(57)【要約】【課題】機械的プローブと被接触物との接触を正確に検出する方法および装置を提供する。【解決手段】接触検出装置は、被接触物に接触するために移動可能な機械的プローブと、前記被接触物に照射する荷電粒子線を生成する荷電粒子線ビーム源と、前記被接触物からの二次粒子又は反射粒子を検出するための検出器と、前記検出器からの検出信号より前記被接触物に投影された前記機械的プローブの影の特徴量を演算する演算装置と、前記機械的プローブの操作を制御する制御装置と、を有する。演算装置は、機械的プローブの影の特徴量として、影の深さS(x,y)を演算し、該影の深さS(x,y)に基づいて、前記被接触物と前記機械的プローブの間の距離を示す評価値J(z)を求める。【選択図】図３
2010045236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接触物に接触するために移動可能な機械的プローブと、前記被接触物に照射する荷電粒子線を生成する荷電粒子線ビーム源と、前記被接触物からの二次粒子又は反射粒子を検出するための検出器と、前記検出器からの検出信号より前記被接触物に投影された前記機械的プローブの影の特徴量を演算する演算装置と、前記機械的プローブの操作を制御する制御装置と、を有する接触検出装置において、
前記演算装置は、前記機械的プローブの影の特徴量として、前記機械的プローブが存在しない時の観察画像の画素位置(x,y)における輝度I0(x,y)に対する、前記機械的プローブが存在する場合の観察画像の画素位置(x,y)における輝度Iz(x,y)の偏差を表す、影の深さS(x,y)を演算し、該影の深さS(x,y)に基づいて、前記被接触物と前記機械的プローブの間の距離を示す評価値J(z)を求めることを特徴とする接触検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の接触検出装置において、前記評価値J(z)は、前記影の深さS(x,y)を、x,y方向に積分して求めることを特徴とする接触検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の接触検出装置において、前記被接触物と前記機械的プローブの間の距離と前記評価値J(z)の関係を記憶したメモリを有し、前記演算装置は、前記メモリに記憶した前記関係から、前記被接触物と前記機械的プローブの間の距離を求めることを特徴とする接触検出装置。
【請求項４】
請求項１記載の接触検出装置において、前記制御装置は、前記機械的プローブを所定の下降量にて繰り返し下降させ、前記演算装置は、前記機械的プローブの下降毎に前記評価値を演算し、前記評価値が前回の下降の時の評価値より増加しなくなったときに、又は、減少したとき、前記機械的プローブが前記被接触物に接触したと判定することを特徴とする接触検出装置。
【請求項５】
請求項１記載の接触検出装置において、前記制御装置は、前記機械的プローブを所定の下降量にて繰り返し下降させ、前記演算装置は、前記機械的プローブの下降毎に前記評価値を演算し、前記評価値の増加量が前回の下降の時の評価値の増加量より増加したとき、前記機械的プローブが前記被接触物に近接したと判定することを特徴とする接触検出装置。
【請求項６】
請求項５記載の接触検出装置において、前記演算装置が、前記機械的プローブが前記被接触物に近接したと判定したとき、前記制御装置は、前記機械的プローブの下降量を減少させることを特徴とする接触検出装置。
【請求項７】
請求項１記載の接触検出装置において、前記演算装置は、前記影の深さS(x,y)の画像より、前記機械的プローブの先端付近の領域を切り出して得られた画像により前記評価値J(z)を求めることを特徴とする接触検出装置。
【請求項８】
請求項１記載の接触検出装置において、前記演算装置は、前記影の深さS(x,y)の画像において、前記機械的プローブの先端付近の画像の特徴を明確化するために、フィルタ処理を行い、該フィルタ処理を行なった後に前記評価値J(z)を求めることを特徴とする接触検出装置。
【請求項９】
請求項１記載の接触検出装置において、前記被接触物は試料又は試料を電子顕微鏡にて観察するために試料を保持する搬送用ホルダであることを特徴とする接触検出装置。
【請求項１０】
荷電粒子線を生成する荷電粒子線ビーム源と、試料を支持する試料テーブルと、試料から微小試料片を切り出す操作に用いる機械的プローブと、デポジション作業に用いるガスアシスト銃と、前記機械的プローブによって接触させる被接触物からの二次粒子又は反射粒子を検出するための検出器と、前記検出器からの検出信号より前記被接触物に投影される前記機械的プローブの影の特徴量を演算する演算装置と、前記機械的プローブの操作を制御する制御装置と、を有する荷電粒子線加工装置において、
前記演算装置は、前記機械的プローブの影の特徴量として、前記機械的プローブが存在しない時の観察画像の画素位置(x,y)における輝度I0(x,y)に対する、前記機械的プローブが存在する場合の観察画像の画素位置(x,y)における輝度Iz(x,y)の偏差を表す、影の深さS(x,y)を演算し、該影の深さS(x,y)に基づいて、前記被接触物と前記機械的プローブの間の距離を示す評価値J(z)を求めることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の荷電粒子線加工装置において、前記評価値J(z)は、前記影の深さS(x,y)を、x,y方向に積分して求めることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の荷電粒子線加工装置において、前記制御装置は、前記機械的プローブを所定の下降量にて繰り返し下降させ、前記演算装置は、前記機械的プローブの下降毎に前記評価値を演算し、前記評価値が前回の下降の時の評価値より増加しなくなったときに、又は、減少したとき、前記機械的プローブが前記被接触物に接触したと判定することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項１３】
