(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料から複数の試料片を自動的に作製する自動試料片作製装置であって、
荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射光学系と、
前記試料を載置して移動する試料ステージと、
前記試料から分離および摘出した前記試料片を保持して搬送する試料片移設手段と、
前記試料片が移設され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と前記試料片とを接続する前記デポジション膜に前記荷電粒子ビームを照射して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の形状を観察し、前記試料片に接続する前の前記試料片移設手段の輪郭線に基づき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、
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こと、
を特徴とする自動試料片作製装置。
【請求項２】
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こと、
を特徴とする請求項１に記載の自動試料片作製装置。
【請求項３】
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こと、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動試料片作製装置。
【請求項４】
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こと、
を特徴とする請求項３に記載の自動試料片作製装置。
【請求項５】
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こと、を特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の自動試料片作製装置。
【請求項６】
前記輪郭情報を表示する表示装置を備えること、
を特徴とする請求項５に記載の自動試料片作製装置。
【請求項７】
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、偏心補正を行なうこと、
を特徴とする請求項１から請求項６の何れか１つに記載の自動試料片作製装置。
【請求項８】
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こと、を特徴とする請求項１から請求項７の何れか１つに記載の自動試料片作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動試料片作製装置に関する。
【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、透過電子顕微鏡など電子ビームを利用して観察、分析、および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１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０８８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術に係る装置においては、試料片の微小化に伴い、複数の試料片を精度良く均一形状に加工するために必要とされる位置精度を向上させ、試料片のサンプリング動作を適正に自動化する技術が実現できていない。
なお、本明細書で用いる「サンプリング」とは、試料に荷電粒子ビームを照射することによって作製した試料片を摘出して、その試料片を観察、分析、および計測などの各種工程に適した形状に加工することを指し、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。
【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化することが可能な自動試料片作製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】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る自動試料片作製装置は、試料から複数の試料片を自動的に作製する自動試料片作製装置であって、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射光学系と、前記試料を載置して移動する試料ステージと、前記試料から分離および摘出した前記試料片を保持して搬送する試料片移設手段と、前記試料片が移設され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と前記試料片とを接続する前記デポジション膜に前記荷電粒子ビームを照射して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の形状を観察し、前記試料片に接続する前の前記試料片移設手段の輪郭線に基づき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、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。
【０００７】
（２）上記（１）に記載の自動試料片作製装置では、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。
【０００８】
（３）上記（１）または（２）に記載の自動試料片作製装置では、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。
【０００９】
（４）上記（１）から（３）の何れか１つに記載の自動試料片作製装置では、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。
【００１０】
（５）上記（４）に記載の自動試料片作製装置では、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。
【００１１】
（６）上記（１）から（５）の何れか１つに記載の自動試料片作製装置では、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。
【００１２】
（７）上記（６）に記載の自動試料片作製装置では、前記輪郭情報を表示する表示装置を備える。
【００１３】
（８）上記（１）から（７）の何れか１つに記載の自動試料片作製装置では、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。
【００１４】
（９）上記（１）から（８）の何れか１つに記載の自動試料片作製装置では、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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の自動試料片作製装置によれば、イオンビームによる試料の加工によって形成された試料片を摘出して試料片ホルダに移設させる動作を自動化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の試料に形成された試料片を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る自動試料片作製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自動試料片作製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自動試料片作製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自動試料片作製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