(57)【要約】      （修正有）【課題】  極めて微細かつ精緻な顕体試料の観察のみならず、オペレーターが顕微鏡の画像を観察しながら、電気的測定、さらには電気的超微細加工を、円滑かつ確実に行なうことを可能とするデュアルプローブを載置した電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置の提供。【解決手段】  Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への駆動及びＴ軸および／またはＲ軸の回転が各々独立に可能な1つ又は2つ以上のマニピュレータユニットにメインプローブ１１とそれに接合するサブプローブ１２よりなるデュアルプローブ１０を載置することを特徴とする電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置である。【選択図】図２
2006227108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への駆動及びＴ軸および／またはＲ軸の回転が各々独立に可能な1つ又は2つ以上のマニピュレータユニットにメインプローブとそれに接合するサブプローブよりなるデュアルプローブを載置することを特徴とする電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置。
【請求項２】
サブプローブが、電気的機能を有するナノスケールの微小径電極である請求項１記載の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置。
【請求項３】
デュアルプローブが、加熱機構を組込んだデュアルプローブユニットに取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置。
【請求項４】
デュアルプローブユニットに、接触圧検知機構が取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかの項に記載の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置。
【請求項５】
マニピュレータユニットにデュアルプローブユニットおよび／または交換用サブプローブおよび／またはガス導入微細管が載置され、前記交換用サブプローブが汎用電子顕微鏡の真空観察下又は微細作業時に交換可能であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかの項に記載の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかの項に記載の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への駆動及びθ軸の回転が可能な試料台ユニットが搭載され、該試料台ユニットに試料台と交換用サブプローブおよび／または加熱機構が載置されていることを特徴とする電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかの項に記載の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置を使用して顕体試料に対し微細作業を行うに際し、従前の作業における位置決め動作もしくはプロービング動作の画像を処理してメモリに取り込んでおき、新たな微細作業において、位置決め動作やプロービング動作にフィードバックすることを可能とするとともに、それら画像のマルチ表示が可能であることを特徴とする微細作業方法。
【請求項８】
請求項１乃至６の何れかの項に記載の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置のデュアルプローブを使用して電気的測定を行うに際し、電気的機能を有するナノスケールの微小径電極であるサブプローブを測定試料へ直接接合して測定すると共にメインプローブによる電気的測定をも行なうことが可能であることを特徴とした電気的測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極めて微細な顕体試料を、電子顕微鏡の視野下に捉えて、その画像を観察しながら該顕体試料の性能評価等の微細作業を行なうための装置に関するものであり、更に詳しくは、半導体集積回路などの製造工程において、デバイス微小部分等の不良解析、性能評価等の作業を電気的な測定により行なうマニピュレーション装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイス等微小な顕体試料を、単に顕微鏡で観察するだけではなく、顕微鏡下で極めて微細な加工を行なうという所謂微細作業は、一般的に行なわれていた。しかしながら、その対象物が毎年微細化の方向に移行しつつあるのみならず、その分野もエレクトロニクス分野から、遺伝子組み換え作業等の技術を含んだバイオ分野まで多様化しつつある。特に近年、半導体デバイスの高集積化に伴う作業の微細化、高度化に対する要求と重要性に対応して、マイクロマシンを応用し、顕体試料を顕微鏡視野の中に捉えてマニピュレータを用いて電気的な測定、解析作業を行なう技術の重要性はより高まりつつある。