請求項１０記載の荷電粒子線加工装置において、前記制御装置は、前記機械的プローブを所定の下降量にて繰り返し下降させ、前記演算装置は、前記機械的プローブの下降毎に前記評価値を演算し、前記評価値の増加量が前回の下降の時の評価値の増加量より増加したとき、前記機械的プローブが前記被接触物に近接したと判定することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の荷電粒子線加工装置において、前記演算装置が、前記機械的プローブが前記被接触物に近接したと判定したとき、前記制御装置は、前記機械的プローブの下降量を減少させることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項１５】
請求項１０記載の荷電粒子線加工装置において、前記被接触物と前記機械的プローブの間の距離と前記評価値J(z)の関係を記憶したメモリを有し、前記演算装置は、前記メモリに記憶した前記関係から、前記被接触物と前記機械的プローブの間の距離を求めることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項１６】
請求項１０記載の荷電粒子線加工装置において、前記被接触物は試料又は試料を電子顕微鏡にて観察するために試料を保持する搬送用ホルダであることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項１７】
被接触物と機械的プローブの間の接触を検出する接触検出方法において、
被接触物に向けて機械的プローブを移動させることと、
前記被接触物に荷電粒子線を照射することと、
前記被接触物からの二次粒子又は反射粒子を検出することと、
前記二次粒子又は反射粒子の検出信号より、前記機械的プローブが存在しない時の観察画像の画素位置(x,y)における輝度I0(x,y)に対する、前記機械的プローブが存在する場合の観察画像の画素位置(x,y)における輝度Iz(x,y)の偏差を表す、影の深さS(x,y)を演算することと、
該影の深さS(x,y)に基づいて、前記被接触物と前記機械的プローブの間の距離を示す評価値J(z)を求めることと、
前記評価値J(z)によって、前記被接触物に対する前記機械的プローブの接触を検出することと、
を含む接触検出方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の接触検出方法において、前記評価値J(z)は、前記影の深さS(x,y)を、x,y方向に積分して求めることを特徴とする接触検出方法。
【請求項１９】
請求項１７記載の接触検出方法において、前記機械的プローブを所定の下降量にて繰り返し下降させ、前記機械的プローブの下降毎に前記評価値を演算し、前記評価値が前回の下降の時の評価値より増加しなくなったときに、又は、減少したとき、前記機械的プローブが前記被接触物に接触したと判定することを特徴とする接触検出方法。
【請求項２０】
請求項１７記載の接触検出方法において、前記機械的プローブを所定の下降量にて繰り返し下降させ、前記機械的プローブの下降毎に前記評価値を演算し、前記評価値の増加量が前回の下降の時の評価値の増加量より増加したとき、前記機械的プローブが前記被接触物に近接したと判定することを特徴とする接触検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの加工装置および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの微細化や高機能化に伴い、半導体デバイスの表面パターンの検査ばかりでなく、その断面構造の観察及び検査が必要となっている。半導体デバイスの構造の検査では、半導体デバイスから微細試料片を切り出し、それを電子顕微鏡によって観察する。半導体デバイスから微細試料片を切り出すために、機械的プローブとデポジション銃を備えた荷電粒子線加工装置、又は、集束イオンビーム加工装置が用いられる。
【０００３】
このような加工装置では、微細試料を切り出すとき、機械的プローブを試料の表面に接触させる必要がある。従って、加工装置には、機械的プローブの接触を検出する装置が設けられる。こうして、接触検出装置によって、機械的プローブの接触を検出することによって、機械的プローブの破損を防止する。
【０００４】
特許文献１には、被加工試料から機械的プローブに向かって流れる電流を計測することによって機械的プローブの接触を検出する技術が示されている。
【０００５】
しかしながら、半導体デバイスには被加工試料の表面を絶縁膜によって保護しているものがある。この場合、機械的プローブと被加工試料との間に電流が流れない。この場合には、文献１に記載されているような電気的方法を用いることはできない。
【０００６】
