニードル先端形状の確認などを行なう（ステップＳ０１０）。
【００３２】
次に、コンピュータ２２は、柱状部３４のテンプレートを作成する（ステップＳ０２０からステップＳ０２７）。このテンプレート作成において、先ず、コンピュータ２２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Ｓ０２０）。コンピュータ２２は、サンプリングプロセスの最初に柱状部３４のテンプレートを作成する。コンピュータ２２は、柱状部３４毎にテンプレートを作成する。コンピュータ２２は、各柱状部３４のステージ座標取得とテンプレート作成を行ない、これらをセットで記憶し、後にテンプレートマッチング（テンプレートと画像の重ね合わせ）で柱状部３４の形状を判定する際に用いる。コンピュータ２２は、テンプレートマッチングに用いる柱状部３４のテンプレートとして、例えば、画像そのもの、画像から抽出したエッジ情報などを予め記憶する。コンピュータ２２は、後のプロセスで、ステージ１２の移動後にテンプレートマッチングを行い、テンプレートマッチングのスコアによって柱状部３４の形状を判定することにより、柱状部３４の正確な位置を認識することができる。なお、テンプレートマッチング用の観察条件として、テンプレート作成用と同じコントラスト、倍率などの観察条件を用いると、正確なテンプレートマッチングを実施することができるので望ましい。
ホルダ固定台１２ａに複数の試料片ホルダＰが設置され、各試料片ホルダＰに複数の柱状部３４が設けられている場合、各試料片ホルダＰに固有の認識コードと、該当試料片ホルダＰの各柱状部３４に固有の認識コードとを予め定めておき、これら認識コードと各柱状部３４の座標およびテンプレート情報とを対応付けてコンピュータ２２が記憶してもよい。
また、コンピュータ２２は、上記認識コード、各柱状部３４の座標、およびテンプレート情報と共に、試料Ｓにおける試料片Ｑが摘出される部位（摘出部）の座標、および周辺の試料面の画像情報をセットで記憶してもよい。
また、例えば岩石、鉱物、および生体試料などの不定形な試料の場合、コンピュータ２２は、低倍率の広視野画像、摘出部の位置座標、および画像などをセットにして、これらの情報を認識情報として記憶してもよい。この認識情報を、薄片化した試料Ｓと関連付けし、または、透過電子顕微鏡像と試料Ｓの摘出位置と関連付けして記録してもよい。
【００３３】
コンピュータ２２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っておくことによって、実際に適正な形状の試料台３３が存在することを予め確認しておくことができる。
この位置登録処理において、先ず、コンピュータ２２は、粗調整の動作として、ステージ駆動機構１３によってステージ１２を移動し、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２２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（ＣＡＤ情報）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２２は、抽出した各柱状部３４の位置座標と画像を、試料片Ｑの取り付け位置として登録処理（記憶）する（ステップＳ０２３）。この時、各柱状部３４の画像が、予め準備しておいた柱状部の設計図、ＣＡＤ図、または柱状部３４の標準品の画像と比較して、各柱状部３４の変形や欠け、欠落等の有無を確認し、もし、不良であればその柱状部の座標位置と画像と共に不良品であることもコンピュータ２２は記憶する。
次に、現在登録処理の実行中の試料片ホルダＰに登録すべき柱状部３４が無いか否かを判定する（ステップＳ０２５）。この判定結果が「ＮＯ」の場合、つまり登録すべき柱状部３４の残数ｍが１以上の場合には、処理を上述したステップＳ０２３に戻し、柱状部３４の残数ｍが無くなるまでステップＳ０２３とＳ０２５を繰り返す。一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり登録すべき柱状部３４の残数ｍがゼロの場合には、処理をステップＳ０２７に進める。
【００３４】
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などと共に記録し、さらに、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。コンピュータ２２は、この位置登録処理を、自動サンプリングを実施する試料片Ｑの数の分だけ、順次、実施してもよい。
そして、コンピュータ２２は、登録すべき試料片ホルダＰが無いか否かを判定する（ステップＳ０２７）。この判定結果が「ＮＯ」の場合、つまり登録すべき試料片ホルダＰの残数ｎが１以上の場合には、処理を上述したステップＳ０２０に戻し、試料片ホルダＰの残数ｎが無くなるまでステップＳ０２０からＳ０２７を繰り返す。一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり登録すべき試料片ホルダＰの残数ｎがゼロの場合には、処理をステップＳ０３０に進める。
これにより、１個の試料Ｓから数１０個の試料片Ｑを自動作製する場合、ホルダ固定台１２ａに複数の試料片ホルダＰが位置登録され、そのそれぞれの柱状部３４の位置が画像登録されているため、数１０個の試料片Ｑを取り付けるべき特定の試料片ホルダＰと、さらに、特定の柱状部３４を即座に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（ステップＳ０２０、Ｓ０２３）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は、上記の位置座標、画像データ、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ことを示す表記）などとも登録しておく。これによって、コンピュータ２２は、後述する試料片Ｑの移設の際に、『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、次の正常な試料片ホルダＰ、もしくは柱状部３４を観察視野内に移動させることができる。
【００３５】
次に、コンピュータ２２は、ニードル１８のテンプレートを作成する（ステップＳ０３０からＳ０５０）。テンプレートは、後述するニードルを試料片に正確に接近させる際の画像マッチングに用いる。
このテンプレート作成工程において、先ず、コンピュータ２２は、ステージ駆動機構１３によってステージ１２を一旦移動させる。続いて、コンピュータ２２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（ステップＳ０３０）。初期設定位置は、集束イオンビームと電子ビームがほぼ同一点に照射でき、両ビームの焦点が合う点（コインシデンスポイント）であって、直前に行ったステージ移動によって、ニードル１８の背景には試料Ｓなどニードル１８と誤認するような複雑な構造が無い、予め定めた位置である。このコインシデンスポイントは、集束イオンビーム照射と電子ビーム照射によって同じ対象物を異なった角度から観察することができる位置である。
【００３６】
次に、コンピュータ２２は、電子ビーム照射による吸収画像モードによって、ニードル１８の位置を認識する（ステップＳ０４０）。
コンピュータ２２は、電子ビームを走査しながらニードル１８に照射することによってニードル１８に流入する吸収電流を検出し、吸収電流画像データを生成する。この時、吸収電流画像には、ニードル１８と誤認する背景が無いため、背景画像に影響されずにニードル１８を認識できる。コンピュータ２２は、電子ビームの照射によって吸収電流画像データを取得する。吸収電流像を用いてテンプレートを作成するのは、ニードルが試料片に近づくと、試料片の加工形状や試料表面のパターンなど、ニードルの背景にはニードルと誤認する形状が存在することが多いため、二次電子像では誤認するおそれが高く、誤認防止するため背景に影響を受けない吸収電流像を用いる。二次電子像は背景像に影響を受けやすく、誤認のおそれが高いのでテンプレート画像としては適さない。このように、吸収電流画像ではニードル先端のカーボンデポジション膜を認識できないので、真のニードル先端を知ることはできないが、テンプレートとのパターンマッチングの観点から吸収電流像が適している。
【００３７】
ここで、コンピュータ２２は、ニードル１８の形状を判定する（ステップＳ０４２）。  万一、ニードル１８の先端形状が変形や破損等により、試料片Ｑを取り付けられる状態に無い場合（ステップＳ０４２；ＮＧ）には、ステップＳ０４３から、図２０のステップＳ３００に飛び、ステップＳ０５０以降の全ステップは実行せずに自動サンプリングの動作を終了させる。つまり、ニードル先端形状が不良の場合、これ以上の作業が実行できず、装置操作者によるニードル交換の作業に入る。ステップＳ０４２におけるニードル形状の判断は、例えば、１辺２００μｍの観察視野で、ニードル先端位置が所定の位置から１００μｍ以上ずれている場合は不良品と判断する。なお、ステップＳ０４２において、ニードル形状が不良と判断した場合、表示装置２１に『ニードル不良』等と表示して（ステップＳ０４３）、装置の操作者に警告する。不良品と判断したニードル１８は新たなニードル１８に交換するか、軽微な不良であればニードル先端を集束イオンビーム照射によって成形してもよい。
ステップＳ０４２において、ニードル１８が予め定めた正常な形状であれば次のステップＳ０４４に進む。
【００３８】
ここで、ニードル先端の状態を説明しておく。
図６（Ａ）は、ニードル１８（タングステンニードル）の先端にカーボンデポジション膜ＤＭの残渣が付着している状態を説明するためにニードル先端部を拡大した模式図である。ニードル１８は、その先端が集束イオンビーム照射によって切除されて変形しないようにしてサンプリング操作を複数回繰返して用いるため、ニードル１８先端には試料片Ｑを保持していたカーボンデポジション膜ＤＭの残渣が付着する。繰返してサンプリングすることで、このカーボンデポジション膜ＤＭの残渣は徐々に大きくなり、タングステンニードルの先端位置より少し突き出した形状になる。従って、ニードル１８の真の先端座標は、もともとのニードル１８を構成するタングステンの先端Ｗではなく、カーボンデポジション膜ＤＭの残渣の先端Ｃとなる。吸収電流像を用いてテンプレートを作成するのは、ニードルが試料片に近づくと、試料片の加工形状や試料表面のパターンなど、ニードルの背景にはニードルと誤認する形状が存在することが多いため、二次電子像では誤認するおそれが高く、誤認防止するため背景に影響を受けない吸収電流像を用いる。二次電子像は背景像に影響を受けやすく、誤認のおそれが高いのでテンプレート画像としては適さない。このように、吸収電流画像ではニードル先端のカーボンデポジション膜を認識できないので、真のニードル先端を知ることはできないが、テンプレートとのパターンマッチングの観点から吸収電流像が適している。
【００３９】
図６（Ｂ）は、カーボンデポジション膜が付着したニードル先端部の吸収電流像の模式図である。背景に複雑なパターンがあっても背景形状に影響されずに、ニードルは明確に認識できる。背景に照射される電子ビーム信号を画像に反映されないため、背景はノイズレベルの一様なグレートーンで示される。一方、カーボンデポジション膜は背景のグレートーンより若干暗く見え、吸収電流像ではカーボンデポジション膜の先端が明確に確認できないことが分かった。吸収電流像では、カーボンデポジション膜を含めた真のニードル位置を認識できないため、吸収電流像だけを頼りにニードルを移動させると、ニードル先端が試料片に衝突するおそれが高い。
このため、以下のようにして、カーボンデポジション膜の先端座標Ｃがニードルの真の先端座標を求める。なお、ここで、図６（Ｂ）の画像を第１画像と呼ぶことにする。
ニードルの吸収電流像（第１画像）を取得する工程がステップＳ０４４である。
次に、図６（Ｂ）の第１画像を画像処理して、背景より明るい領域を抽出する。（ステップＳ０４５）
【００４０】
図７（Ａ）は、図６（Ｂ）の第１画像を画像処理して、背景より明るい領域を抽出した模式図である。背景とニードルの明度の差が小さいときには、画像コントラストを高めて、背景とニードルの明度の差を大きくしても良い。このようにして、背景より明るい領域（ニードル１８の一部）を強調した画像が得られ、この画像をここでは第２画像と言う。この第２画像をコンピュータに記憶する。
次に、図６（Ｂ）の第１画像において、背景の明度より暗い領域を抽出する。（ステップＳ０４６）
【００４１】