【０００３】
就中、半導体デバイスの微小領域への微細作業（プロービング）を行なう半導体デバイス不良解析用マイクロマニピュレーション装置の開発の要求も多い。このような微細作業は、通常の生産あるいは検査工程における単純な繰り返し作業とは異なり、一つ一つの作業を、オペレーターが顕微鏡の視野下でマニピュレータをマニュアルで動かし、特殊な機能を持たせたプローブ(触針)を作用させて行なうのが実情である。
【０００４】
顕微鏡の視野下において、マニピュレータに取り付けられたマイクロプローブを操作して顕体試料の正確な移動や加工を行なう装置については、例えば特許文献１において開示されており、更にマニピュレータに取り付けられた電気的機能を有するマイクロプローブを操作して顕体試料の電気的特性の測定作業を行なう装置については、例えば特許文献２にて顕微鏡下での微細試料とマイクロプローブの動きを連動せしめ、三次元の方向での位置決め、移動や加工を行ない易くした装置が開示されている。
【０００５】
これらの装置においては、微小な作業に必要とされる顕体試料とプローブを取り付けたマニピュレータの動きは、各々顕体試料を載置する作業台とマニピュレータに搭載したピエゾ素子にフィードバック用の変位検出機能を付加したものが用いられており、これによれば、数１０μｍレベルの微小移動が可能であり、変位検出手段にもよるが、極めて高い分解能も比較的容易に実現する事が可能である。それぞれのマニピュレータ、即ち、それぞれのプローブにＸ、Ｙ、Ｚ軸方向への微小直線移動が行なえるようにすることで、三次元レベルでの微細な作業を確実に行なうことを可能にしている。
【０００６】
従来この種のマイクロマニピュレーション装置を例えばバイオテクノロジー分野に適用する場合は、実際の微細加工作業においてマイクロプローブおよび顕体試料の動きを自在に制御し、マイクロプローブの動きをゆっくりと確実に行ない顕体試料にダメージを与えないことが重要であり、これにより顕体試料の移動、切断、穿孔、切除、剥離、貼り付け、接合といった基本作業を確実に行なうことができる。ここにおいて用いられるマイクロプローブは、それを動かすことによって顕体試料に対する上述の基本作業を好適に行なうことを目的とするものであって、太さや形状、先端の形態を適宜変えることによって多様に対応しうるものである。
【０００７】
前述の如く、応用範囲の拡大といった見地から、これらの装置を例えば、半導体関連技術、即ちＩＣ、ＬＳＩ等の電子部品の検査工程に応用する場合においては、顕体試料の移動、切断、穿孔、切除、剥離、貼り付け、接合といった基本的作業よりもむしろ、抵抗値、導電率や電流値あるいは電流波形の測定、電圧印加、絶縁性の確認等の、従来の半導体検査装置で行なわれている、例えば電気的機能性を有する作業が必要となる。しかしながら、従来の半導体デバイス検査装置等で使用されるプローブカードは例えば特許文献３に示されている如く、複数の電気的機能性を有するプローブを有し、それにより半導体素子の特定部分の検査を行なうのであるが、一度プローブの精密な位置を決定してしまった後はその位置を変えることなく、流れ作業で供給される半導体素子に対して単純繰り返し作業で効率よく所定の検査作業を繰り返すことをその最大の特徴とするものである。
【０００８】
また、従来の不良解析装置では、集積回路全体が正常であるかの測定を行なう事は可能だったが、不良箇所を特定するレベルでの測定、検査を行なう事は出来なかった。更に、ある程度不良箇所を特定できる解析装置も開発されてきたが、次世代デバイスに想定される数十ｎｍクラスの回路パターンに対応することは難しく、現状一般化されている駆動機構およびマイクロプローブをより高分解能化する必要があった。また、このような不良解析の駆動機構を実現しても、数十ｎｍクラスの回路パターンを直接測定する場合は、接触圧をｎＮクラスで制御しなくては回路パターンを破壊してしまう問題がある。更に、駆動機構や接触圧を制御しても、外部や内部からくる振動等のノイズの影響から、回路パターンに接触させた作業ツールがドリフトにより回路パターン外にずれるという問題点が指摘されていた。更に、複数のマイクロプローブ針先端で同時に電圧・電流の印加・測定を行なう場合に、広い領域での測定においては、最低２つ以上の全てのマイクロプローブ針を電子顕微鏡画像の中に映し出す事ができないという問題点も指摘されていた。