７】本発明の実施形態に係る自動試料片作製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８】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の動作を示すフローチャートのうち、特に、ニードルミリング工程のフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の集束イオンビームにより得られるニードルの先端のテンプレートを示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られるニードルの先端のテンプレートを示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードルの先端を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおけるニードルの先端を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードルの先端および試料片を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおけるニードルの先端および試料片を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードルおよび試料片の接続加工位置を含む加工枠を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料および試料片の支持部の切断加工位置Ｔ１を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルを退避させた状態を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルに対してステージを退避させた状態を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおける柱状部の試料片の取り付け位置を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける柱状部の試料片の取り付け位置を示す図である。
【図２１】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料台の試料片の取り付け位置周辺で移動停止したニードルを示す図である。
【図２２】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける試料台の試料片の取り付け位置周辺で移動停止したニードルを示す図である。
【図２３】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードルに接続された試料片を試料台に接続するための加工枠を示す図である。
【図２４】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードルと試料片とを接続するデポジション膜を切断するための切断加工位置を示す図である。
【図２５】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードルを退避させた状態を示す図である。
【図２６】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおけるニードルを退避させた状態を示す図である。
【図２７】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードルの先端形状を示す図である。
【図２８】図２７に示す画像にミリングすべき加工枠を重ね表示した図である。
【図２９】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置において、集束イオンビーム照射によって得られる画像を基にした柱状部と試料片の位置関係を示す説明図である。
【図３０】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置において、電子ビーム照射によって得られる画像を基にした柱状部と試料片の位置関係を示す説明図である。
【図３１】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置において、電子ビーム照射によって得られる画像を基にした柱状部と試料片のエッジを利用したテンプレートを示す説明図である。
【図３２】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置において、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３３】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルの回転角度０°でのアプローチモードの状態を示す図である。
【図３４】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルの回転角度０°でのアプローチモードの状態を示す図である。
【図３５】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルの回転角度９０°でのアプローチモードの状態を示す図である。
【図３６】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルの回転角度９０°でのアプローチモードの状態を示す図である。
【図３７】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルの回転角度１８０°でのアプローチモードの状態を示す図である。
【図３８】本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片が接続されたニードルの回転角度１８０°でのアプローチモードの状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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自動試料片作製装置について添付図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０ａを備える自動試料片作製装置１０の構成図である。本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置１０は、荷電粒子ビーム装置１０ａを備えている。荷電粒子ビーム装置１０ａは、図１に示すように、内部を真空状態に維持可能な試料室１１と、試料室１１の内部において試料Ｓおよび試料片ホルダＰを固定可能なステージ１２と、ステージ１２を駆動するステージ駆動機構１３と、を備えている。荷電粒子ビーム装置１０ａは、試料室１１の内部における所定の照射領域（つまり走査範囲）内の照射対象に集束イオンビーム（ＦＩＢ）を照射する集束イオンビーム照射光学系１４を備えている。荷電粒子ビーム装置１０ａは、試料室１１の内部における所定の照射領域内の照射対象に電子ビーム（ＥＢ）を照射する電子ビーム照射光学系１５を備えている。荷電粒子ビーム装置１０ａは、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１０ａは、照射対象の表面にガスＧを供給するガス供給部１７を備えている。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１０ａ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、を備えている。このニードル１８とニードル駆動機構１９を合わせて試料片移設手段と呼ぶこともある。荷電粒子ビーム装置１０ａは、検出器１６によって検出された二次荷電粒子Ｒに基づく画像データなどを表示する表示装置２０と、コンピュータ２１と、入力デバイス２２と、を備えている。