図７（Ｂ）は、図６（Ｂ）の第１画像を画像処理して、背景より暗い領域を抽出した模式図である。ニードル先端のカーボンデポジション膜のみが抽出されて表示される。背景とカーボンデポジション膜の明度の差が小さい時には画像コントラストを高めて、画像データ上、背景とカーボンデポジション膜の明度の差を大きくしても良い。このようにして、背景より暗い領域を顕在化させた画像が得られる。ここで、この画像を第３画像と言い、第３画像をコンピュータに記憶する。
次に、コンピュータに記憶した第２画像と第３画像を合成する。（ステップＳ０４７）
【００４２】
図８は合成後の表示画像の模式図である。但し、画像上、見やすくするために、第２画像でのニードル領域、第３画像におけるカーボンデポジション膜部分の輪郭のみを線表示して、背景やニードル、デポジション膜の外周以外は透明表示にしてもよいし、背景のみの透明にして、ニードルとカーボンデポジション膜を同じ色や同じトーンで表示してもよい。このように、第２画像と第３画像はもともと第１画像を基にしているので、第２画像や第３画像の一方のみを拡大縮小や回転など変形しない限り、合成して得られる画像は第１画像を反映させた形状である。ここで、合成した画像を第４画像と呼び、この第４画像をコンピュータに記憶する。第４画像は、第１画像を基に、コントラストを調整し、輪郭を強調する処理を施しているため、第１画像と第４画像におけるニードル形状は全く同じで、輪郭が明確になっており、第１画像に比べてカーボンデポジション膜の先端が明確になる。
次に、第４画像から、カーボンデポジション膜の先端、つまり、デポジション膜が堆積したニードルの真の先端座標を求める。（ステップＳ０４８）
コンピュータから第４画像を取り出し表示し、ニードルの真の先端座標を求める。ニードルの軸方向で最も突き出た箇所Ｃが真のニードル先端であり、画像認識により自動的に判断させ、先端座標をコンピュータに記憶する。
次に、テンプレートマッチングの精度を更に高めるために、テンプレート画像はレファレンス画像データのうち、ステップＳ０４８で得たニードル先端座標を基準として、ニードル先端を含む一部のみを抽出したものとし、このテンプレート画像をステップＳ０５０で得たニードル先端の基準座標とを対応付けてコンピュータ２２に登録する。
【００４３】
次に、コンピュータ２２は、ニードル１８を試料片Ｑに接近させる処理として、以下の処理を行なう。
【００４４】
なお、ステップＳ０５０においては同じ観察視野と限定したが、これに限ることはなく、ビーム走査の基準が管理できていれば同一視野に限定されることはない。また、上記ステップＳ０５０の説明ではテンプレートをニードル先端部を含むとしたが、基準座標とさえ座標が対応付けられていれば先端を含まない領域をテンプレートとしても構わない。また、図７では二次電子像を例に挙げたが、反射電子像もカーボンデポジション膜ＤＭの先端Ｃの座標の識別に使用可能である。
【００４５】
コンピュータ２２は、ニードル１８を移動させる事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、個々のニードル１８の形状の相違によらずに、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２２は、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、正確な真のニードル先端座標を求めることができる。また、背景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を取得することができる。
【００４６】
なお、コンピュータ２２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、上記の柱状部３４のテンプレートを作成する工程（Ｓ０２０からＳ０２７）と、ニードル１８のテンプレートを作成する工程（Ｓ０３０からＳ０５０）が逆であってもよい。但し、ニードル１８のテンプレートを作成する工程（Ｓ０３０からＳ０５０）が先行する場合、後述のステップＳ２８０から戻るフロー（Ｅ）も連動する。
【００４７】
＜試料片ピックアップ工程＞
図９は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０による自動サンプリングの動作のうち、試料片Ｑを試料Ｓからピックアップする工程の流れを示すフローチャートである。ここで、ピックアップとは、集束イオンビームによる加工やニードルによって、試料片Ｑを試料Ｓから分離、摘出することを言う。
まず、コンピュータ２２は、対象とする試料片Ｑを荷電粒子ビームの視野に入れるためにステージ駆動機構１３によってステージ１２を移動させる。目的とするレファレンスマークＲｅｆの位置座標を用いてステージ駆動機構１３を動作させてもよい。
次に、コンピュータ２２は、荷電粒子ビームの画像データを用いて、予め試料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２２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の位置を観察視野に入るようにステージ移動する（ステップＳ０６０）。
次に、コンピュータ２２は、ステージ駆動機構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Ｓ０７０）。
次に、コンピュータ２２は、荷電粒子ビームの画像データを用いてレファレンスマークＲｅｆを認識し、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Ｓ０８０）。次に、コンピュータ２２は、ニードル１８を試料片Ｑに接近させる処理として、以下の処理を行う。
【００４８】
コンピュータ２２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Ｓ０９０）。コンピュータ２２は、試料Ｓに対する集束イオンビームおよび電子ビームによる各画像データを用いて、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２２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。
ここで、移動目標位置ＡＰは、試料片Ｑに近い位置とする。移動目標位置ＡＰは、例えば、試料片Ｑの支持部Ｑａの反対側の側部に近接した位置とする。コンピュータ２２は、移動目標位置ＡＰを、試料片Ｑの形成時の加工枠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２２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。コンピュータ２２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と加工枠Ｆと移動目標位置ＡＰ（図２参照）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２２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２２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、電子ビームと集束イオンビームによる異なった方向からの観察よって、ニードル１８と試料片Ｑとの３次元的な位置関係が精度良く把握することができ、適正に移動させることができる。
【００４９】
なお、上述の処理では、コンピュータ２２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２２は、加工枠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。
【００５０】
次に、コンピュータ２２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Ｓ１００）。コンピュータ２２は、ステップＳ０５０で作成したテンプレートを用いたパターンマッチングを繰り返して、また、ＳＥＭ画像内のニードル１８の先端位置としてはステップＳ０４７で得たニードル先端座標を用いて、移動目標位置ＡＰ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を移動目標位置ＡＰから接続加工位置に３次元空間内で移動させる。
【００５１】
次に、コンピュータ２２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Ｓ１１０）。
図１０は、ニードルを試料片に接続させる際の位置関係を説明するための図で、試料片Ｑの端部を拡大した図である。図１０において、ニードル１８を接続すべき試料片Ｑの端部（断面）をＳＩＭ画像中心３５に配置し、ＳＩＭ画像中心３５から所定距離Ｌ１を隔て、例えば、試料片Ｑの幅の中央の位置を接続加工位置３６とする。接続加工位置は、試料片Ｑの端面の延長上（図１０の符号３６ａ）の位置であってもよい。この場合、デポジション膜が付き易い位置となって都合がよい。コンピュータ２２は、所定距離Ｌ１の上限を１μｍとし、好ましくは、所定間隔を１００ｎｍ以上かつ４００ｎｍ以下とする。所定間隔が１００ｎｍ未満であると、後の工程で、ニードル１８と試料片Ｑを分離する際に接続したデポジション膜のみを切断できず、ニードル１８まで切除するリスクが高い。ニードル１８の切除はニードル１８を短小化させ、ニードル先端が太く変形してしまい、これを繰返すと、ニードル１８を交換せざるを得ず、本発明の目的である繰返し自動でサンプリングを行うことに反する。また、逆に、所定間隔が４００ｎｍを超えるとデポジション膜による接続が不十分となり、試料片Ｑの摘出に失敗するリスクが高くなり、繰返しサンプリングすることを妨げる。
また、図１０からは深さ方向の位置が見えないが、例えば、試料片Ｑの幅の１／２の位置と予め定める。但し、この深さ方向もこの位置に限定されることはない。この接続加工位置３６の３次元座標をコンピュータ２２に記憶しておく。
コンピュータ２２は、予め設定されている接続加工位置３６を指定する。コンピュータ２２は、同じＳＩＭ画像またはＳＥＭ画像内にあるニードル１８先端と接続加工位置３６の三次元座標を基に、ニードル駆動機構１９を動作させ、ニードル１８を所定の接続加工位置３６に移動する。コンピュータ２２は、ニードル先端が接続加工位置３６と一致した時に、ニードル駆動機構１９を停止させる。
図１１および図１２は、ニードル１８が試料片Ｑに接近する様子を示しており、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０の集束イオンビームにより得られる画像を示す図（図１１）、および、電子ビームにより得られる画像を示す図（図１２）である。図１２はニードルの微調整前後の様子を示しており、図１２におけるニードル１８ａは、移動目標位置にあるニードル１８を示し、ニードル１８ｂはニードル１８の微調整後、接続加工位置３６に移動したニードル１８を示していて、同一のニードル１８である。なお、図１１および図１２は、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。
このようなニードル１８の移動方法によって、ニードル１８を試料片Ｑ近傍の接続加工位置に精度良く、迅速に接続加工位置３６に接近させる、停止させることができる。
【００５２】
次に、コンピュータ２２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Ｓ１２０）。コンピュータ２２は、所定時間に亘って、試料片Ｑおよびニードル１８の先端表面にガス供給部１７によってデポジション用ガスであるカーボン系ガスを供給しつつ、接続加工位置３６に設定した加工枠Ｒ１を含む照射領域に集束イオンビームを照射する。これによりコンピュータ２２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Ｓ１２０では、コンピュータ２２は、ニードル１８を試料片Ｑに直接接触させずに間隔を開けた位置で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とが集束イオンビーム照射による切断により分離される際にニードル１８が切断されない。また、ニードル１８の試料片Ｑへの直接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、たとえニードル１８が振動しても、この振動が試料片Ｑに伝達されることを抑制できる。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できる。図１３は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置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枠Ｒ１（デポジション膜形成領域）を示す図であり、図１４は図１３の拡大説明図であり、ニードル１８と試料片Ｑ、デポジション膜形成領域（例えば、加工枠Ｒ１）の位置関係を分かり易くしている。ニードル１８は試料片Ｑから所定距離Ｌ１の間隔を有した位置を接続加工位置として接近し、停止する。ニードル１８と試料片Ｑ、デポジション膜形成領域（例えば、加工枠Ｒ１）は、ニードル１８と試料片Ｑを跨ぐように設定する。デポジション膜は所定距離Ｌ１の間隔にも形成され、ニードル１８と試料片Ｑはデポジション膜で接続される。