【０００９】
更に、従来のステージ装置では、ステージの操作性が悪かったため、ナノオーダーの微細な作業を実現するにはオペレーターの熟練が必須条件となっていた。また、電子顕微鏡にて作業をおこなう場合は、試料や電極交換時に真空環境および電子顕微鏡に設けてある予備排気室を一度開放する必要もあったため、作業に必要となる時間の短縮も大きな課題であった。
【００１０】
すなわち、上述の従来の装置は、微小部分の固定点間の測定等を連続的に繰り返し行なう作業には適しているが、ある面上の中の任意の作業点を探索し、その位置に自在にマイクロプローブ針先を移動し必要作業を行なうという目的には適していない。新しいＩＣ、ＬＳＩ等の電子部品の研究開発等に求められる作業は、例えば微細回路パターンが集積されたシリコンデバイスウェーハ上全面を、オペレーターが顕微鏡画像を観察しながら自在にマイクロプローブ針先を操作し、目視で確認しながら任意の箇所で針先を位置決めし、然る後針先を微動せしめ、必要な微細作業を行なうという作業である。特に、ナノレベルでの回路の複雑化、集積度の向上や原材料であるシリコンウェーハサイズの大型化の傾向が顕著である現在、このような微細作業が容易にできる装置の開発が電子部品の研究開発部門等から強く要望されていた。
【００１１】
近年、ナノスケール形状の微小材料の研究や各分野への応用が盛んに取り組まれている。その微小材料を研究・応用するにあたり、ナノスケールの位置決めをおこなう事を可能としたステージが商品化されている。しかし、そのどれもが導入に関する投資金が高額であり、ステージを搭載する電子顕微鏡と同等やそれ以上の金額（最大1億円以上になる）が必要になっているのが現状である。また、これらの位置決めステージも、接触圧検知機構、加熱機構、複数電極制御等の全てを兼備する装置ではない。
【特許文献１】特開２０００−２２１４０９号公報
【特許文献２】特開２００２−３６５３３４号公報
【特許文献３】特開平５−５５３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明者等は、上述の問題点に鑑み、顕微鏡観察画像視野下で顕体試料とマイクロプローブの針先を観察しながら、広範囲に亘るマイクロプローブの移動と位置決めを効率的に行ない、同時に操作性および確実性に優れた微細作業を行なうことのできるマニピュレーション装置について鋭意研究を行なったものである。すなわち、本発明者等は、機能性、特に電気的機能とナノレベルの回路等に対応させるために、マイクロプローブ装置のマイクロプローブ(メインプローブ)にナノスケール径の微小針（サブプローブ）を接合させること、つまり、デュアルプローブ化を行なうことで顕体試料の微細部分の電気的測定、加工を効率的に行なうことが可能であることを見出したものである。本発明の目的は半導体素子等の極めて微細かつ精緻な顕体試料の観察のみならず、オペレーターが顕微鏡の画像を観察しながら、電気的測定、さらには電気的超微細加工を、円滑かつ確実に行なうことを可能とするデュアルプローブを載置した電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への駆動及びＴ軸および／またはＲ軸の回転が各々独立に可能な1つ又は2つ以上のマニピュレータユニットにメインプローブとそれに接合するサブプローブよりなるデュアルプローブを載置することを特徴とする電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置により達成する。そして、この装置におけるサブプローブは電気的機能を有するナノスケールの微小径電極であることが望ましく、電気的測定において、サブプローブを試料の測定個所へ直接接合することで、外部からの振動ノイズ、ドリフトを吸収する機能を持たせ、デュアルプローブはプローブの加熱およびコンタミ抑制のための加熱機構を組み込んだデュアルプローブユニットに取り付けられていることが好ましい。
【００１４】
そして、デュアルプローブユニットには、接触圧検知機構および／または加熱機構が取り付けられており、マニピュレータユニットにはデュアルプローブユニットおよび／または交換用サブプローブおよび／またはガス導入微細管が載置され、前記交換用サブプローブが汎用電子顕微鏡の真空観察下又は微細作業時に交換可能であることが望ましい。
更に、本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への駆動及びθ軸の回転が可能な試料台ユニットが搭載され、該試料台ユニットに試料台と交換用サブプローブが載置されている。