なお、集束イオンビーム照射光学系１４および電子ビーム照射光学系１５の照射対象は、ステージ１２に固定された試料Ｓ、試料片Ｑ、および照射領域内に存在するニードル１８や試料片ホルダＰなどである。
【００１９】
この実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０ａは、照射対象の表面に集束イオンビームを走査しながら照射することによって、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１０ａは、試料Ｓから透過型電子顕微鏡による透過観察用の試料片Ｑ（例えば、薄片試料、針状試料など）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１０ａは、試料片ホルダＰに移設された試料片Ｑを、透過型電子顕微鏡による透過観察に適した所望の厚さ（例えば、５〜１００ｎｍなど）の薄膜とする加工を実行可能である。荷電粒子ビーム装置１０ａは、試料片Ｑおよびニードル１８などの照射対象の表面に集束イオンビームまたは電子ビームを走査しながら照射することによって、照射対象の表面の観察を実行可能である。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０ａ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。
【００２１】
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２１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。
【００２２】
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２１から出力される制御信号に応じてステージ１２を所定軸に対して変位させる。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チルト機構１３ｂと、ステージ１２をＺ軸周りに回転させる回転機構１３ｃと、を備えている。
【００２３】
集束イオンビーム照射光学系１４は、試料室１１の内部においてビーム出射部（図示略）を、照射領域内のステージ１２の鉛直方向上方の位置でステージ１２に臨ませるとともに、光軸を鉛直方向に平行にして、試料室１１に固定されている。これによって、ステージ１２に固定された試料Ｓ、試料片Ｑ、および照射領域内に存在するニードル１８などの照射対象に鉛直方向上方から下方に向かい集束イオンビームを照射可能である。
集束イオンビーム照射光学系１４は、イオンを発生させるイオン源１４ａと、イオン源１４ａから引き出されたイオンを集束および偏向させるイオン光学系１４ｂと、を備えている。イオン源１４ａおよびイオン光学系１４ｂは、コンピュータ２１から出力される制御信号に応じて制御され、集束イオンビームの照射位置および照射条件などがコンピュータ２１によって制御される。イオン源１４ａは、例えば、液体ガリウムなどを用いた液体金属イオン源、プラズマ型イオン源、ガス電界電離型イオン源などである。イオン光学系１４ｂは、例えば、コンデンサレンズなどの第１静電レンズと、静電偏向器と、対物レンズなどの第２静電レンズと、などを備えている。
【００２４】
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２１から出力される制御信号に応じて制御され、電子ビームの照射位置および照射条件などがコンピュータ２１によって制御される。電子光学系１５ｂは、例えば、電磁レンズと偏向器となどを備えている。
【００２５】
なお、電子ビーム照射光学系１５と集束イオンビーム照射光学系１４の配置を入れ替え、電子ビーム照射光学系１５を鉛直方向に、集束イオンビーム照射光学系１４を鉛直方向に所定角度傾斜した傾斜方向に配置してもよい。
【００２６】
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ときに照射対象から放射される二次荷電粒子（二次電子および二次イオン）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。
【００２７】
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、Ｓｉ系の試料Ｓに対するフッ化キセノンと、有機系の試料Ｓに対する水と、などのエッチング用ガスを、集束イオンビームの照射と共に試料Ｓに供給することによって、エッチングを選択的に促進させる。また、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。
【００２８】
ニードル駆動機構１９は、ニードル１８が接続された状態で試料室１１の内部に収容されており、コンピュータ２１から出力される制御信号に応じてニードル１８を変位させる。ニードル駆動機構１９は、ステージ１２と一体に設けられており、例えばステージ１２がチルト機構１３ｂによってチルト軸（つまり、Ｘ軸またはＹ軸）周りに回転すると、ステージ１２と一体に移動する。ニードル駆動機構１９は、３次元座標軸の各々に沿って平行にニードル１８を移動させる移動機構（図示略）と、ニードル１８の中心軸周りにニードル１８を回転させる回転機構（図示略）と、を備えている。なお、この３次元座標軸は、試料ステージの直交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。
【００２９】
コンピュータ２１は、試料室１１の外部に配置され、表示装置２０と、操作者の入力操作に応じた信号を出力するマウスおよびキーボードなどの入力デバイス２２とが接続されている。
コンピュータ２１は、入力デバイス２２から出力される信号または予め設定された自動運転制御処理によって生成される信号などによって、荷電粒子ビーム装置１０ａの動作を統合的に制御する。
【００３０】
コンピュータ２１は、荷電粒子ビームの照射位置を走査しながら検出器１６によって検出される二次荷電粒子Ｒの検出量を、照射位置に対応付けた輝度信号に変換して、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２１は、荷電粒子ビームの照射位置を走査しながらニードル１８に流れる吸収電流を検出することによって、吸収電流の２次元位置分布（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２１は、生成した各画像データとともに、各画像データの拡大、縮小、移動、および回転などの操作を実行するための画面を、表示装置２０に表示させる。コンピュータ２１は、自動的なシーケンス制御におけるモード選択および加工設定などの各種の設定を行なうための画面を、表示装置２０に表示させる。
【００３１】
本発明の実施形態による荷電粒子ビーム装置１０ａは上記構成を備えており、次に、この荷電粒子ビーム装置１０ａの動作について説明する。
【００３２】
以下、コンピュータ２１が実行する自動試料サンプリングの動作、つまり荷電粒子ビーム（集束イオンビーム）による試料Ｓの加工によって形成された試料片Ｑを自動的に試料片ホルダＰに移動させる動作について、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、ニードルトリミング工程に大別して、順次説明する。
【００３３】
＜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１０ａによる自動試料作製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２１は、自動シーケンスの開始時に操作者の入力に応じて後述する姿勢制御モードの有無等のモード選択、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）などを行なう（ステップＳ０１０）。
【００３４】