特許文献２には、異なる方向からの画像によって被加工試料と機械的プローブとの距離を測定しながら、機械的プローブを移動させる方法が記載されている。しかしながら、この方法は、装置が複雑になるという問題がある。さらに、この方法では、機械的プローブの先端とその影の先端が一致するまで同一方向に機械的プローブを移動させる必要がある。そのため、機械的プローブと被加工試料の距離が数μｍになるまで使えないという欠点がある。また、集束イオンビームの入射角及び機械的プローブの取り付け角度を正確に求める必要がある。
【０００７】
特許文献３には、機械的プローブに交流電圧を印加することによってプローブ画像が変化すること、あるいは機械的プローブの機械的振動によって接触前と接触後では画像が変化することを利用して接触を検知する技術が記載されている。この方法では、交流電圧源を要するため、装置が複雑、大型となる課題がある。
【０００８】
特許文献４には、２台以上の顕微鏡から得られる画像によって被加工試料と機械的プローブ間の距離を正確に求める方法が記載されている。この方法では、２台以上の顕微鏡が必要なことから装置が大型化するという課題がある。
【０００９】
特許文献５には、機械的プローブ近傍の影を利用して機械的プローブの駆動速度を遅くすることにより機械的プローブを安全に接触させるという方法が記載されている。この方法では、機械的プローブ周辺の輝度が低下することを利用しているだけであり、接触の検出の信頼性が低いという課題がある。
【００１０】
特許文献６には、機械的プローブの先端と機械的プローブにより生じる影が一致するまで機械的プローブを駆動するという方法が記載されている。しかしながら、観察対象が絶縁材料の場合などのように、被加工試料の状態によって画像の輝度が低くなる。このような場合には、機械的プローブに電圧を印加してコントラストを上げる必要がある。従って、装置構成が複雑になるという課題がある。
【００１１】
上述のように、機械的プローブの画像を利用して、機械的プローブの接触を検出する方法では、一般に、得られる画像の輝度が低い場合や試料表面に形成されているパターンによって信頼性が著しく低くなるという共通の課題がある。
【００１２】
特許文献５には、１ステップ前に得られた画像との変化分を求めることによって輝度が低い場合にも対処できるという方法が記載されている。しかしながら、輝度が低い画像において１ステップ前の画像との変化分を演算すると雑音が強調されるために検出信頼性が低下するという課題もある。
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−２３５３２１号公報
【特許文献２】特開２００６−９３１０２号公報
【特許文献３】特開２００７−１８９１１３号公報
【特許文献４】特開２００５−１６７１４６号公報
【特許文献５】特開２００２−４０１０７号公報
【特許文献６】特開２００６−９３１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述のように、従来の機械的プローブの画像を用いた接触検出方法では、輝度が低い画像の場合に、接触の検出を正確に行うことは困難である。例えば、半導体デバイスから微細試料片を切り出す場合には、切り出した微細試料片を、搬送用ホルダに搭載する。このとき、機械的プローブが搬送用ホルダに接触したことを検出する必要がある。
【００１５】
従来の方法では、機械的プローブが搬送用ホルダに接触したことを正確に検出することは困難である。
【００１６】
本発明は、機械的プローブと被接触物との接触を正確に検出する方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によると、接触検出装置は、被接触物に接触するために移動可能な機械的プローブと、前記被接触物に照射する荷電粒子線を生成する荷電粒子線ビーム源と、前記被接触物からの二次粒子又は反射粒子を検出するための検出器と、前記検出器からの検出信号より前記被接触物に投影された前記機械的プローブの影の特徴量を演算する演算装置と、前記機械的プローブの操作を制御する制御装置と、を有する。
【００１８】
演算装置は、機械的プローブの影の特徴量として、影の深さS(x,y)を演算し、該影の深さS(x,y)に基づいて、前記被接触物と前記機械的プローブの間の距離を示す評価値J(z)を求める。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、機械的プローブと被接触物との接触を正確に検出する方法および装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１を参照して本発明による集束イオンビーム加工装置又は荷電粒子線加工装置の概略を説明する。本例の集束イオンビーム加工装置は、集束イオンビームを生成する集束イオンビーム源２と、試料５を支持する試料テーブル８と、試料５から微小試料片を切り出す操作に用いる機械的プローブ３と、試料５から切り出した微小試料片を保持する搬送用ホルダ４と、デポジション作業に用いるガスアシスト銃（デポジション銃又はデポ・エッチング銃）６と、を有し、これらは、試料室１内に設けられている。
【００２１】