【００５３】
コンピュータ２２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に移設するときに事前にステップＳ０１０で選択された各アプローチモードに応じた接続姿勢をとる。コンピュータ２２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とる。
【００５４】
なお、コンピュータ２２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２２は、ニードル１８の吸収電流が予め定めた電流値に達した時に試料片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、所定のデポジション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。
【００５５】
次に、コンピュータ２２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Ｓ１３０）。コンピュータ２２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支持部Ｑａの切断加工位置Ｔ１を指定する。コンピュータ２２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１５は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置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２２は、試料Ｓとニードル１８との導通を検知することによって、試料片Ｑが試料Ｓから切り離されたか否かを判定する（ステップＳ１３３）。
コンピュータ２２は、試料Ｓとニードル１８との導通を検知しない場合には、試料片Ｑが試料Ｓから切り離された（ＯＫ）と判定し、これ以降の処理の実行を継続する。一方、コンピュータ２２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との導通を検知した場合には、試料片Ｑが試料Ｓから切り離されていない（ＮＧ）と判定する。コンピュータ２２は、試料片Ｑが試料Ｓから切り離されていない（ＮＧ）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装置２１への表示または警告音などにより報知する（ステップＳ１３６）。そして、これ以降の処理の実行を停止する。この場合、コンピュータ２２は、試料片Ｑとニードル１８を繋ぐデポジション膜ＤＭ１を集束イオンビーム照射によって切断し、試料片Ｑとニードル１８を分離して、ニードル１８を初期位置（ステップＳ０６０）に戻るようにしてもよい。初期位置に戻ったニードル１８は。次の試料片Ｑのサンプリングを実施する。
【００５６】
次に、コンピュータ２２は、ニードル退避の処理を行なう（ステップＳ１４０）。コンピュータ２２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１６は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置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２２は、ステージ退避の処理を行なう（ステップＳ１５０）。コンピュータ２２は、図１７に示すように、ステージ駆動機構１３によってステージ１２を所定距離を移動させる。例えば、１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ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２２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１７ａをステージ１２から遠ざける。例えば、鉛直方向上方の待機位置に上昇させる。図１７は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置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。
【００５７】
次に、コンピュータ２２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状態になるように、ステージ駆動機構１３を動作させる。これは後続する処理（ステップ）でニードル１８および試料片Ｑのテンプレートを作成する際、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試料片Ｑの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）を確実に認識するためである。コンピュータ２２は、ステージ１２を所定距離だけ移動させる。試料片Ｑの背景を判断（ステップＳ１６０）し、背景が問題にならなければ、次のステップＳ１７０に進み、背景に問題があればステージ１２を所定量だけ再移動させて（ステップＳ１６５）、背景の判断（ステップＳ１６０）に戻り、背景に問題が無くなるまで繰り返す。
【００５８】
コンピュータ２２は、ニードルおよび試料片のテンプレート作成を実行する（ステップＳ１７０）。コンピュータ２２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２２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２２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２２は、ニードル１８および試料片Ｑの背景に構造物がない位置にステージ１２を移動させることをステージ駆動機構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が到達していない場合には、観察倍率を低倍率にしてニードル１８を探し、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。
【００５９】
このテンプレート作成（ステップＳ１７０）において、先ず、コンピュータ２２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。コンピュータ２２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２２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（二次電子など）の複数の異なる方向からの各画像データを取得する。コンピュータ２２は、集束イオンビーム照射と、電子ビーム照射によって各画像データを取得する。コンピュータ２２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２２は、集束イオンビームにより実際に加工された試料片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２２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。
【００６０】
次に、コンピュータ２２は、ニードル退避の処理を行なう（ステップＳ１８０）。これは後続するステージ移動の際に、ステージと意図しない接触を防ぐためである。コンピュータ２２は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を所定距離だけ移動させる。例えば、鉛直方向上方（つまりＺ方向の正方向）に上昇させる。逆に、ニードル１８はその場に停止させておき、ステージ１２を所定距離だけ移動させる。例えば、鉛直方向下方（つまりＺ方向の負方向）に降下させてもよい。ニードル退避方向は、上述の鉛直方向に限らず、ニードル軸方向であっても、その他の所定退避位置でもよく、ニードル先端に付いている試料片Ｑが、試料室内の構造物への接触や、集束イオンビームによる照射を受けない、予め定められた位置で有ればよい。
【００６１】
次に、コンピュータ２２は、上述のステップＳ０２０において登録した特定の試料片ホルダＰが、荷電粒子ビームによる観察視野領域内に入るようにステージ駆動機構１３によってステージ１２を移動させる（ステップＳ１９０）。図１８および図１９はこの様子を示しており、特に図１８は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０の集束イオンビームにより得られる画像の模式図であって、柱状部３４の試料片Ｑの取り付け位置Ｕを示す図であり、図１９は、電子ビームにより得られる画像の模式図であって、柱状部３４の試料片Ｑの取り付け位置Ｕを示す図である。
ここで、所望の試料片ホルダＰの柱状部３４が観察視野領域内に入るか否かを判定し（ステップＳ１９５）、所望の柱状部３４が観察視野領域内に入れば、次のステップＳ２００に進む。もし、所望の柱状部３４が観察視野領域内に入らなければ、つまり、指定座標に対してステージ駆動が正しく動作しない場合は、直前に指定したステージ座標を初期化して、ステージ１２が有する原点位置に戻る（ステップＳ１９７）。そして、再度、事前登録した所望の柱状部３４の座標を指定して、ステージ１２を駆動させ（ステップＳ１９０）て、柱状部３４が観察視野領域内に入るまで繰り返す。
【００６２】
次に、コンピュータ２２は、ステージ駆動機構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を回転と傾斜させる（ステップＳ２００）。
このステップＳ２００によって、元の試料Ｓ表面端面を柱状部３４の端面に対して平行または垂直の関係に、試料片Ｑと試料片ホルダＰの姿勢調整することができる。特に、柱状部３４に固定した試料片Ｑを集束イオンビームで薄片化加工を行なうことを想定して、元の試料Ｓの表面端面と集束イオンビーム照射軸が垂直関係となるように試料片Ｑと試料片ホルダＰの姿勢調整することが好ましい。また、柱状部３４に固定する試料片Ｑが、元の試料Ｓの表面端面が柱状部３４に垂直で、集束イオンビームの入射方向に下流側になるように試料片Ｑと試料片ホルダＰの姿勢調整するのも好ましい。
ここで、試料片ホルダＰのうち柱状部３４の形状の良否を判定する（ステップＳ２０５）。ステップＳ０２３で柱状部３４の画像を登録したものの、その後の工程で、予期せぬ接触等によって指定した柱状部３４が変形、破損、欠落などしていないかを、柱状部３４の形状の良否を判定するのがこのステップＳ２０５である。このステップＳ２０５で、該当柱状部３４の形状に問題無く良好と判断できれば次のステップＳ２１０に進み、不良と判断すれば、次の柱状部３４を観察視野領域内に入るようにステージ移動させるステップＳ１９０に戻る。
なお、コンピュータ２２は、指定した柱状部３４を観察視野領域内に入れるためにステージ１２の移動をステージ駆動機構１３に指示した際に、実際には指定された柱状部３４が観察視野領域内に入らない場合には、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。
そしてコンピュータ２２は、ガス供給部１７のノズル１７ａを、集束イオンビーム照射位置近くに移動させる。例えば、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。
【００６３】
＜試料片マウント工程＞
ここで言う「試料片マウント工程」とは、摘出した試料片Ｑを試料片ホルダＰに移設する工程のことである。
図２０は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０による自動サンプリングの動作のうち、試料片Ｑを所定の試料片ホルダＰのうちの所定の柱状部３４にマウント（移設）する工程の流れを示すフローチャートである。