次に、コンピュータ２１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２１は、操作者によってステージ１２のホルダ固定台１２ａに設置される試料片ホルダＰの位置登録処理を行なう（ステップＳ０２０）。コンピュータ２１は、サンプリングプロセスの最初に柱状部３４のテンプレートを作成する。コンピュータ２１は、柱状部３４毎にテンプレートを作成する。コンピュータ２１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２１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２１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。
【００３５】
コンピュータ２１は、試料片ホルダＰの位置登録処理を、後述する試料片Ｑの移動に先立って行な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２１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２１は、微調整の動作として、荷電粒子ビーム（集束イオンビームおよび電子ビームの各々）の照射により生成する各画像データから、事前に試料台３３の設計形状（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２１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。
【００３６】
ホルダ固定台１２ａに複数個の試料片ホルダＰが設置されている場合、各試料片ホルダＰの位置座標、該当試料片ホルダＰの画像データを各試料片ホルダＰに対するコード番号と共に記録し、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２１は、この位置登録処理を、自動試料サンプリングを実施する試料片Ｑの数の分だけ、順次、実施してもよい。
そして、コンピュータ２１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２１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。
【００３７】
次に、コンピュータ２１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２１は、認識したレファレンスマークＲｅｆを用いて、既知であるレファレンスマークＲｅｆと試料片Ｑとの相対位置関係から試料片Ｑの位置を認識して、試料片Ｑの位置を観察視野に入るようにステージ移動する（ステップＳ０３０）。
次に、コンピュータ２１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Ｓ０４０）。
【００３８】
次に、コンピュータ２１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Ｓ０５０）。
次に、コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を初期設定位置に移動させる。初期設定位置は、例えば、予め設定されている視野領域内の所定位置などであって、視野領域内で位置合わせが完了した試料片Ｑの周辺の所定位置などである。コンピュータ２１は、ニードル１８を初期設定位置に移動させた後に、ガス供給部１７先端のノズル１７ａを試料片Ｑの周辺の所定位置に接近、例えばステージ１２の鉛直方向上方の待機位置から下降させる（ステップＳ０６０）。
コンピュータ２１は、ニードル１８を移動させる際に、試料片Ｑを形成する自動加工の実行時に試料Ｓに形成されたレファレンスマークＲｅｆを用いて、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。
【００３９】
次に、コンピュータ２１は、ニードル１８を試料片Ｑに接触させる処理として、以下の処理を行なう。
先ず、コンピュータ２１は、吸収電流画像モードに切り替え、ニードル１８の位置を認識する（ステップＳ０７０）。コンピュータ２１は、荷電粒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に流れ込む吸収電流を検出し、複数の異なる方向から照射した荷電粒子ビームによる吸収電流画像データを生成する。吸収電流画像には、ニードル１８と背景を誤認することが無く、確実にニードル１８のみを認識できるメリットがある。コンピュータ２１は、集束イオンビームの照射によってＸＹ平面（集束イオンビームの光軸に垂直な平面）の吸収電流画像データを取得し、電子ビームの照射によってＸＹＺ平面（電子ビームの光軸に垂直な平面）の吸収電流画像データを取得する。コンピュータ２１は、２つの異なる方向から取得した各吸収電流画像データを用いて３次元空間でのニードル１８の先端位置が検出できる。
ここで、ニードル１８の形状を判定する（ステップＳ０７５）。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Ｓ０８０に進み、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は、ステップＳ３００に飛び、ステップＳ０８０以降の全ステップは実行せずに自動試料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Ｓ０７５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Ｓ０７５において、ニードル形状が不良と判断した場合、表示装置２０に『ニードル不良』等と表示して（ステップＳ０７９）、装置の操作者に警告する。
なお、コンピュータ２１は、検出したニードル１８の先端位置を用いて、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。
【００４０】
次に、コンピュータ２１は、検出したニードル１８の先端位置を用いて、ニードル１８の先端形状に対するテンプレートマッチング用のテンプレートとしてレファレンス画像データを取得する（ステップＳ０８０）。図９は集束イオンビームにより得られるニードル１８の先端のテンプレートを示す図であり、図１０は電子ビームにより得られるニードル１８の先端のテンプレートを示す図である。ここで、図９と図１０で、ニードル１８の向きが異なるのは、集束イオンビーム照射光学系１４と電子ビーム照射光学系１５と検出器１６の位置関係と、二次電子による画像の表示向きの違いに拠るもので、同一のニードル１８を、観察方向を違えて見ているためである。コンピュータ２１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を視野領域外に退避させた状態で、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）をニードル１８に走査しながら照射する。コンピュータ２１は、荷電粒子ビームの照射によってニードル１８から放出される二次荷電粒子（二次電子または二次イオン）Ｒの複数の異なる平面内での位置分布を示す各画像データを取得する。コンピュータ２１は、集束イオンビームの照射によってＸＹ平面の画像データを取得し、電子ビームの照射によってＸＹＺ平面（電子ビームの光軸に垂直な平面）の画像データを取得する。コンピュータ２１は、集束イオンビームおよび電子ビームによる画像データを取得し、テンプレート（レファレンス画像データ）として記憶する。
コンピュータ２１は、粗調整および微調整によりニードル１８を移動させる直前に実際に取得する画像データをレファレンス画像データとするので、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２１は、ステージ１２を退避させ、背景に複雑な構造物が無い状態で各画像データを取得するので、バックグラウンドの影響を排除したニードル１８の形状が明確に把握できるテンプレート（レファレンス画像データ）を取得することができる。
【００４１】
なお、コンピュータ２１は、各画像データを取得する際に、対象物の認識精度を増大させるために予め記憶した好適な倍率、輝度、コントラスト等の画像取得条件を用いる。