本例の集束イオンビーム加工装置によって、試料５から微小試料片を切り出す処理の概要を説明する。先ず、試料５及び搬送用ホルダ４を、試料テーブル８上に配置する。ここでは、試料５は半導体ウエハであるとして説明するが、試料５は、どのようなものであってもよい。次に、集束イオンビーム源２からの集束イオンビームによって、試料５より微小試料片を切り出す。このとき、微小試料片を完全に切り出さずに、微小試料片の周囲を削り取る。ガスアシスト銃６によって、機械的プローブ３の先端を微小試料片に付着させる。そこで、集束イオンビームによって微小試料片を試料５から切り離す。即ち、微小試料片を、機械的プローブ３の先端に付着した状態で、微小試料片を試料５から切り離す。機械的プローブ３を搬送用ホルダ４まで移動させる。機械的プローブ３の先端に付着した微小試料片は、機械的プローブ３と共に移動する。集束イオンビームによって微小試料片を機械的プローブ３から切り離す。微小試料片は、搬送用ホルダ４上に保持される。こうして、微小試料片を保持した搬送用ホルダ４は、試料室１の外へ搬出され、電子顕微鏡によって観察される。
【００２２】
集束イオンビーム加工装置を用いて試料から微小試料片を切り出す処理では、機械的プローブ３を試料５に接触させる。しかしながら、機械的プローブ３の先端が、試料５の表面に強い力で押し付けられると、機械的プローブ３は破損する。そこで、機械的プローブ３の先端が試料５に接触したことを正確に検出する必要がある。
【００２３】
集束イオンビーム加工装置において生産性向上を図るためには、これらの加工手順を自動化する必要がある。加工手順の自動化は、半導体プロセス工程における生産性の向上の観点からも求められている。集束イオンビーム加工装置の自動化を図るうえで重要なのは機械的プローブ３の操作の自動化である。ここで、問題になるのが、機械的プローブ３と試料５との接触を正確に検出することと、機械的プローブ３と搬送用ホルダ４との接触を正確に検出することである。これは、試料５や機械的プローブ３の保護や装置安全性の観点からも強く求められている。以下に、試料５と搬送用ホルダ４を被接触物と称するが、被接触物は、機械的プローブ３を接触させる対象であり、試料５と搬送用ホルダ４に限定されるものではない。
【００２４】
図２Ａを参照して、従来の機械的プローブの接触検出方法について説明する。図示のように、試料テーブル８の上に試料５が配置されている。機械的プローブ３と試料テーブル８の間に電源１０からの電圧が印加される。また、試料テーブル８と電源１０の間には、電流計９が接続されている。機械的プローブ３が試料５に接触すると、両者間は電気的に導通状態となり、電流が流れる。この電流を電流計９によって測定することで被加工試料５と機械的プローブ３との接触を検出することができる。
【００２５】
図２Ｂを参照して説明する。半導体デバイスには、その表面を絶縁膜によって保護しているものがある。本例では、図示のように試料５の表面に絶縁膜７が形成されている。この場合には、図２Ａに示したような電気的方法によって、機械的プローブの接触を検出することはできない。
【００２６】
図３を参照して、本発明による機械的プローブの接触検出装置の例を説明する。本発明によると、機械的プローブの接触検出装置は、集束イオンビーム源２、機械的プローブ３、二次粒子検出器１２、スイッチ１６、第１及び第２の画像メモリ１４、１５、第１及び第２の演算器１７、１８、制御器１９及び画像表示器１３を有する。
【００２７】
集束イオンビーム源２から照射された集束イオンビーム２０は試料５に照射される。試料５からは、二次粒子１１が放射される。二次粒子１１は二次粒子検出器１２に捕捉される。二次粒子検出器１２からの検出信号はスイッチ１６を経由して、２つの画像メモリ１４、１５のいずれかに格納される。画像メモリ１４、１５に格納された画像データは、順次、第１の演算器１７によって読み出され、画像表示器１３にて表示される。画像表示器１３によって、試料から微小試料片を切り出す作業を観察することもできる。
【００２８】
第１の演算器１７は画像メモリ１４と画像メモリ１５に保存された画像データを用いて影の特徴量を演算する。本発明によると、影の特徴量として、影の深さS(x,y)を演算する。影の深さは、第２の演算器１８に送られる。第２の演算器１８は、影の深さから、被加工試料５と機械的プローブ３の距離を表す関数を演算する。本発明によると、被加工試料５と機械的プローブ３の距離を表す関数として、評価値J(z)を演算する。
【００２９】
評価値J(z)は、制御器１９に送られる。制御器１９は、評価値J(z)に基づいて、機械的プローブ３を移動又は停止させる。影の深さS(x,y)及び評価値J(z)については後に詳細に説明する。尚、制御器１９は、第２の演算器１８の演算結果によらず自由に機械的プローブ３を駆動することもできる。
【００３０】
図３の例では、２つの画像メモリ１４、１５を設けるが、１つの画像メモリを２分割して使用してもよい。また、本例では２つの演算器１７、１８を設けるが、１つの演算器を用いてもよい。更に、本例では、第１の演算器１７に画像表示機能が設けられている。そのため、画像メモリ１４、１５に格納された画像データは、第１の演算器１７を経由して画像表示器１３へ送られる。しかしながら、第２の演算器１８に画像表示機能を設けてもよい。この場合には、画像メモリ１４、１５に格納された画像データは、第２の演算器１８を経由して画像表示器１３へ送られる。２つの演算器１７、１８の代わりに１つの演算器を用いる場合も同様である。更に、本例では、二次粒子１１を検出するが、二次粒子の代わりに、反射粒子を検出してもよい。
【００３１】