前述の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置においては、微細作業は汎用電子顕微鏡の真空環境観察下にて行なわれる。ここでいう汎用電子顕微鏡とは例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）をいう。
【発明の効果】
【００１５】
本発明になるデュアルプローブ電極を搭載した電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置を用いることにより、従来不可能とされていた数十ｎｍクラスの回路パターン内の、任意の特定点間に複数の電気的機能を有するプローブ針で直接電気的測定をしたり、従来通りのサイズの回路パターンの高信頼電気的測定や微細加工等の微細作業を行なうことが容易にかつ迅速にできるようになった。
更に、本発明になるデュアルプローブ電極を搭載した電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置を用いることにより、従来不可能とされていた有機物に対する細胞等の膜圧測定および微細ナノ加工・実験、その他無機物に対してもミクロ・ナノオーダーでの強度測定および物理特性評価を行なう事ができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置について詳細に述べる。電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置は、マニピュレータユニットおよび／または試料台ユニットには交換用サブプローブが載置されており、デュアルプローブのメインプローブに接合されたサブプローブは前記交換用サブプローブと交換が可能である。サブプローブの交換作業に伴う接合作業は、マニピュレータユニットに載置されたガス導入微細管により独立で駆動して局部的な接合作業が可能であり、微細作業と同じく汎用電子顕微鏡の真空環境観察下で行なうことができるものである。また、サブプローブは、電気的機能を有するナノスケールの微小径電極であることが好ましい。
【００１７】
本発明でいうマニピュレータユニットがＴ軸および／またはＲ軸の回転が可能であるとは、マニピュレータユニットがθx軸ないしθy軸および／またはθz軸を中心に自在に上下左右に傾斜しうる構造であることをいい、試料台ユニットのθ軸の回転とは、試料台ユニットに載置されている試料台がθz軸（縦軸）回りを３６０度回転することが可能であることをいう。
【００１８】
微細領域での電気的測定を目的とした本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置に使用するデュアルプローブはデュアルプローブユニットに載置され、該デュアルプローブユニットはマニピュレータユニットに搭載されており、該マニピュレータユニットは、試料台および／または加熱機構が載置された試料台ユニットとは別個に設けられており、各々独立の動きをするものである。更に、該デュアルプローブユニットには加熱機構および接触圧検知機構が取り付けられている。
【００１９】
デュアルプローブユニットには、絶縁接合されたヒーターによる加熱機構が取付けられている。この加熱機構は、プローブ自体を加熱するのみならず、電子顕微鏡の真空環境内を浮遊する炭化水素が電子ビームにより堆積し汚染する現象（コンタミネーション）の抑制および制御をおこなうことが可能である。例えば、無誘導巻きされたタングステンヒーターやフィルムヒーターを用いることにより、０℃〜２００℃の加熱と温度コントロールが可能である。
【００２０】
また、デュアルプローブユニットには、接触圧検知機構が取付けられている。この機構は、微細作業時や測定作業時に試料やプローブにダメージを与えないようにすることが目的である。例えば、デュアルプローブに直接あるいはデュアルプローブを固定している箇所へ歪みセンサー等を貼り付けて直接接触圧を検知する。その感度は、分解能１００ｎＮ以下であることが好ましい。さらに、この接触圧検知機構により試料の強度、膜圧等を測定することも可能である。
【００２１】
本発明において、微細作業は、顕微鏡視野下でマニピュレータユニットに搭載されたデュアルプローブユニットのプローブ先端と試料台ユニットに載置された顕体試料を観察しながら、前記顕体試料と前記デュアルプローブとを自在に動かしながら行なうものである。また、上述の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置においては、デュアルプローブユニットを搭載したマニピュレータユニットが１つ又は２つ以上設置されていることが肝要である。