また、コンピュータ２１は、二次荷電粒子Ｒによる画像データをレファレンス画像とする代わりに、吸収電流画像データをレファレンス画像としてもよい。この場合、コンピュータ２１は、ステージ１２を駆動して試料片Ｑを視野領域から退避させることなしに、２つの異なる平面に対して各吸収電流画像データを取得してもよい。
【００４２】
＜試料片ピックアップ工程＞
図６は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０ａによる自動試料片作製の動作のうち、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。
コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を移動させるニードル移動（粗調整）を実行する（ステップＳ０９０）。コンピュータ２１は、試料Ｓに対する集束イオンビームおよび電子ビーム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２１は、認識したレファレンスマークＲｅｆを用いてニードル１８の移動目標位置ＡＰを設定する。コンピュータ２１は、移動目標位置ＡＰを、ニードル１８と試料片Ｑとをデポジション膜によって接続する加工を行なうために必要とされる位置とし、試料片Ｑの形成時の加工枠Ｆに対して所定の位置関係を対応付けている。コンピュータ２１は、集束イオンビームの照射によって試料Ｓに試料片Ｑを形成する際の加工枠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２１は、認識したレファレンスマークＲｅｆを用いて、レファレンスマークＲｅｆと加工枠Ｆと移動目標位置（試料片Ｑ上の所定位置）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２１は、ニードル１８を３次元的に移動させる際に、例えば、先ずＸ方向およびＹ方向で移動させ、次にＺ方向に移動させる。
【００４３】
図１１及び図１２はこの様子を示しており、特に、図１１は、集束イオンビームによる画像データにおけるニードル１８の先端を示す図であり、図１２は、電子ビームにより得られる画像データにおけるニードル１８の先端を示す図である。なお、図１１と図１２で、ニードル１８の向きが異なる理由は、図９、図１０で説明したとおりである。
また、図１２においては、２本のニードル１８ａ、１８ｂが表示されているが、ニードル移動の状況を示すために、同じ視野について移動前後のニードル先端位置の画像データを重ねて表示したもので、ニードル１８ａと１８ｂとは同一のニードル１８である。
【００４４】
なお、上述の処理では、コンピュータ２１は、レファレンスマークＲｅｆを用いて、レファレンスマークＲｅｆと加工枠Ｆと移動目標位置ＡＰとの相対的な位置関係を用いて、ニードル１８の先端位置を移動目標位置ＡＰに向かい３次元空間内で移動させるとしたが、これに限定されない。コンピュータ２１は、加工枠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。
【００４５】
次に、コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を移動させるニードル移動（微調整）を実行する（ステップＳ１００）。コンピュータ２１は、レファレンス画像データを用いたパターンマッチングを繰り返して、ニードル１８の先端位置を把握しながら、ニードル１８を移動させる。コンピュータ２１は、ニードル１８に荷電粒子ビーム（集束イオンビームおよび電子ビームの各々）を照射して、荷電粒子ビームによる各画像データを繰り返し取得する。コンピュータ２１は、取得した画像データに対して、レファレンス画像データを用いたパターンマッチングを行なうことによってニードル１８の先端位置を取得する。コンピュータ２１は、取得したニードル１８の先端位置と移動目標位置とに応じてニードル１８を３次元空間内で移動させる。
【００４６】
次に、コンピュータ２１は、ニードル１８の移動を停止させる処理を行なう（ステップＳ１１０）。コンピュータ２１は、移動目標位置を含む照射領域に荷電粒子ビームを照射した状態でニードル１８を移動させて、ニードル１８に流れる吸収電流が所定電流を超えたと判断した時に、ニードル駆動機構１９によるニードル１８の駆動を停止させる。これによりコンピュータ２１は、ニードル１８の先端位置を、試料片Ｑの支持部Ｑａの反対側の側部に近接した移動目標位置ＡＰに配置する。図１３および図１４は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードル１８の先端および試料片Ｑを示す図（図１３）、および、電子ビームにより得られる画像データにおけるニードル１８の先端および試料片Ｑを示す図（図１４）である。なお、図１３および図１４は、図１１および図１２同様、集束イオンビームと電子ビームで観察方向が異なることに加え、観察倍率が異なっているが、観察対象とニードル１８は同一である。
【００４７】
次に、コンピュータ２１は、ニードル１８を試料片Ｑに接続する処理を行なう（ステップＳ１２０）。コンピュータ２１は、試料ＳのレファレンスマークＲｅｆを用いて、予め設定されている接続加工位置を指定する。コンピュータ２１は、接続加工位置を試料片Ｑから所定間隔だけ離れた位置とする。コンピュータ２１は、所定間隔の上限を１μｍとし、好ましくは、所定間隔を１００ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下とする。コンピュータ２１は、所定時間に亘って、接続加工位置に設定した加工枠Ｒ１を含む照射領域に集束イオンビームを照射しつつ、試料片Ｑおよびニードル１８の先端表面にガス供給部１７によってガスを供給する。これによりコンピュータ２１は、試料片Ｑおよびニードル１８をデポジション膜（図１５から図２５では図示略。図２６に符号ＤＭ２として図示）により接続する。
このステップＳ１２０では、コンピュータ２１は、ニードル１８を試料片Ｑに直接接触させずに僅か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、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、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が切断されることを防止できる。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１５は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおける、ニードル１８および試料片Ｑの接続加工位置を含む加工枠Ｒ１（デポジション膜形成領域）を示す図である。
【００４８】
コンピュータ２１は、ニードル１８を試料片Ｑに接続する際には、後にニードル１８に接続された試料片Ｑを試料片ホルダＰに移設するときに選択される各アプローチモードに適した接続姿勢を設定する。コンピュータ２１は、後述する複数（例えば、３つ）の異なるアプローチモードの各々に対応して、ニードル１８と試料片Ｑとの相対的な接続姿勢を設定する。
【００４９】
なお、コンピュータ２１は、ニードル１８の吸収電流の変化を検出することによって、デポジション膜による接続状態を判定してもよい。コンピュータ２１は、ニードル１８の吸収電流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た場合に、所定時間の経過有無にかかわらずに、デポジション膜の形成を停止してもよい。
【００５０】
次に、コンピュータ２１は、試料片Ｑと試料Ｓとの間の支持部Ｑａを切断する処理を行なう（ステップＳ１３０）。コンピュータ２１は、試料Ｓに形成されているレファレンスマークを用いて、予め設定されている支持部Ｑａの切断加工位置Ｔ１を指定する。コンピュータ２１は、所定時間に亘って、切断加工位置Ｔ１に集束イオンビームを照射することによって、試料片Ｑを試料Ｓから分離する。図１６は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料Ｓおよび試料片Ｑの支持部Ｑａの切断加工位置Ｔ１を示す図である。