図３の例では、集束イオンビーム源２からの集束イオンビーム２０を用いる。しかしながら、集束電子ビーム、プロジェクションイオンビームあるいはプロジェクション電子ビーム等の集束イオンビーム以外の荷電粒子線を用いてもよい。また、単一の集束イオンビーム源２を用いてもよいが、複数の集束イオンビーム源２、又は、複数の荷電粒子線鏡筒を用いてもよい。また、機械的プローブ３および被加工試料５を観察するための手段として、光学顕微鏡を用いてもよい。
【００３２】
図３を参照して機械的プローブ３による影について説明する。集束イオンビーム源２からの集束イオンビーム２０を被加工試料５に照射すると、イオンビームの衝突により、二次粒子１１が放射される。二次粒子１１は、二次粒子検出器１２によって捕捉され映像化される。機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離が比較的大きいとき、二次粒子１１の多くは二次粒子検出器１２に到達し、捕捉される。従って、試料の画像において、機械的プローブ３の影響は少ない。しかし、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離が比較的小さい場合には、二次粒子１１の多くは機械的プローブ３に遮られて二次粒子検出器１２に到達しない。そのため、二次粒子検出器１２の信号を映像化すると機械的プローブ３の影が現れる。機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離が小さくなるほど、機械的プローブ３の影は濃くなり、試料の画像が見にくくなる。
【００３３】
図４は、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離が変化することによって、機械的プローブの影が変化することを示す。図４の左端の画像は、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離が比較的大きい場合を示し、図４の右端の画像は、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離が比較的小さい場合を示す。図４の画像に示すように、機械的プローブ３の影の変化を検出することにより、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離を間接的に知ることができる。以下に、詳細に説明するが、本発明によると、機械的プローブ３の影の変化を定量的に演算することにより、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離、即ち、機械的プローブ３が被加工試料５に接触したことを検出する。以下では、機械的プローブ３が被加工試料５に接触する場合を説明するが、図１に示したように、機械的プローブ３が、搬送用ホルダ４に接触する場合も、同様である。
【００３４】
先ず、影の特徴量として、影の深さS(x,y)を説明する。本発明によると、機械的プローブ３によって生じる影が薄い、濃いという特徴を定量的に表すために「影の深さ」S(x,y)という特徴量を導入する。「影の深さ」S(x,y)とは、機械的プローブ３が存在することにより機械的プローブ３が無い場合に対して輝度がどの程度低下したかを示す量である。影の深さは、次の数１によって求める。
【００３５】
【数１】
2010045236.tif 000003
【００３６】
ここで、S(x,y)は画素位置(x,y)における影の深さ、I0(x,y)は機械的プローブ３が存在しない時の観察画像の画素位置(x,y)における輝度、Iz(x,y)は機械的プローブ３が存在する場合の観察画像の画素位置(x,y)における輝度を示す。以下に、I0(x,y)を参照画像の輝度、又は、単に参照画像と称する。Iz(x,y)をプローブ画像の輝度、又は、単に、プローブ画像と称する。機械的プローブ３と被加工試料５の距離が小さいほど、画像の輝度の低下量が大きくなり、数１による影の深さS(x,y)は大きな値を示す。影の深さは、数１の代わりに次の数２によって求めてもよい。
【００３７】
【数２】
2010045236.tif 000004
【００３８】
数２では、参照画像の輝度I0(x,y)とプローブ画像の輝度Iz(x,y)にそれぞれ係数α、係数βを乗じている。それによって、機械的プローブ３による影の深さをより効果的に求めることもできる。影の深さは、数１の代わりに次の数３及び数４によって求めてもよい。
【００３９】
【数３】
2010045236.tif 000005
【００４０】
【数４】
2010045236.tif 000006
【００４１】
数３は、数１と同一であるが、画素位置(x,y)の代わりに、それをアフィン変換した位置(X,Y)を用いる。数４は、画素位置(x,y)に対するアフィン変換を示す式である。こうして、画素位置(x,y)に対してアフィン変換を施すことにより、ビームの傾斜に対する影響を除去することができる。影の深さは、数１の代わりに次の数５及び数６によって求めてもよい。
【００４２】
【数５】
2010045236.tif 000007
【００４３】
【数６】
2010045236.tif 000008
【００４４】