コンピュータ２２は、集束イオンビームおよび電子ビーム照射により得られる各画像データを用いて、上述したステップＳ０２０において記憶した試料片Ｑの移設位置を認識する（ステップＳ２１０）。コンピュータ２２は、柱状部３４のテンプレートマッチングを実行する。コンピュータ２２は、櫛歯形状の試料台３３の複数の柱状部３４のうち、観察視野領域内に現れた柱状部３４が予め指定した柱状部３４であることを確認するために、テンプレートマッチングを実施する。コンピュータ２２は、予め柱状部３４のテンプレートを作成する工程（ステップＳ０２０）において作成した柱状部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とテンプレートマッチングを実施する。
【００６４】
また、コンピュータ２２は、ステージ１２を移動した後に実施する柱状部３４毎のテンプレートマッチングにおいて、柱状部３４に欠落など問題が認められるか否かを判定する（ステップＳ２１５）。柱状部３４の形状に問題が認められた場合（ＮＧ）には、試料片Ｑを移設する柱状部３４を、問題が認められた柱状部３４の隣の柱状部３４に変更し、その柱状部３４についてもテンプレートマッチングを行ない移設する柱状部３４を決定する。柱状部３４の形状に問題が無ければ次のステップＳ２２０に移る。
また、コンピュータ２２は、所定領域（少なくとも柱状部３４を含む領域）の画像データからエッジ（輪郭）を抽出して、このエッジパターンをテンプレートとしてもよい。また、コンピュータ２２は、所定領域（少なくとも柱状部３４を含む領域）の画像データからエッジ（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。抽出したエッジを表示装置２１に表示し、観察視野領域内の集束イオンビームによる画像または電子ビームによる画像とテンプレートマッチングしてもよい。
【００６５】
コンピュータ２２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、ステージ駆動機構１３によってステージ１２を駆動する。コンピュータ２２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、ステージ駆動機構１３によってステージ１２を駆動する。
【００６６】
次に、コンピュータ２２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Ｓ２２０〜ステップＳ２５０の処理を行なう。
先ず、コンピュータ２２は、ニードル１８の位置を認識する（ステップＳ２２０）。コンピュータ２２は、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に流入する吸収電流を検出し、吸収電流画像データを生成する。コンピュータ２２は、集束イオンビーム照射と、電子ビーム照射によって各画像データを取得する。コンピュータ２２は、２つの異なる方向からの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２２は、検出したニードル１８の先端位置を用いて、ステージ駆動機構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。
【００６７】
次に、コンピュータ２２は、試料片マウント工程を実行する。先ず、コンピュータ２２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２２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２２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２１に表示する。また、コンピュータ２２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２２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の取付け対象である柱状部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３４との距離を計測する。
そして、コンピュータ２２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の取付け対象である柱状部３４に移設する。
【００６８】
この試料片マウント工程において、先ず、コンピュータ２２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Ｓ２３０）。コンピュータ２２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３４との距離を計測する。コンピュータ２２は、計測した距離に応じてニードル１８を試料片Ｑの取付け位置に向かうように３次元空間内で移動させる。
【００６９】
次に、コンピュータ２２は、柱状部３４と試料片Ｑとの間に予め定めた空隙Ｌ２を空けてニードル１８を停止させる（ステップＳ２４０）。コンピュータ２２は、この空隙Ｌ２を１μｍ以下とし、好ましくは、空隙Ｌ２を１００ｎｍ以上かつ５００ｎｍ以下とする。この空隙Ｌ２が５００ｎｍ以上の場合であっても接続できるが、デポジション膜による柱状部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り、１μｍは好ましくない。この空隙Ｌ２が小さくなるほど、デポジション膜による柱状部３４と試料片Ｑとの接続に要する時間が短くなるが、接触させないことが肝要である。
なお、コンピュータ２２は、この空隙Ｌ２を設ける際に、柱状部３４およびニードル１８の吸収電流画像を検知することによって両者の空隙を設けてもよい。
コンピュータ２２は、柱状部３４とニードル１８との間の導通、または柱状部３４およびニードル１８の吸収電流画像を検知することによって、柱状部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２２は、柱状部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３４およびニードル１８の吸収電流画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２２は、柱状部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。
【００７０】
次に、コンピュータ２２は、ニードル１８に接続された試料片Ｑを柱状部３４に接続する処理を行なう（ステップＳ２５０）。図２１、図２２は、それぞれ図１８、図１９での観察倍率を高めた画像の模式図である。コンピュータ２２は、図２１のように試料片Ｑの一辺と柱状部３４の一辺が一直線になるように、かつ、図２２のように試料片Ｑの上端面と柱状部３４の上端面が同一面になるように接近させ、空隙Ｌ２が所定の値になった時にニードル駆動機構１９を停止させる。コンピュータ２２は、空隙Ｌ２を有して試料片Ｑの取り付け位置に停止した状況で、図２１の集束イオンビームによる画像において、柱状部３４の端部を含むようにデポジション用の加工枠Ｒ２を設定する。コンピュータ２２は、試料片Ｑおよび柱状部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、加工枠Ｒ２を含む照射領域に集束イオンビームを照射する。この操作によっては集束イオンビーム照射部にデポジション膜が形成され、空隙Ｌ２が埋まり試料片Ｑは柱状部３４に接続される。コンピュータ２２は、柱状部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。
【００７１】
コンピュータ２２は、試料片Ｑと柱状部３４との接続が完了したことの判定を行なう（ステップＳ２５５）。ステップＳ２５５は、例えば以下のように行なう。予めニードル１８とステージ１２の間に抵抗計を設置しておき、両者の導通を検出する。両者が離間している（空隙Ｌ２がある）時には電気抵抗は無限大であるが、両者が導電性のデポジション膜で覆われて、空隙Ｌ２が埋まっていくにつれて両者間の電気抵抗値は徐々に低下し、予め定めた抵抗値以下になったことを確認して電気的に接続されたと判断する。また、事前の検討から、両者間の抵抗値が予め定めた抵抗値に達した時にはデポジション膜は力学的に十分な強度を有し、試料片Ｑは柱状部３４に十分に接続されたと判定できる。
なお、検知するのは上述の電気抵抗に限らず、電流や電圧など柱状部と試料片Ｑの間の電気特性が計測できればよい。また、コンピュータ２２は、予め定めた時間内に予め定めた電気特性（電気抵抗値、電流値、電位など）を満足しなければ、デポジション膜の形成時間を延長する。また、コンピュータ２２は、柱状部３４と試料片Ｑの空隙Ｌ２、照射ビーム条件、デポジション膜用のガス種について最適なデポジション膜を形成できる時間を予め求めておき、このデポジション形成時間を記憶しておき、所定の時間でデポジション膜の形成を停止することできる。
コンピュータ２２は、試料片Ｑと柱状部３４との接続が確認された時点で、ガス供給と集束イオンビーム照射を停止させる。図２３は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０の集束イオンビームによる画像データで、ニードル１８に接続された試料片Ｑを柱状部３４に接続するデポジション膜ＤＭ１を示す図である。
【００７２】
なお、ステップＳ２５５においては、コンピュータ２２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２２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。接続完了が確認できれば次のステップＳ２６０に移り、もし、接続完了しなければ、予め定めた時間で集束イオンビーム照射とガス供給を停止して、集束イオンビームによって試料片Ｑとニードル１８を繋ぐデポジション膜ＤＭ２を切断し、ニードル先端の試料片Ｑは破棄する。ニードルを退避させる動作に移る（ステップＳ２７０）。
【００７３】
次に、コンピュータ２２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を切断して、試料片Ｑとニードル１８を分離する処理を行なう（ステップＳ２６０）。上記図２３は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置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２２は、柱状部３４の側面から所定距離（つまり、柱状部３４の側面から試料片Ｑまでの空隙Ｌ２と、試料片Ｑの大きさＬ３との和）Ｌと、ニードル１８と試料片Ｑの空隙の所定距離Ｌ１（図２３参照）の半分との和（Ｌ＋Ｌ１／２）だけ離れた位置を切断加工位置Ｔ２に設定する。また、切断加工位置Ｔ２を、所定距離Ｌとニードル１８と試料片Ｑの空隙の所定距離Ｌ１の和（Ｌ+Ｌ１）だけ離れた位置としてもよい。この場合、ニードル先端に残存するデポジション膜ＤＭ２（カーボンデポジション膜）が小さくなって、ニードル１８のクリーニング（後述）作業の機会が少なくなって、連続自動サンプリングにとって好ましい。
コンピュータ２２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から分離できる。コンピュータ２２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、デポジション膜ＤＭ２のみを切断して、ニードル１８を切断することなくニードル１８を試料片Ｑから分離する。ステップＳ２６０においては、デポジション膜ＤＭ２のみを切断することが重要である。これにより、１度セットしたニードル１８は長期間、交換せずに繰り返し使用できるため、無人で連続して自動サンプリングを繰返すことができる。図２４は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０における集束イオンビームの画像データによるニードル１８が試料片Ｑから切り離された状態を示す図である。ニードル先端にはデポジション膜ＤＭ２の残渣が付いている。
【００７４】
コンピュータ２２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（ステップＳ２６５）。コンピュータ２２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ＤＭ２を切断するために、集束イオンビーム照射を所定時間行なった後であっても、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２２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装置２１に表示するか、または警報音により操作者に報知する。そして、これ以降の処理の実行を停止する。一方、コンピュータ２２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。