コンピュータ２１は、試料Ｓとニードル１８との導通を検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２１は、切断加工の終了後、つまり切断加工位置Ｔ１での試料片Ｑと試料Ｓとの間の支持部Ｑａの切断が完了した後に、試料Ｓとニードル１８との導通を検知した場合には、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２１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２０への表示または警告音により報知する（ステップＳ１３６）。そして、これ以降の処理の実行を停止する、またはニードルトリミングを行い、次のサンプリングを実施する。一方、コンピュータ２１は、試料Ｓとニードル１８との導通を検知しない場合には、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。
【００５１】
次に、コンピュータ２１は、ニードル退避の処理を行なう（ステップＳ１４０）。コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を所定距離（例えば、５μｍなど）だけ鉛直方向上方（つまりＺ方向の正方向）に上昇させる。図１７は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置１０の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片Ｑが接続されたニードル１８を退避させた状態を示す図である。
次に、コンピュータ２１は、ステージ退避の処理を行なう（ステップＳ１５０）。コンピュータ２１は、図１８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２１は、ステージ１２を所定距離だけ下降させた後に、ガス供給部１７のノズル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１８は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置１０の電子ビームにより得られる画像データにおける試料片Ｑが接続されたニードル１８に対してステージ１２を退避させた状態を示す図である。
【００５２】
次に、コンピュータ２１は、相互に接続されたニードル１８および試料片Ｑの背景に構造物がない場所にニードル１８を移動させる。これは後続するニードル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２１は、ステージ１２を予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。
【００５３】
コンピュータ２１は、ニードルおよび試料片のテンプレート作成を実行する（ステップＳ１７０）。コンピュータ２１は、試料片Ｑが固定されたニードル１８を必要に応じて回転させた姿勢状態（つまり、試料台３３の柱状部３４に試料片Ｑを接続する姿勢）のニードル１８および試料片Ｑのテンプレートを作成する。これによりコンピュータ２１は、ニードル１８の回転に応じて、集束イオンビームおよび電子ビームの各々により得られる画像データから３次元的にニードル１８および試料片Ｑのエッジ（輪郭）を認識する。なお、コンピュータ２１は、ニードル１８の回転角度０°でのアプローチモードにおいては、電子ビームを必要とせずに、集束イオンビームにより得られる画像データからニードル１８および試料片Ｑのエッジ（輪郭）を認識してもよい。
コンピュータ２１は、ニードル１８および試料片Ｑの背景に構造物がないようにステージ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。
【００５４】
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２１は、試料片Ｑおよび試料片Ｑが接続されたニードル１８の先端形状に対するテンプレートマッチング用のテンプレート（レファレンス画像データ）を取得する。コンピュータ２１は、照射位置を走査しながらニードル１８に荷電粒子ビーム（集束イオンビームおよび電子ビームの各々）を照射する。コンピュータ２１は、荷電粒子ビームの照射によってニードル１８から放出される二次荷電粒子Ｒの複数の異なる平面内での位置分布を示す各画像データを取得する。コンピュータ２１は、集束イオンビームの照射によって集束イオンビーム光軸に垂直な面の画像データを取得し、電子ビームの照射によって電子ビームの光軸に垂直な面の画像データを取得する。コンピュータ２１は、２つの異なる方向から取得した各画像データをテンプレート（レファレンス画像データ）として記憶する。
コンピュータ２１は、集束イオンビーム加工により実際に形成された試料片Ｑおよび試料片Ｑが接続されたニードル１８に対して実際に取得する画像データをレファレンス画像データとするので、試料片Ｑおよびニードル１８の形状によらずに、精度の高いパターンマッチングを行うことができる。
なお、コンピュータ２１は、各画像データを取得する際に、試料片Ｑおよび試料片Ｑが接続されたニードル１８の形状の認識精度を増大させるために予め記憶した好適な倍率、輝度、コントラスト等の画像取得条件を用いる。
【００５５】
次に、コンピュータ２１は、ニードル退避の処理を行なう（ステップＳ１８０）。コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を所定距離だけ移動させる。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。
【００５６】
次に、コンピュータ２１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１９および図２０はこの様子を示しており、特に図１９は、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データであって、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２０は、電子ビームにより得られる画像データであって、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。
【００５７】
次に、コンピュータ２１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、予期せぬ事故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。
そしてコンピュータ２１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。
【００５８】
＜試料片マウント工程＞
図７は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０ａによる自動試料片作製の動作のうち、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２１は、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射により生成する各画像データを用いて、上述したステップ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２１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２１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２１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。
【００５９】
なお、コンピュータ２１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。