【００２２】
本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置のマニピュレータユニットおよび／または試料台ユニットには交換用サブプローブを載置することができる。デュアルプローブのメインプローブに接合されたサブプローブは前記交換用サブプローブとの交換が可能である。前述の通りマニピュレータユニットと試料台ユニットとは各々独立の動きをするものであるから、各々に載置されたデュアルプローブと交換用サブプローブは完全に独立した動きをするものである。従って、デュアルプローブを構成するサブプローブを他の交換用サブプローブと交換する際には、観察チャンバー内の真空を開放せず観察視野内で確認しながら交換作業を行なうことができ、効率的な時間短縮が可能である。交換用サブプローブがマニピュレータユニットに載置されている場合は、他のマニピュレータユニットに載置されたデュアルプローブのサブプローブとの交換に用いられる。
【００２３】
本発明にいうデュアルプローブとは、２種類の電極を一体化させたプローブである。その２種類の電極は、ミクロンオーダーでの作業・測定に対応したメインプローブ（マイクロプローブ）とナノオーダーでの作業・測定に対応したサブプローブ（ナノプローブ）から構成されている。各メイン・サブプローブ共に微細作業および電気的測定が可能である。特に電気的測定とは、例えば、電流・電圧の測定や印加、多数電極を使用したコンデンサ等の性能評価を指すものである。
【００２４】
上述のデュアルプローブは、ミクロンオーダー領域での電気測定を行なう場合はメインプローブで行ない、ナノオーダー微細領域での電気測定を行なう場合はメインプローブの先端に微小径材料のサブプローブを電気的機能を保ったまま取り付けて、そのサブプローブで電気的特性値の測定作業を行なう。具体的には、ミクロンオーダー領域での測定はメインプローブの先端を測定点に接触させ、この場合はサブプローブも試料に接触しているが問題は無い。ナノオーダー領域での測定の場合は、サブプローブの先端が測定点に接触するようにしてマニピュレータユニットと試料台ユニットを操作して行なう。このとき、メインプローブは試料に接触していない。
【００２５】
また、数十ｎｍクラスの回路パターンを直接測定する場合には、サブプローブの高強度特性を利用してサブプローブを回路パターンへ直接接合（ボンディング）させて必要な測定作業を行なうことができる。この場合、メインプローブと顕体試料の測定点が、サブプローブを介して接合されることとなるので、単に接触している場合と比較して、振動、ドリフト等によるノイズを無視した正確な電気測定を行なうことが可能である。このような方式で測定を行なう場合は、測定作業が終了した時点でサブプローブは切断され使い捨てとなる。
【００２６】
更に、本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置は、真空下の観察チャンバー内にてマニピュレータユニットに搭載されたガス導入用微細管からなる電子線を利用したＣＶＤ接合法等によるサブプローブの交換が可能である。メインプローブとサブプローブは、形状、太さ等の異なるものを選定して組合わせ、多様なデュアルプローブにする事ができる。特に、サブプローブは、真空環境の観察視野内で形状等の選定ができ、試料に最適なプローブを使用することが可能となる。
【００２７】
本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置のデュアルプローブは上述の如くメインプローブ（マイクロプローブ）の先端に、ナノスケールの微小径電極のサブプローブ（ナノプローブ）を、電気特性を保ったまま取り付けた構成である。メインプローブの材料は、非磁性、導電性に優れた材料、例えばタングステン、金、白金、燐青銅等であることが好ましい。また、サブプローブの材料は、ナノオーダーで高強度、電気的特性を有する材料、例えば、カーボンナノチューブ、ナノワイヤー、ナノスプリング等であることが好ましい。
【００２８】
メインプローブとサブプローブの接合は、電子顕微鏡視野下で観察しながら本発明装置で行なう。導電性接合方法については、電子線を利用したＣＶＤ接合法やコンタミ接合法、カーボンまたは金属デポ（ＣＶＤ）接合法あるいはナノ粒子接合法等を利用して行なうことができ、特に限定を受けるものではない。接合させる向きは、メインプローブの直線性を保ちながらその端部の上方にサブプローブの端部を重ね合わせるようにし、接合を行なう。即ち、接合部はメインプローブをはさんで顕体試料とは逆の位置にあるようにする。このようにして接合させれば、サブプローブは常にメインプローブの上方に存在するようになり、メインプローブを測定に用いる場合はサブプローブの接合箇所を接触させること無く測定を行なうことが可能である。