【００７５】
次に、コンピュータ２２は、ニードル退避の処理を行なう（ステップＳ２７０）。コンピュータ２２は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を試料片Ｑから所定距離だけ遠ざける。例えば、２ｍｍ、３ｍｍなど鉛直方向上方、つまりＺ方向の正方向に上昇させる。図２５および図２６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荷電粒子ビーム装置１０の集束イオンビームによる画像の模式図（図２５）であり、電子ビームによる画像の模式図（図２６）である。
【００７６】
次に、引き続いて同じ試料Ｓの異なる場所からサンプリングを継続するか否かの判断を下す（ステップＳ２９０）。サンプリングすべき個数の設定は、ステップＳ０１０で事前に登録しているため、コンピュータ２２はこのデータを確認して次のステップを判断する。継続してサンプリングする場合は、ステップＳ０３０に戻り、上述のように後続するステップＳ３００を続けサンプリング作業を実行し、サンプリングを継続しない場合は、一連のフローを終了する。
【００７７】
なお、ステップＳ０５０のニードルのテンプレート作成は、ステップＳ２９０の直後に行ってもよい。これにより、次のサンプリングに備えてのステップで、次のサンプリングの際にステップＳ０５０で行う必要がなくなり、工程が簡略化できる。
以上により、一連の自動サンプリング動作が終了する。
なお、上述したスタートからエンドまでのフローは一例にすぎず、全体の流れに支障が出なければ、ステップの入れ替えやスキップを行なってもよい。
コンピュータ２２は、上述したスタートからエンドまでを連続動作させることで、無人でサンプリング動作を実行させることができる。上述の方法により、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を用いて多数個の試料片Ｑを連続してサンプリングすることができる。
これにより荷電粒子ビーム装置１０は、試料Ｓから試料片Ｑを分離および摘出する際に同じニードル１８の成形することなく、さらにはニードル１８自体を交換することなく繰り返し使用でき、一個の試料Ｓから多数個の試料片Ｑを自動で作製することができる。従来のような操作者の手動操作を施すことなくサンプリングが実行できる。
【００７８】
上述したように、本発明の実施形態による荷電粒子ビーム装置１０によれば、コンピュータ２２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から直接取得したテンプレートを基にして、集束イオンビーム照射光学系１４、電子ビーム照射光学系１５、ステージ駆動機構１３、ニードル駆動機構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二次電子画像、または吸収電流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。
【００７９】
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に保持した試料片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。
【００８０】
また、本発明の実施形態による荷電粒子ビーム装置１０によれば、コンピュータ２２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２２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２２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２２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。
【００８１】
さらに、コンピュータ２２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２２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２２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、または吸収電流画像データを取得するので、バックグラウンド（背景）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を取得することができる。
【００８２】
さらに、コンピュータ２２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。
【００８３】
さらに、コンピュータ２２は、集束イオンビーム照射によるスパッタ加工によって試料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２２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、この中断の原因を装置の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２２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２２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２２は、試料片Ｑ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２２は、ニードル１８の駆動に伴う試料片Ｑの位置ずれまたはニードル１８や試料片Ｑの破損などの不具合の発生を防止することができる。
【００８４】
さらに、コンピュータ２２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２２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。
【００８５】
さらに、コンピュータ２２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２２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２２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。
【００８６】
さらに、コンピュータ２２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２２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。
【００８７】
さらに、コンピュータ２２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。
【００８８】
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１８は集束イオンビーム照射を受けず縮小化や変形されないので、ニードル先端の成形やニードル１８の交換はしないとしたが、コンピュータ２２は、自動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予め定めた回数ごと、などにおいて、ニードル先端のカーボンデポジション膜の除去加工（本明細書ではニードル１８のクリーニングと呼ぶ）を実行してもよい。例えば、自動サンプリング１０回に１度クリーニングを行なう。以下、このニードル１８のクリーニングを施す判断方法について説明する。
【００８９】
第１の方法として、まず、自動サンプリングを実施する直前、もしくは、定期的に、背景に複雑な構造のない位置で、電子ビーム照射によるニードル先端の二次電子画像を取得する。二次電子画像はニードル先端に付着したカーボンデポジション膜まで明瞭に確認できる。この二次電子画像をコンピュータ２２に記憶する。
次に、ニードル１８を動かさずに、同じ視野、同じ観察倍率で、ニードル１８の吸収電流画像を取得する。吸収電流画像ではカーボンデポジション膜は確認できす、ニードル１８の形状のみが認識できる。この吸収電流画像もコンピュータ２２に記憶する。
ここで、二次電子画像から吸収電流画像を減算処理することで、ニードル１８が消去され、ニードル先端から突き出したカーボンデポジション膜の形状が顕在化する。この顕在化したカーボンデポジション膜の面積が、予め定めた面積を超えた時、ニードル１８を切削しないように、カーボンデポジション膜を集束イオンビーム照射によってクリーニングする。この時、カーボンデポジション膜は、上記の予め定めた面積以下であれば残っていてもよい。
【００９０】
次に、第２の方法として、上記顕在化したカーボンデポジション膜の面積ではなく、ニードル１８の軸方向（長手方向）におけるカーボンデポジション膜の長さが、予め定めた長さを超えた時をニードル１８のクリーニング時期と判断してもよい。
さらに、第３の方法として、上記のコンピュータに記憶した二次電子画像におけるカーボンデポジション膜先端の、画像上の座標を記録する。また、上記のコンピュータ２２に記憶した吸収電流画像におけるニードル先端の画像上の座標を記憶する。ここで、カーボンデポジション膜の先端座標と、ニードル１８の先端座標からカーボンデポデポジション膜の長さが算出できる。この長さが予め定めた値を超えた時を、ニードル１８のクリーニング時期と判断してもよい。
さらに、第４の方法として、予め最適と思われるカーボンデポジション膜を含めたニードル先端形状のテンプレートを作成しておき、サンプリングを複数回繰り返して行なった後のニードル先端の二次電子画像に重ね合わせ、このテンプレートからはみ出した部分を集束イオンビームで削除するようにしてもよい。
さらに、第５の方法として、上記顕在化したカーボンデポジション膜の面積ではなく、ニードル１８の先端のカーボンデポジション膜の厚さが、予め定めた厚さを超えた時をニードル１８のクリーニング時期と判断してもよい。
これらのクリーニング方法は、例えば、図２０におけるステップＳ２８０の直後で行えばよい。
なお、クリーニングは上述した方法などによって実施するが、クリーニングによっても予め定めた形状にならない場合、予め定めた時間内にクリーニングができない場合、または、予め定めた期間ごとにおいて、ニードル１８を交換してもよい。ニードル１８を交換した後も、上述の処理フローは変更されず、上述同様に、ニードル先端形状を保存するなどのステップを実行する。
【００９１】
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、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の傾斜駆動などから独立して設けられてもよい。
【００９２】
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、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。
【００９３】
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、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。この場合に用いるイオンは、負電荷のイオンとする。
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等に対して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、試料片ホルダＰ、ニードル１８、試料片Ｑ等の位置や位置関係を把握していたが、集束イオンビーム照射光学系１４のみを搭載し、集束イオンビームの画像のみで行なってもよい。以下、この実施例について説明する。
例えば、ステップＳ２２０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し、それら両画像から、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Ｓ０２０における試料片ホルダＰの画像データの登録、ステップＳ０４０におけるニードル位置の認識、ステップＳ０５０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Ｓ１７０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Ｓ２１０における試料片Ｑの取り付け位置の認識、ステップＳ２５０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Ｓ２５０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。