また、コンピュータ２１は、ステージ１２を移動した後に実施する柱状部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２１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２１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２０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。
【００６０】
コンピュータ２１は、電子ビームの照射により認識した取り付け位置と集束イオンビームの照射により認識した取り付け位置とが一致するように、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２１は、試料片Ｑの取り付け位置Ｕが視野領域の視野中心（加工位置）に一致するように、ステージ駆動機構１３によってステージ１２を駆動する。
次に、柱状部３４の画像を取得し、その画像の良否を判定する。（ステップＳ２１５）。画像は後続ステップで利用するテンプレートとするために、例えば、その画像からエッジ部を抽出した画像処理図の明瞭さの観点から、画像の良否を判断する。該当画像に問題が無ければ次のステップＳ２２０に移り、不良であれば再度ステップＳ２１５にて、この柱状部３４の画像を取得し、その画像の良否を判定する動作を繰り返す。
【００６１】
次に、コンピュータ２１は、ニードル１８に接続された試料片Ｑを試料片ホルダＰに接触させる処理として、以下のステップＳ２２０〜ステップＳ２５０の処理を行なう。
先ず、コンピュータ２１は、ニードル１８の位置を認識する（ステップＳ２２０）。コンピュータ２１は、照射位置を走査しながらニードル１８に荷電粒子ビームを照射することによってニードル１８に流れる吸収電流を検出し、複数の異なる平面に対する吸収電流の２次元位置分布を示す吸収電流画像データを生成する。コンピュータ２１は、集束イオンビームの照射によってＸＹ平面の吸収電流画像データを取得し、電子ビームの照射によってＸＹＺ平面（電子ビームの光軸に垂直な平面）の画像データを取得する。コンピュータ２１は、２つの異なる平面に対して取得した各吸収電流画像データを用いて３次元空間でのニードル１８の先端位置を検出する。
なお、コンピュータ２１は、検出したニードル１８の先端位置を用いて、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。
【００６２】
次に、コンピュータ２１は、試料片マウント工程を実行する。先ず、コンピュータ２１は、ニードル１８に接続された試料片Ｑの位置を正確に認識するために、テンプレートマッチングを実施する。コンピュータ２１は、予めニードルおよび試料片のテンプレート作成工程において作成した相互に接続されたニードル１８および試料片Ｑのテンプレートを用いて、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射により得られる各画像データにおいてテンプレートマッチングを実施する。
なお、コンピュータ２１は、このテンプレートマッチングにおいて画像データの所定の領域（少なくともニードル１８および試料片Ｑを含む領域）からエッジ（輪郭）を抽出する際には、抽出したエッジを表示装置２０に表示する。また、コンピュータ２１は、テンプレートマッチングにおいて画像データの所定の領域（少なくともニードル１８および試料片Ｑを含む領域）からエッジ（輪郭）を抽出することができない場合には、画像データを再度取得する。
そして、コンピュータ２１は、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射により得られる各画像データにおいて、相互に接続されたニードル１８および試料片Ｑのテンプレートと、試料片Ｑの取付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２１は、最終的にステージ１２に平行な平面内での移動のみによって試料片Ｑを、試料片Ｑの取付対象である柱状部３４に移設する。
【００６３】
この試料片マウント工程において、先ず、コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を移動させるニードル移動を実行する（ステップＳ２３０）。コンピュータ２１は、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射により得られる各画像データにおいて、ニードル１８および試料片Ｑのテンプレートと、柱状部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２１は、計測した相対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。
【００６４】
次に、コンピュータ２１は、試料片マウント工程を実行する。コンピュータ２１は、柱状部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。コンピュータ２１は、柱状部３４と試料片Ｑとの間に隙間Ｌ１を空けてニードル１８を停止させる。コンピュータ２１は、この隙間Ｌ１を１μｍ以下とし、好ましくは、隙間Ｌ１を１００ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下とする。この隙間Ｌ１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。この隙間Ｌ１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２１は、この隙間Ｌ１を設ける際に、一度、柱状部３４に試料片Ｑを接触させてから、隙間Ｌ１を空けてもよい。また、コンピュータ２１は、柱状部３４とニードル１８と間の導通を検知する代わりに、柱状部３４およびニードル１８の吸収電流像を検知することによって両者の隙間を設けてもよい。
コンピュータ２１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２１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の吸収電流像を検知するように処理を切り替える。
また、コンピュータ２１は、柱状部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。
【００６５】
この試料片マウント検知工程において、先ず、コンピュータ２１は、ニードル１８の移動を停止させる処理を行なう（ステップＳ２４０）。図１９および図２０はこの様子を示しており、特に図１９は、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおける柱状部３４の試料片Ｑの取り付け位置Ｕ（マーカＭの中心）近傍で移動停止したニードル１８を示しており、図２０は、図１９と同じ場面の電子ビームによる画像の模式図である。ここで、試料片Ｑの見かけ上の上端部は柱状部３４の上端部に揃うように位置付けることで、後の工程で試料片Ｑを追加加工する場合に好都合である。
【００６６】
次に、コンピュータ２１は、ニードル１８に接続された試料片Ｑを柱状部（ピラー）３４に接続する処理を行なう（ステップＳ２５０）。図２１、図２２は、それぞれ図１９、図２０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２１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、隙間Ｌ１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２１は、隙間Ｌ１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のエッジを含むように加工枠Ｒ２を設定する。コンピュータ２１は、試料片Ｑおよび柱状部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、隙間Ｌ１が埋まり試料片Ｑと柱状部３４は接続される。
【００６７】