数５は、数１と同一であるが、参照画像の輝度I0(x,y)及びプローブ画像の輝度Iz(x,y)の代わりに、それをコンボリューション演算による画像変換した輝度I0c(x,y)及び輝度Izc(x,y)を用いる。数６は、輝度I0(x,y)及び輝度Iz(x,y)に対するコンボリューション変換を示す式である。h(k,l)およびg(k.l)は(2p+1)×(2q+1)個のコンボリューション係数である。h(k,l)とg(k.l)は同じ係数であってもかまわない。こうして、輝度I0(x,y)及びIz(x,y)に対してコンボリューション変換を施すことにより、輝度のコントラストを効果的に大きくすることができる。影の深さは、数１の代わりに次の数７によって求めてもよい。
【００４５】
【数７】
2010045236.tif 000009
【００４６】
数７は、数１の影の深さS(x,y)をコンボリューション変換したものである。影の深さは、数１の代わりに次の数８及び数９によって求めてもよい。
【００４７】
【数８】
2010045236.tif 000010
【００４８】
【数９】
2010045236.tif 000011
【００４９】
数１によって表される影の深さS(x,y)は、参照画像の輝度I0(x,y)に対するプローブ画像の輝度Iz(x,y)の変化量の相対値を示す。数８によって表される影の深さS(x,y)は、参照画像の輝度I0(x,y)に対するプローブ画像の輝度Iz(x,y)の変化量の絶対値を示す。数９では、参照画像の輝度I0(x,y)とプローブ画像の輝度Iz(x,y)にそれぞれ係数α、係数βを乗じている。それによって、機械的プローブ３による影の深さをより効果的に求めることもできる。
【００５０】
次に、評価値J(z)を説明する。本発明によると、被加工試料５と機械的プローブ３の距離を表すパラメータとして、評価値J(z)を用いる。評価値J(z)は、次の数１０により求める。
【００５１】
【数１０】
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【００５２】
【数１１】
2010045236.tif 000013
評価値J(z)は、画素位置(x,y)における影の深さS(x,y)にガウシアンフィルタ関数f(x,y)を乗じ、x,y方向に積分したものである。数１１は、ガウシアンフィルタ関数を示す。数１１において、σx2、σy2はそれぞれ影の深さのｘ、ｙ方向の分散を示し、μx、μyはそれぞれｘ、ｙ方向の影の深さの平均値を表し、ρxyはx、y間の相関係数を表す。評価値J(z)は、数１０の代わりに次の数１２によって求めてもよい。数１２は、影の深さS(x,y)を単に、x,y方向に積分したものである。
【００５３】
【数１２】
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【００５４】
図５を参照して、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離と、評価値J(z)の関係を説明する。図５の横軸は、評価値J(z)、縦軸は、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離、即ち、被加工試料５に対する機械的プローブ３の高さである。図示のように、機械的プローブ３を下降させ、被加工試料５に近づけると、評価値J(z)は増加する。機械的プローブ３が被加工試料５に接触すると、評価値J(z)は最大値となり、それ以上は増加しない。機械的プローブ３を更に降下させると、評価値J(z)は減少する。機械的プローブ３を上昇させ、被加工試料より遠ざけると、評価値J(z)は減少する。
【００５５】
本発明によると、評価値J(z)が最大値となったことを検出することによって、又は、評価値J(z)が減少したことを検出することによって、機械的プローブ３が被加工試料５に接触したと判定する。
【００５６】
ここで、機械的プローブ３を所定のストロークだけ、繰り返し、下降させる場合を想定する。機械的プローブ３を下降させた毎に評価値J(z)を演算し、前回の評価値J(z)と比較する。機械的プローブ３を下降させると、評価値J(z)は前回の評価値J(z)より増加する。評価値J(z)の増加量は、機械的プローブ３の位置によって変化する。機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離が比較的大きいとき、評価値J(z)の増加量は比較的小さい。機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離が比較的小さくなると、評価値J(z)の増加量は大きくなる。そこで、機械的プローブ３の下降量を変化させるとよい。評価値J(z)の増加量が比較的小さいとき、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離は比較的大きいから、機械的プローブ３の下降量を比較的大きくし、評価値J(z)の増加量が比較的大きいとき、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離は比較的小さいから、機械的プローブ３の下降量を比較的小さくする。
【００５７】
ここでは、図５に示す関係を用いて、機械的プローブ３の下降量を制御する場合を説明した。しかしながら、本発明によると、図５に示す関係を用いて、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離を測定することができる。図５に示す関係が予め求められているものとする。評価値J(z)を演算すると、図５に示す曲線から、その評価値J(z)に対応する機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離を読み取ることができる。