【００９４】
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２２は、自動サンプリングの動作として、ステップＳ０１０からステップＳ２８０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２２は、ステップＳ０１０からステップＳ２８０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２２は、複数の試料片Ｑを自動サンプリングの動作を実行する場合に、試料Ｓに複数の摘出直前の試料片Ｑの何れか１つが形成される毎に、この１つの摘出直前の試料片Ｑに対して自動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２２は、試料Ｓに複数の摘出直前の試料片Ｑの全てが形成された後に、複数の摘出直前の試料片Ｑの各々に対して連続して自動サンプリングの動作を実行してもよい。
【００９５】
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２２は、既知である柱状部３４のテンプレートを用いて柱状部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２２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２２は、柱状部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２２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。
【００９６】
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、試料片Ｑを試料片ホルダＰに接続させるステップＳ２２０からステップＳ２５０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Ｓ２２０において、コンピュータ２２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からそれらの位置関係を認識する。図２７および図２８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２７は集束イオンビーム照射によって、図２８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２７のように柱状部３４の一角（例えば、側面３４ａ）を原点として直交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の側面３４ａ（原点）と試料片Ｑの基準点Ｑｃの距離として、図２７から距離ＤＸ、ＤＹが測定される。
一方、図２８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（但し、０°＜θ≦９０°）だけ傾斜しているとすると、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２７、図２８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。
なお、電子ビーム光学軸と集束イオンビーム光学軸が垂直（θ＝９０°）関係にある構成では、電子ビームによって計測された柱状部３４と試料片Ｑの距離ＤＺは、測定値が実際の両者の距離となる。
【００９７】
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けるステップＳ２３０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Ｓ２２０からステップＳ２５０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、ＣＡＤ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Ｓ２３０、Ｓ２４０）。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Ｓ２５０）。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。
【００９８】
また、上述のステップＳ２３０からステップＳ２５０の処理の別の形態として、次のようにしてもよい。二次粒子画像や吸収電流画像データから抽出するエッジ部の線画は、両者の位置合わせに最低限必要な部分のみに限定する。図２９は、その一例を示しており、柱状部３４と試料片Ｑと輪郭線（点線表示）と、抽出したエッジ（太実線表示）が示されている。柱状部３４と試料片Ｑの注目するエッジは、それぞれが向い合うエッジ３４ｓ、Ｑｓ、及び、柱状部３４と試料片Ｑの各上端面３４ｂ、Ｑｂのエッジ３４ｔ、Ｑｔの一部である。柱状部３４については線分３５ａと３５ｂで、試料片Ｑについては線分３６ａと３６ｂで、各線分は各エッジの一部で十分である。このような各線分から、例えばＴ字形状のテンプレートとする。ステージ駆動機構１３やニードル駆動機構１９を動作させることで対応するテンプレートが移動する。これらのテンプレート３５ａ、３５ｂ及び３６ａ、３６ｂは、相互の位置関係から、柱状部３４と試料片Ｑの間隔、平行度、両者の高さが把握でき、両者を容易に合わせることができる。図３０は予め定めた柱状部３４と試料片Ｑの位置関係に対応するテンプレートの位置関係であり、線分３５ａと３６ａは予め定めた間隔の平行で、かつ、線分３５ｂと３６ｂが一直線上にある位置関係にある。少なくともステージ駆動機構１３、ニードル駆動機構１９のいずれかを動作させて、テンプレートが図３０の位置関係になった時に動作させている駆動機構が停止する。
このように、試料片Ｑが所定の柱状部３４に接近していることを確認した後に、精密な位置合わせに用いることができる。
【００９９】
次に、上述した実施形態の第９の変形例として、上述のステップＳ２２０からＳ２５０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Ｓ２３０ではニードル１８を移動させた。もし、ステップＳ２３０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Ｓ２２０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への衝突のおそれ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に衝突するおそれが大きい。このため、ステップＳ２２０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（例えば注目している柱状部３４の幅の２倍、３倍、５倍、１０倍などの位置）まで移動させ、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。また、万一、試料片Ｑと柱状部３４のＸ座標が同じで、Ｚ座標が柱状部上端より低い位置にある（Ｚ＜０）ことが、電子ビーム画像、又は／及び、集束イオンビーム画像から確認された場合、まず、試料片ＱをＺ＞０領域（例えば、Ｚ＝２μｍ、３μｍ、５μｍ、１０μｍの位置）に移動させ、次に、Ｙ＞０の領域の所定の位置まで移動させ、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。このように移動することで、試料片Ｑと柱状部３４は衝突すること無く、試料片Ｑを目的位置に到達することができる。
【０１００】
次に、上述した実施形態の第１０の変形例を説明する。
本発明による荷電粒子ビーム装置１０において、ニードル１８はニードル駆動機構１９によって、軸回転することができる。上述の実施形態においては、ニードルトリミングを除き、ニードル１８の軸回転を用いない最も基本的なサンプリング手順を説明したが、第１２の変形例ではニードル１８の軸回転を利用した実施形態を説明する。
コンピュータ２２は、ニードル駆動機構１９を動作させニードル１８を軸回転できるため、必要に応じて試料片Ｑの姿勢制御を実行できる。コンピュータ２２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２２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に試料片Ｑを固定する。これによりコンピュータ２２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、試料片Ｑの薄片化仕上げ加工時に生じるカーテン効果（集束イオンビーム照射方向に生じる加工縞模様であって、完成後の試料片を電子顕微鏡で観察した場合、誤った解釈を与えてしまう）の影響などを低減することができる。コンピュータ２２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。
【０１０１】
さらに、コンピュータ２２は、必要に応じて集束イオンビーム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２２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２２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２２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。
上述のステップＳ１５０に続いて、この姿勢制御において、先ず、コンピュータ２２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。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２２は、ニードル１８を回転させる際には偏心補正を行なう。図３１〜図３６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。
【０１０２】
図３１および図３２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、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置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（図３１）と、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（図３２）とを示す図である。コンピュータ２２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３３および図３４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、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置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（図３３）と、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（図３４）とを示す図である。コンピュータ２２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３５および図３６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、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置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（図３５）と、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１８０°回転させた状態（図３６）とを示す図である。コンピュータ２２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。
【０１０３】
次に、上述した実施形態の第１１の変形例を説明する。
第１１の変形例では、荷電粒子ビーム装置１０において、ニードル１８がニードル駆動機構１９によって軸回転することができることを利用して、平面試料を作製する実施形態を説明する。