【００２９】
本発明のデュアルプローブは、デュアルプローブを保持しているデュアルプローブユニットごと、電子顕微鏡の従来の交換方式（エアロックからの交換方法）にて交換が可能である。メインプローブに接合されているサブプローブは、前述の如く、マニピュレータユニットあるいは試料台ユニットに用意している交換用サブプローブ（例えばＣＮＴ：カーボンナノチューブ）を、電子線を利用したＣＶＤ接合法やコンタミ接合法、カーボンまたは金属デポ（ＣＶＤ）接合法あるいはナノ粒子接合法等にてマニピュレータユニットに搭載されたガス導入用微細管を使用して接合する。サブプローブは、ほぼ使い捨てであり、測定再現性を保てない状態になった場合は、交換を行なう。メインプローブにおいても交換・洗浄条件は同じとする。また、顕体試料に関しても従来のエアロック開放による予備排気室等からの交換方式で行なうことができる。
【００３０】
本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置に用いるマニピュレータユニットと試料台ユニットは別個に独立した動きが可能であり、１つ又は２つ以上あるマニピュレータユニットもそれぞれ独立した動きを行なうものである。前述の動きは、マニピュレータユニットがＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向へ粗動と微動が可能でありかつＴ軸および／またはＲ軸の粗動回転が可能であり、試料台ユニットがＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向へ粗動と微動が可能でありかつθ軸の粗動回転が可能であることである。粗動はマイクロモータによる駆動、あるいは精密ネジによる手動が可能であり、微動はピエゾ等の電歪素子、超音波モータ、微動ネジあるいは超磁歪アクチュエータによる駆動等を用いて行なうことができるが、特に超音波モータあるいはピエゾ素子を用いることで駆動範囲が広く、分解能が高くなる。ここでいう粗動とは、ｍｍ単位の動き、微動とはｎｍからμｍ単位の動きを指す。
【００３１】
本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置に使用される材料は基本的には非磁性材料である。例えば、アルミ、ステンレス、パーマロイ、銅、燐青銅、チタン、セラミック等を挙げることができる。例外で磁性を有する材料を使用する場合は、その部分をパーマロイ等で磁性カバーを行なって使用する。
【００３２】
本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置を用いて、半導体デバイス等の微小部分の不良解析、性能評価等の電気的な測定作業を行なうには、顕微鏡視野下で試料台ユニットの試料台上に載置された試料と１つまたは２つ以上のマニピュレータユニット上のデュアルプローブユニットに載置されたデュアルプローブとを駆動し、デュアルプローブのメインプローブあるいはメインプローブに接合したサブプローブの先端を試料の測定位置に移動し、位置決めし必要な測定を行なう。試料は縦軸を中心とした回転を含め平面上の自在に移動が可能であり、高さ方向の変位も可能である。デュアルプローブは平面上及び高さ方向の自在な移動に加えその傾斜も変えることができるため、試料に対する相対位置および試料に接する角度も自在に変えることができる。即ち、任意の角度で、任意の位置にメインプローブあるいはメインプローブに接合したサブプローブの先端を接触させることが可能である。
【００３３】
広範囲での電気的測定を行なう場合または異なる試料にて電気的測定を行なう場合に、デュアルプローブの接触に際する、位置決め動作やプロービング動作を、画像処理を行った後にメモリに取り込んでおく。新たな作業における、位置決め動作やプロービング動作に際し、メモリに取り込んでおいた情報と、新たに取り込んだ画像の処理を行った後の情報を比較・検討し、新しい位置決め制御情報およびプロービング制御情報として、制御ＢＯＸを介してマニピュレータユニットにフィードバックを行う。つまり、測定評価を行ったデュアルプローブの位置決め情報やプロービング情報を画像情報および／または制御情報としてメモリに保存し、別の測定箇所や別の試料の電気的特性を評価する際にそのメモリに保存した情報をもとに、測定箇所や接触圧等の再現性をとれるよう支援して測定評価を実現することができる。
【００３４】