【００５８】
こうして本発明によると、図５に示す関係を予めメモリに格納することにより、プローブと試料間距離測定装置を構成することができる。これにより、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離を測定する測定器が不要となり、安価な装置が提供可能となる。
【００５９】
図６は、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離が変化することによって、機械的プローブの周囲の画像、特に、輝度が変化することを示す。図６の左端の画像は、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離が比較的大きい場合を示し、図６の右端の画像は、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離が比較的小さい場合を示す。図示のように、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離が比較的小さいと、機械的プローブの周囲の輝度が大きく変化していることが判る。従って、機械的プローブ３の影の変化を検出することにより、即ち、機械的プローブの周囲の輝度の変化を検出することにより、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離を間接的に知ることができる。以下に、詳細に説明するが、本発明によると、機械的プローブ３の影の変化、即ち、輝度の変化を定量的に演算することにより、機械的プローブ３と被加工試料５の間の距離、即ち、機械的プローブ３が被加工試料５に接触したことを検出する。以下では、機械的プローブ３が被加工試料５に接触する場合を説明するが、図１に示したように、機械的プローブ３が、搬送用ホルダ４に接触する場合も、同様である。
【００６０】
図７、図８及び図９を参照して、本発明による接触検査装置によって、機械的プローブの接触を検出する方法の例を説明する。最初、機械的プローブは待機位置にある。ステップＳ１０１にて、背景画像の輝度I0(x,y)を取得する。即ち、機械的プローブを含まない、試料の表面の像を取得する。図８Ａは、背景画像I0(x,y)の例を示す。
【００６１】
ステップＳ１０２にて、機械的プローブ３を含む画像を取得する。即ち、機械的プローブ３の先端の像を取得する。図８Ｂは、プローブ画像Iz(x,y)の例を示す。図示のように、機械的プローブの周囲にて、輝度が低下している。背景画像I0(x,y)及びプローブ画像Iz(x,y)は、それぞれ画素位置(x,y)における輝度を示す。背景画像I0(x,y)を図３に示す機械的プローブの接触検出装置の第１の画像メモリ１４に格納し、プローブ画像Iz(x,y)を図３に示す機械的プローブの接触検出装置の第２の画像メモリ１５に格納してよい。
【００６２】
ステップＳ１０３にて、影の特徴量として、影の深さを演算する。影の深さは、数１の式によって求める。尚、上述のように数１の式以外の式を用いてもよい。図８Ｃは、影の深さS(x,y)を画像化したものである。図示のように、影が深い又は濃い部分、即ち、輝度低下が大きい領域は白色、影が浅い、又は、薄い部分、即ち、輝度低下が小さい領域は黒色によって表示されている。本例では、影が最も濃い部分の数値1.0、影が最も薄い部分の数値0.0として影の深さを正規化する。影の深さは、図３に示す機械的プローブの接触検出装置の第１の演算器１７が演算してよい。
【００６３】
ステップＳ１０４にて、図８Ｃに示す影の深さの画像より、機械的プローブ３の先端付近の領域を切り出す。機械的プローブ３が被加工試料５に接触したことを検出するためには、機械的プローブ３の先端付近における影の深さのみを注目すればよい。尚、観察倍率が高く、影の深さの画像において、機械的プローブ３の先端付近の領域が占める割合が高い場合には、ステップＳ１０４の切り出し処理は省略してもよい。更に、機械的プローブ３の先端付近の領域以外の任意の画素位置(x1,y1)に注目してもよい。
【００６４】
図８Ｄは、図８Ｃに示す影の深さの画像より、機械的プローブ３の先端付近の領域を切り出して得られた画像を示す。図８Ｄに示す画像では、影が濃い領域、即ち、機械的プローブ３の先端付近では、影の深さS(x,y)の値が大きく（数値1.0に近い）、先端から遠ざかるほど影の深さS(x,y)の値は小さい（数値0.0に近い）、という特徴がある。
【００６５】
ステップＳ１０５にて、図８Ｄの画像に対して、フィルタ処理を施す。図８Ｄに示す切り取り画像において、機械的プローブ３の先端付近の画像の特徴を明確化するために、フィルタ処理を行なう。ここでは、数１１に示すガウシンアンフィルタを用いるが、他のフィルタを用いてもよく、又は、ステップＳ１０５のフィルタ処理を省略してもよい。
【００６６】
図９Ａは数１１のガウシンアンフィルタの特性を示す鳥瞰図であり、図９Ｂは数１１のガウシンアンフィルタの特性を示す等高線図である。機械的プローブ３による影の形状は、被加工試料５に対する集束イオンビームの入射角と機械的プローブ３の取り付け角度によって決まる楕円形状を示す。従って、本例では、フィルタ特性が楕円形状を示すようσx、σyを選ぶとよい。もちろん、σx=σyとしてフィルタ特性が円形状になるようにしてもよい。更に、μx、μyをゼロ以外に選ぶと機械的プローブ３の先端部からμx、μyだけ離れた座標を中心にしたフィルタ特性とすることもできる。