平面試料は、試料内部にあって試料表面に平行な面を観察するために、分離摘出した試料片を元の試料表面に平行になるように薄片化した試料片を指す。
図３７は、分離摘出された試料片Ｑがニードル１８の先端に固定された状態を示した図であり、電子ビームによる像を模式的に示している。ニードル１８の試料片Ｑへの固定には、図５から図８に示した方法で固定されている。ニードル１８の回転軸が（図１のＸＹ面）に対して４５°傾斜した位置に設定されている場合、ニードル１８を９０°回転させることによって、分離摘出された試料片Ｑの上端面Ｑｂは、水平面（図１のＸＹ面）からＸＹ面に垂直な面に姿勢制御される。
図３８は、ニードル１８の先端に固定された試料片Ｑが試料片ホルダＰの柱状部３４に接するように移動した状態を示す図である。柱状部３４の側面３４ａは、最終的に透過電子顕微鏡で観察するとき、電子ビームの照射方向に垂直な位置関係となる面であり、一方の側面３４ｂは電子ビームの照射方向に平行な位置関係となる面である。なお、柱状部３４の側面（上端面３４ｃ）は、図１において、集束イオンビームの照射方向に垂直な位置関係にある面で、柱状部３４の上端面である。
本実施例では、ニードルにより姿勢制御された試料片Ｑの上端面Ｑｂが、試料片ホルダＰの柱状部３４の側面３４ａに平行になるよう、望ましくは同一面になるように移動させ、試料片の断面を試料片ホルダに面接触させる。試料片が試料片ホルダに接触したことを確認した後、柱状部３４の上端面３４ｃで、試料片と試料片ホルダの接触部に、試料片と試料片ホルダに掛かるようにデポジション膜を形成する。
図３９は、試料片ホルダに固定された試料片Ｑに対して集束イオンビームを照射して、平面試料３７を作製した状態を示す模式図である。試料表面から予め定めた試料深さにある平面試料３７は、試料片Ｑの上端面Ｑｂからの距離で求まり、試料片Ｑの上端面Ｑｂに平行に、予め定めた厚さとなるよう集束イオンビームを照射することで、平面試料が作製できる。このような平面試料によって、試料表面に平行で、試料内部の構造や組成分布を知ることができる。
平面試料の作製方法はこれに限らず、試料片ホルダが０〜９０°の範囲で傾斜可能な機構に搭載されているならは、試料ステージの回転と、試料ホルダの傾斜によって、プローブを回転することなく作製できる。また、ニードルの傾斜角が４５°以外の０°から９０°の範囲にある場合は、試料片ホルダの傾斜角を適正に定めることでも平面試料を作製することができる。
このようにして平面試料が作製でき、試料表面に平行で所定深さにある面を電子顕微鏡観察することができる。
なお、本実施例では、摘出分離した試料片を、柱状部の側面にした。柱状部の上端部に固定することも考えられるが、集束イオンビームによる試料の薄片加工時に、集束イオンビームが柱状部の上端部を叩き、その場から発生したスパッタ粒子が薄片部に付着して顕微鏡観察に相応しくない試料片にしてしまうため、側面に固定することが望ましい。
【０１０４】
以下、他の実施形態について説明する。
（ａ１）荷電粒子ビーム装置は、
試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
少なくとも、
荷電粒子ビームを照射する複数の荷電粒子ビーム照射光学系（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する前記試料片に接続するニードルを有して、前記試料片を搬送する試料片移設手段と、
前記試料片が移設される柱状部を有する試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
前記荷電粒子ビームの照射によってデポジション膜を形成するガスを供給するガス供給部と、
前記試料片と前記柱状部との間の電気特性を計測し、前記柱状部に空隙を設けて静止させた前記試料片と前記柱状部を跨いで前記デポジション膜を予め定めた電気特性値に達するまで形成するように、少なくとも前記荷電粒子ビーム照射光学系と前記試料片移設手段、前記ガス供給部を制御するコンピュータと、
を備える。
【０１０５】
（ａ２）荷電粒子ビーム装置は、
試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
少なくとも、
荷電粒子ビームを照射する複数の荷電粒子ビーム照射光学系（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する前記試料片に接続するニードルを有して、前記試料片を搬送する試料片移設手段と、
前記試料片が移設される柱状部を有する試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
前記荷電粒子ビームの照射によってデポジション膜を形成するガスを供給するガス供給部と、
前記試料片と前記柱状部との間の電気特性を計測し、予め定めた時間、前記柱状部に空隙を設けて静止させた前記試料片と前記柱状部を跨いで前記デポジション膜を形成するように、少なくとも前記荷電粒子ビーム照射光学系と前記試料片移設手段、前記ガス供給部を制御するコンピュータと、
を備える。
【０１０６】
（ａ３）荷電粒子ビーム装置は、
試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
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（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する前記試料片に接続するニードルを有して、前記試料片を搬送する試料片移設手段と、
前記試料片が移設される柱状部を有する試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
前記集束イオンビームの照射によってデポジション膜を形成するガスを供給するガス供給部と、
前記試料片と前記柱状部との間の電気特性を計測し、前記柱状部に空隙を設けて静止させた前記試料片と前記柱状部を跨いで前記デポジション膜を予め定めた電気特性値に達するまで形成するように、少なくとも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、前記ガス供給部を制御するコンピュータと、
を備える。
【０１０７】
（ａ４）荷電粒子ビーム装置は、
試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
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（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する前記試料片に接続するニードルを有して、前記試料片を搬送する試料片移設手段と、
前記試料片が移設される柱状部を有する試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
前記集束イオンビームの照射によってデポジション膜を形成するガスを供給するガス供給部と、
前記試料片と前記柱状部との間の電気特性を計測し、予め定めた時間、前記柱状部に空隙を設けて静止させた前記試料片と前記柱状部を跨いで前記デポジション膜を形成するように、少なくとも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、前記ガス供給部を制御するコンピュータと、
を備える。
【０１０８】
（ａ５）上記（ａ１）または（ａ２）に記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記荷電粒子ビームは、
少なくとも集束イオンビーム及び電子ビームを含む。
【０１０９】
（ａ６）上記（ａ１）から（ａ４）の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記電気特性は、電気抵抗、電流、電位のうちの少なくともいずれかである。
【０１１０】
（ａ７）上記（ａ１）から（ａ６）の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記コンピュータは、前記試料片と前記柱状部との間の電気特性が、予め定めた前記デポジション膜の形成時間内に、予め定めた電気特性値を満足しない場合、前記柱状部と前記試料片の前記空隙がさらに小さくなるように前記試料片を移動し、静止させた前記試料片と前記柱状部を跨いで前記デポジション膜を形成するように、少なくとも前記ビーム照射光学系と前記試料片移設手段、前記ガス供給部を制御する。
【０１１１】
（ａ８）上記（ａ１）から（ａ６）の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記コンピュータは、前記試料片と前記柱状部との間の電気特性が、予め定めた前記デポジション膜の形成時間内に、予め定めた電気特性値を満足した場合、前記デポジション膜の形成を停止させるように、少なくとも前記ビーム照射光学系と前記ガス供給部を制御する。
【０１１２】
（ａ９）上記（ａ１）または（ａ３）に記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記空隙は１μｍ以下である。
【０１１３】
（ａ１０）上記（ａ９）に記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記空隙は１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以下である。
【０１１４】
（ｂ１）荷電粒子ビーム装置は、
試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
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る柱状部を有する試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
前記荷電粒子ビームの照射によって取得した前記柱状部の画像を基にして、前記柱状部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、前記試料片を前記柱状部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を制御するコンピュータと、を備える。
【０１１５】
（ｂ２）上記（ｂ１）に記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記試料片ホルダは、離間配置される複数の前記柱状部を備え、前記コンピュータは、前記複数の前記柱状部の各々の画像を基にして、前記複数の前記柱状部の各々のテンプレートを作成する。
【０１１６】
（ｂ３）上記（ｂ２）に記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記コンピュータは、前記複数の前記柱状部の各々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、前記複数の前記柱状部のうち対象とする前記柱状部の形状が予め登録した所定形状に一致するか否かを判定する判定処理を行ない、前記対象とする前記柱状部の形状が前記所定形状に一致しない場合、前記対象とする前記柱状部を新たに他の前記柱状部に切り替えて前記判定処理を行ない、前記対象とする前記柱状部の形状が前記所定形状に一致する場合、該柱状部に前記試料片を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または前記試料ステージの移動とを制御する。
【０１１７】
（ｂ４）上記（ｂ２）または（ｂ３）の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置では、  前記コンピュータは、前記複数の前記柱状部のうち対象とする前記柱状部を所定位置に配置するように前記試料ステージの移動を制御する際に、前記対象とする前記柱状部が前記所定位置に配置されない場合、前記試料ステージの位置を初期化する。
【０１１８】
（ｂ５）上記（ｂ４）に記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記コンピュータは、前記複数の前記柱状部のうち対象とする前記柱状部を所定位置に配置するように前記試料ステージの移動を制御する際に、前記試料ステージの移動後に前記対象とする前記柱状部の形状に問題があるか否かを判定する形状判定処理を行ない、前記対象とする前記柱状部の形状に問題がある場合、前記対象とする前記柱状部を新たに他の前記柱状部に切り替えて、該柱状部を前記所定位置に配置するように前記試料ステージの移動を制御するとともに前記形状判定処理を行なう。