本発明においては、作業はマルチ表示機能を用いて行なうことができる。マルチ表示機能とは、以前画像処理を行った際に記録しておいた情報、例えば位置決め動作やプロービング動作および／または制御情報などを表示するとともに、現在の位置決め動作やプロービング動作のリアルタイム画像をおよび／または画像処理した後の情報を同時に表示することができる。
【００３５】
本発明のデュアルプローブは、数十ｎｍクラスの回路パターンを直接測定する場合には、上述ナノスケールの微小径電極を回路パターンへ直接電子線接合させることで、微小径電極が外部からの振動をバネ同様に吸収し、外部や内部からくる振動等のノイズの影響を解決する。また、デュアルプローブには、加熱、ｎＮクラスの接触圧検知機構を導入することで数十ｎｍクラスの回路パターンに対しても安定した電気的測定を達成することができる。
【００３６】
本発明の実施態様を、図面をもって説明する。図１は本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置の概略図である。真空チャンバー１中に単数または複数のマニピュレータユニット２と試料台ユニット３があり、いずれも固定専用ベース４上に搭載されている。５は電子顕微鏡の鏡筒である。試料台ユニット３は電子顕微鏡の視野下に置かれ、マニピュレータユニット２は必要に応じて試料台ユニット３に接近し、そのデュアルプローブの先端は電子顕微鏡の視野下に入りモニター画像に映し出される。オペレーターはモニター画像を見て手動で作業を行なうが、定型作業であれば自動で行なってもよい。
【００３７】
図２は本発明のマニピュレータユニットの説明図である。マニピュレータユニット２は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＴ軸および／またはＲ軸の回転軸方向に自在の駆動が可能な粗動ステージ６をベースとし、その上にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に微動が可能な微動ステージ７が設置されている。微動ステージ７上にはデュアルプローブユニット８が載置され、デュアルプローブユニット８にはデュアルプローブ１０が載置されている。即ち、デュアルプローブ１０は顕体試料９とは独立してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への自在な駆動およびＴ軸、Ｒ軸回り傾斜が自在に可能であり、複数のデュアルプローブ１０はあらゆる方向、あらゆる角度から顕体試料９を操作することができる。デュアルプローブ１０は、メインプローブ１１とその先端に接合されたサブプローブ１２より構成される。また、ヒーター１３はデュアルプローブ１０の近くに設置され、歪センサー１４はメインプローブ１１の基点あたりに設置される。また、マニピュレータユニット２には、ガス導入微細管１５、交換用サブプローブ１６を載せたサブプローブ台１７も搭載することが可能となっている。
【００３８】
図３は本発明の試料台ユニット３の説明図である。試料台ユニット３は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびθ軸の回転軸方向に自在の駆動が可能な粗動ステージ６'をベースとし、その上にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に微動が可能な微動ステージ７'が載置されている。微動ステージ７'上には試料台１８があり、その上に顕体試料９および交換用サブプローブ１６を載せたサブプローブ台１７が載置されている。更に試料台１８にはヒーター１９が設置されている。即ち、顕体試料９はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への自在な駆動およびθ軸回転が自在に可能である。
【００３９】
図４は本発明のデュアルプローブユニットの説明図である。デュアルプローブ１０はマニピュレータユニット上のデュアルプローブユニット８上に搭載されており、電気的導通がなされる。そのデュアルプローブ１０のメインプローブ１１の基点あたりにヒーター１３および歪センサー１４が設置されている。測定等の作業にあたってはメインプローブ１１あるいはメインプローブ１１に接合されたサブプローブ１２の先端を試料台上の試料２０の測定点へ接触させて行なう。試料台１８の上には交換用サブプローブ１６を載せたサブプローブ台１７が載置されている。サブプローブ１２を交換用サブプローブ１６と交換するには、マニピュレータユニット２と試料台ユニット３または、試料台ユニット３を使用せず上記以外のマニピュレータユニット２を操作してメインプローブ１１が交換用サブプローブ１６と直線性を保ちながら接近させ、顕微鏡の真空領域観察下で、例えば、気体、液体金属等を電子線を利用したＣＶＤ接合法を用いて接合させる。その他、電子線を利用したコンタミ接合法、カーボンまたは金属デポ（ＣＶＤ）接合法あるいはナノ粒子接合法等も有効である。