【００６７】
図１０は、図８Ｄに示した影の深さS(x,y)の画像に対して、数１１のフィルタ処理を施した結果を示す。図１０の画像では、機械的プローブ３の先端部に近くの楕円領域にて、白色が表示され、機械的プローブ３の先端部から遠く楕円領域の外側にて、黒色が表示されている。
【００６８】
ステップＳ１０６にて、図１０に示すフィルタ処理を施した影の深さの画像より、評価値J(z)を求める。評価値J(z)は数１０により求める。上述のように、評価値J(z)は被加工試料５と機械的プローブ３の距離を示す。数１０の式に示すように、評価値J(z)は、画素位置(x,y)における影の深さS(x,y)にガウシアンフィルタ関数f(x,y)を乗じ、x,y方向に積分することにより求める。尚、数１０の式の代わりに、数１２の式を用いて評価値J(z)を求めてもよい。数１２の式は、ガウシアンフィルタ関数f(x,y)を乗算しないで、影の深さS(x,y)をx,y方向に積分するだけである。評価値J(z)は、図３に示す機械的プローブの接触検出装置の第２の演算器１８が演算してよい。
【００６９】
次に、ステップＳ１０７にて、機械的プローブ３を下降させる。即ち、機械的プローブ３を初期の位置から、所定のストロークだけ下降させる。次に、ステップＳ１０８にて、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０６を実行する。こうして、機械的プローブ３を下降させた後の評価値J(z)が得られる。ステップＳ１０９にて、ステップＳ１０６にて求めた評価値J(z)と、ステップＳ１０８にて求めた評価値J(z)を比較し、評価値J(z)が増加したか否かを判定する。評価値J(z)が増加した場合には、機械的プローブ３は未だ試料５に接触していないと判断し、ステップＳ１１０に進む。評価値J(z)が増加していないなら、機械的プローブ３は試料に接触したと判断し、この処理を終了する。ここで、評価値J(z)が増加も減少もしない場合、即ち、評価値J(z)が変化しない場合を説明していない。この場合には、ステップＳ１１０に進むようにしてもよいが、評価値J(z)が減少したと仮定して、終了してもよい。
【００７０】
ステップＳ１１０にて、評価値J(z)の増加量が所定の閾値より大きいか否かを判定する。評価値J(z)の増加量が所定の閾値より大きくなった場合には、図５を参照して説明したように、機械的プローブ３が被加工試料５に近接したと判定する。この場合には、ステップＳ１１１に進み、機械的プローブ３の下降量を減少させる。評価値J(z)の増加量が所定の閾値より大きくない場合には、図５を参照して説明したように、機械的プローブ３が被加工試料５に未だ近接していないと判定する。この場合には、ステップＳ１１２に進み、機械的プローブ３の下降量を変化させない。こうして、機械的プローブ３の下降量が決まったら、次に、ステップＳ１０７に戻り、機械的プローブ３を下降させる。再度、ステップＳ１０８にて、評価値J(z)を演算する。こうして、機械的プローブ３の下降と、評価値J(z)の演算を繰り返す。ステップＳ１０９にて、評価値J(z)が増加しなくなったら、終了する。機械的プローブ３を下降させる処理は、図３に示す機械的プローブの接触検出装置の制御器１９によってなされる。
【００７１】
以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明による集束イオンビーム加工装置の概略を説明する図である。
【図２】従来の機械的プローブの接触検出方法の例を説明する図である。
【図３】本発明による機械的プローブの接触検出装置の例を説明する図である。
【図４】機械的プローブと被加工試料の間の距離が変化することによって、機械的プローブの影が変化することを示す図である。
【図５】機械的プローブと被加工試料の間の距離と、評価値J(z)の関係を説明する図である。
【図６】機械的プローブと被加工試料の間の距離が変化することによって、機械的プローブの周囲の輝度が変化することを示す図である。
【図７】本発明による接触検査装置によって、機械的プローブの接触を検出する方法の例を説明する図である。背景画像とプローブ画像から影の深さを求めた実施例を示す図である。
【図８】本発明による接触検査装置によって得られた参照画像、プローブ画像、影の深さ画像、影の深さ画像からの切り取り画像の例を示す図である。
【図９】ガウシアンフィルタの特性を示す図である。
【図１０】影の深さ画像に対して、ガウシアンフィルタを施した画像の例を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
1…試料室、2…集束イオンビーム源、3…機械的プローブ、4…搬送用ホルダ、5…試料（被加工試料）、6…ガスアシスト銃、7…絶縁膜、8…試料テーブル、9…電流計、10…電源、11…二次粒子、12…二次粒子検出器、13…画像表示器、14、15…画像メモリ、16…スイッチ、17、18…演算器、19…制御器、20…集束イオンビーム
【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】
2010045236.tif 000022
【図９】
2010045236.tif 000023
【図１０】
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