【０１１９】
（ｂ６）上記（ｂ１）から（ｂ５）の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記コンピュータは、前記試料から前記試料片を分離および摘出することに先立って前記柱状部のテンプレートを作成する。
【０１２０】
（ｂ７）上記（ｂ３）に記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記コンピュータは、前記複数の前記柱状部の各々の画像、該画像から抽出するエッジ情報、または前記複数の前記柱状部の各々の設計情報を前記テンプレートとして記憶し、該テンプレートを用いたテンプレートマッチングのスコアによって前記対象とする前記柱状部の形状が前記所定形状に一致するか否かを判定する。
【０１２１】
（ｂ８）上記（ｂ１）から（ｂ７）の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記コンピュータは、前記試料片が移設された前記柱状部に対する前記荷電粒子ビームの照射によって取得する画像と、前記試料片が移設された前記柱状部の位置情報とを記憶する。
【０１２２】
（ｃ１）荷電粒子ビーム装置は、
試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
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る柱状部を有する試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
前記荷電粒子ビームの照射によってデポジション膜を形成するガスを供給するガス供給部と、
前記試料片移設手段を前記試料片から分離した後に、前記試料片移設手段に付着している前記デポジション膜に前記荷電粒子ビームを照射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を制御するコンピュータと、を備える。
【０１２３】
（ｃ２）上記（ｃ１）に記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記試料片移設手段は、複数回に亘って繰り返して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。
【０１２４】
（ｃ３）上記（ｃ１）または（ｃ２）に記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記コンピュータは、
前記試料片移設手段を前記試料片から分離するたびごとのタイミングを少なくとも含む所定タイミングで繰り返して、前記試料片移設手段に付着している前記デポジション膜に前記荷電粒子ビームを照射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を制御する。
【０１２５】
（ｃ４）上記（ｃ１）から（ｃ３）の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記コンピュータは、前記試料片から分離した前記試料片移設手段を所定位置に配置するように前記試料片移設手段の移動を制御する際に、前記試料片移設手段が前記所定位置に配置されない場合、前記試料片移設手段の位置を初期化する。
【０１２６】
（ｃ５）上記（ｃ４）に記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記コンピュータは、前記試料片移設手段の位置を初期化した後に前記試料片移設手段の移動を制御したとしても前記試料片移設手段が前記所定位置に配置されない場合、該試料片移設手段に対する制御を停止する。
【０１２７】
（ｃ６）上記（ｃ１）から（ｃ５）の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記コンピュータは、前記試料片に接続する前の前記試料片移設手段に対する前記荷電粒子ビームの照射によって取得した画像を基にして、前記試料片移設手段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輪郭情報を基にして、前記試料片移設手段に付着している前記デポジション膜に前記荷電粒子ビームを照射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を制御する。
【０１２８】
（ｃ７）上記（ｃ６）に記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記輪郭情報を表示する表示装置を備える。
【０１２９】
（ｃ８）上記（ｃ１）から（ｃ７）の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記コンピュータは、前記試料片移設手段が所定姿勢になるように前記試料片移設手段を中心軸周りに回転させる際に、偏心補正を行なう。
【０１３０】
（ｃ９）上記（ｃ１）から（ｃ８）の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置では、
前記試料片移設手段は、前記試料片に接続するニードルまたはピンセットを備える。
【０１３１】
なお、上述した実施形態では、コンピュータ２２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も含む。
また、上述した実施形態では、ニードル１８は先鋭化された針状部材を一例として説明したが、先端が平たがね状などの形状であってもよい。
【０１３２】
また、本発明では、少なくとも摘出する試料片Ｑがカーボンから構成されている場合にも適用できる。本発明によるテンプレートと先端位置座標を用いて所望の位置に移動させることができる。つまり、摘出した試料片Ｑをニードル１８の先端に固定された状態で、試料片ホルダＰに移設する際に、試料片Ｑ付きのニードル１８を荷電粒子ビーム照射による二次電子画像から取得した真の先端座標（試料片の先端座標）と、試料片Ｑ付きのニードル１８の吸収電流画像から形成したニードル１８のテンプレートを用いて、試料片Ｑを試料片ホルダＰに所定の空隙を有して接近し、停止するよう制御することができる。
【０１３３】
また、本発明は、他の装置でも適用できる。例えば、微小部の電気特性を、探針を接触させて計測する荷電粒子ビーム装置、特に、荷電粒子ビームのうち電子ビームによる走査電子顕微鏡の試料室内に金属探針を装備した装置で、微細領域の導電部に接触させるために、タングステン探針の先端にカーボンナノチューブを備えた探針を用いて計測する荷電粒子ビーム装置において、通常の二次電子像では、配線パターン等の背景のためにタングステン探針先端が認識できない。そこで、吸収電流画像によってタングステン探針を認識し易くできるが、カーボンナノチューブの先端が認識できす、肝心の測定点にカーボンナノチューブを接触させることができない。そこで、本発明のうち、二次電子画像によってニードル１８の真の先端座標を特定し、吸収電流画像によってテンプレートを作成する方法を用いることで、カーボンナノチューブ付きの探針を特定の測定位置に移動させ、接触させることができる。
【０１３４】
なお、上述の本発明による荷電粒子ビーム装置１０によって作製された試料片Ｑは、別の集束イオンビーム装置に導入して、透過電子顕微鏡解析に相応しい薄さまで、装置操作者が慎重に操作し、加工してもよい。このように本発明による荷電粒子ビーム装置１０と集束イオンビーム装置とを連携することによって、夜間に無人で多数個の試料片Ｑを試料片ホルダＰに固定しておき、昼間に装置操作者が慎重に超薄の透過電子顕微鏡用試料に仕上げることができる。このため、従来、試料摘出から薄片加工までの一連作業を、一台の装置で装置操作者の操作に頼っていたことに比べて、装置操作者への心身の負担は大幅に軽減され、作業効率が向上する。
【０１３５】
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。
例えば、本発明による荷電粒子ビーム装置１０では、試料片Ｑを摘出する手段としてニードル１８について説明をしたが、これに限定されることは無く、微細に動作するピンセットであってもよい。ピンセットを用いることで、デポジションを行なうことなく試料片Ｑを摘出でき、先端の損耗などの心配もない。ニードル１８を使った場合であっても、試料片Ｑとの接続はデポジションに限定されることは無く、ニードル１８に静電気力を付加した状態で試料片Ｑに接触させ、静電吸着して試料片Ｑとニードル１８の接続を行なってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
2020126852.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月18日(2020.6.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
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、
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する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る試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
前記荷電粒子ビームの照射によって取得した対象物と背景の吸収電流画像のうち前記背景よりも暗い前記対象物の領域を抽出し、前記対象物の領域を前記背景よりも明るい前記対象物の領域と同じ色または同じトーンで表示させたテンプレートと、前記対象物の画像から得られる位置情報とに基づいて、前記対象物に関する位置制御を行うコンピュータと、
を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記試料片移設手段は、前記試料から分離および摘出する前記試料片を保持して搬送するニードルと、該ニードルを駆動するニードル駆動機構とを備え、
前記コンピュータは、前記対象物である前記ニードルの位置を前記試料片に対して制御するように前記ニードル駆動機構を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記荷電粒子ビームの照射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を備え、
前記コンピュータは、前記ニードルを前記試料片との間に空隙を設けて接近させた後、
前記ニードルと前記試料片を前記デポジション膜で接続するよう前記荷電粒子ビーム照射光学系と前記ニードル駆動機構と前記ガス供給部を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
前記コンピュータは、前記ニードルを、前記荷電粒子ビームを前記ニードルに照射して得られた吸収電流画像によって形成したテンプレートと、
前記荷電粒子ビームを前記ニードルに照射して得られた吸収電流画像から取得した前記ニードルの先端座標と、を用いて前記試料片に接近させるよう前記ニードル駆動機構を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記デポジション膜が形成される前記ニードルと前記試料片との間の空隙は１μｍ以下である
ことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記デポジション膜が形成される前記ニードルと前記試料片との間の空隙は１００ｎｍ以上かつ４００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子ビーム装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
（１）本発明の一態様は、試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、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する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る試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、前記荷電粒子ビームの照射によって取得した対象物の吸収電流画像を基にして作成したテンプレートと、前記対象物の画像から得られる位置情報とに基づいて、前記対象物に関する位置制御を行うコンピュータとを備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】