【００４０】
図５は本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置による測定作業の際のデュアルプローブの動きを示す概略図である。回路パターン２１上のミクロンオーダーの部分２２に対してはメインプローブ１１の先端を接触せしめ、ナノオーダーの部分２３に対してはサブプローブ１２の先端を接触させるようにして測定を行なう。
【００４１】
図６は本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置による作業の際の画像処理の概略を示した説明図である。基本となる位置決め環境のＳＥＭ画像データを制御ＰＣ ２６に取り込みメモリ画像（Ａ）２４とする。そのメモリ画像（Ａ）２４と実際に作業中のＳＥＭ画像（Ｂ）２５とを画像処理して比較をおこない、その差分からメモリ画像（Ａ）２４と同じ環境となるように位置制御情報を制御ＢＯＸ２７にてマニピュレータユニット２へフィードバックし、測定箇所を変えた場合での測定環境の再現性を保ちながら測定する。
【００４２】
図７は本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置によるデュアルプローブユニット評価実験の結果を示したグラフである。デュアルプローブユニットに載置されたデュアルプローブを顕体試料へ押し付けていったときの接触圧と電気的通電を測定した結果をグラフ化した。そのときの接触圧検知機構が検知した力変位の結果が２８で約1000ｎＮまでの力検出が可能であった。また、押し付けていったときに測定された電流値の結果が２９で約-15ｎＡでの測定が可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置の概略図。
【図２】本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置のマニピュレータユニットの説明図。
【図３】本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置の試料台ユニットの説明図。
【図４】本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置のデュアルプローブユニットの説明図。
【図５】本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置による測定作業の際のデュアルプローブの動きを示す概略図。
【図６】本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置による作業の際の画像処理の概略を示した説明図である。
【図７】本発明の電子顕微鏡微細作業用マニピュレーション装置によるデュアルプローブユニット評価実験の結果を示したグラフ。
【符号の説明】
【００４４】
１    真空チャンバー            ２  マニピュレータユニット
３    試料台ユニット            ４    固定専用ベース
５    電子顕微鏡の鏡筒          ６    粗動ステージ
７    微動ステージ              ８    デュアルプローブユニット
９    顕体試料                １０    デュアルプローブ
１１    メインプローブ          １２    サブプローブ
１３    ヒーター                １４    歪センサー
１５    ガス導入微細管          １６    交換用サブプローブ
１７    サブプローブ台          １８    試料台
１９    ヒーター                ２０    試料
２１    回路パターン            ２２    ミクロンオーダー
２３    ナノオーダー            ２４    メモリ画像（Ａ）
２５    ＳＥＭ画像（Ｂ）        ２６    制御ＰＣ
２７    制御ＢＯＸ              ２８    力変位の結果
２９    電流値の結果
【図１】
2006227108.tif 000003
【図２】
2006227108.tif 000004
【図３】
2006227108.tif 000005
【図４】
2006227108.tif 000006
【図５】
2006227108.tif 000007
【図６】
2006227108.tif 000008
【図７】
2006227108.tif 000009