コンピュータ２１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（隙間Ｌ１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、隙間Ｌ１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２１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）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２１は、柱状部３４と試料片Ｑの隙間距離、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。
また、本自動試料片作製装置１０を操作者が操作する場合には、集束イオンビームによる画像から目視で両者の接続を判断してもよい。
コンピュータ２１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自動試料片作製装置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。
【００６８】
なお、ステップＳ２５５においては、コンピュータ２１は、ニードル１８の吸収電流の変化を検出することによって、デポジション膜ＤＭ１による接続状態を判定してもよい。コンピュータ２１は、ニードル１８の吸収電流の変化に応じて試料片Ｑおよび柱状部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、ニードルを退避させる動作に移る（ステップＳ２７０）。この場合、ニードル先端の試料片Ｑは集束イオンビームによって破棄され、ニードル１８は先鋭化される（ステップＳ２９０）。
【００６９】
次に、コンピュータ２１は、ニードル１８と試料片Ｑとを接続するデポジション膜ＤＭ２を切断して、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自動試料片作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおけるニードル１８と試料片Ｑとを接続するデポジション膜ＤＭ２を切断するための切断加工位置Ｔ２を示す図である。コンピュータ２１は、柱状部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までの距離Ｌ１と、試料片Ｑの大きさＬ２との和）Ｌだけ離れた位置を切断加工位置Ｔ２に設定する。
コンピュータ２１は、所定時間に亘って、切断加工位置Ｔ２に集束イオンビームを照射することによって、ニードル１８を試料片Ｑから分離できる。コンピュータ２１は、所定時間に亘って、切断加工位置Ｔ２に集束イオンビームを照射することによって、デポジション膜のみを切断して、ニードル１８を切断することなくニードル１８を試料片Ｑから分離することが、このステップＳ２６０で重要である。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試料サンプリングを行なうことができる。図２４は、この様子を示しており、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置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。
なお、コンピュータ２１は、ニードル１８を試料片Ｑから分離する際に、ニードル１８と試料片Ｑとを接続するデポジション膜ＤＭ２を切断する代わりに、試料片Ｑの一部を切断することによって、この一部とともにデポジション膜ＤＭ２およびニードル１８を試料片Ｑ（つまり切断した一部以外の部位）から分離してもよい。
【００７０】
コンピュータ２１は、試料片ホルダＰとニードル１８との導通を検出することによって、ニードル１８が試料片Ｑから切り離されたか否かを判定する（ステップＳ２６５）。コンピュータ２１は、切断加工の終了後、つまり切断加工位置Ｔ２でのニードル１８と試料片Ｑとの間のデポジション膜を切断するために、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２１は、ニードル１８が試料片ホルダＰから切り離されていないと判定した場合には、このニードル１８と試料片Ｑとの分離が完了していないことを表示装置２０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、またはニードルトリミングを行い、次のサンプリングを実施する。一方、コンピュータ２１は、試料片ホルダＰとニードル１８との導通を検出しない場合には、ニードル１８が試料片Ｑから切り離されたと判定し、これ以降の処理の実行を継続する。
【００７１】
次に、コンピュータ２１は、ニードル退避の処理を行なう（ステップＳ２７０）。コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を試料片Ｑから所定距離だけ遠ざける。例えば、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ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自動試料片作製装置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。
【００７２】
次に、コンピュータ２１は、ステージ退避の処理を行なう（ステップＳ２８０）。このステップＳ２８０は、後続するニードル先鋭化に先立ち、ニードル先鋭化加工時に、集束イオンビームがニードル１８を照射した際に発生するスパッタ粒子が試料Ｓに付着したり、ニードル１８周辺を通り過ぎた集束イオンビームが試料Ｓを照射したりして、貴重な試料Ｓを無駄に損傷させないようにステージ１２をニードル先鋭化位置から退避させる動作である。また、ニードル画像とテンプレートのマッチングを確実に行なうためでもある。コンピュータ２１は、ステージ駆動機構１３によってステージ１２を現状位置から所定距離、例えば、５ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍだけ鉛直方向下方（つまりＺ方向の負方向）に下降させる。もしくは、予め定めた集束イオンビームが試料Ｓを直接照射しない位置に移動させる。コンピュータ２１は、ステージ１２を所定距離だけ下降させた後に、ガス供給部１７の先端のノズル１７ａを現状の位置から遠ざける。例えば、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍなどステージ１２から鉛直方向上方に、もしくは、ニードル軸方向に、もしくは予め定めたニードル１８の退避位置に遠ざける。
【００７３】
＜ニードルトリミング工程＞
図８は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０ａによる自動試料片作製動作のうちニードル１８をトリミングする工程の流れを示すフローチャートである。
ニードルトリミングは、試料片Ｑから分離したニードル１８をサンプリング前のニードル形状に整形することで、先のステップＳ２６０でニードル先端に付着しているデポジション膜ＤＭ２やそれ以外の付着物の除去、変形したニードル１８の整形や先鋭化も含む。
まず、ニードル形状を判定する（ステップＳ２８５）。ニードル１８は全工程を通じて、基本的には大きな変形はしないが、予期せぬ事故によるニードル１８の大きな変形や破損などは起きてないかを確認する。もし、後続する先鋭化加工で再生できないほど大きな変形や破損と判断されると、ニードル１８を初期設定位置に戻して（ステップＳ３００）、装置の操作者によってニードル１８を新たなニードル１８に交換する。先鋭化の対象とするニードル１８は、予め定めた観察視野倍率でニードル先端が例えば本来有るべき位置より１００μｍ以内の反りのニードル形状のもので、それ以外の形状はステップＳ３００に送る。
【００７４】
コンピュータ２１は、集束イオンビームおよび電子ビームの各々の照射によって生成する各画像データを用いて、ニードル駆動機構１９と集束イオンビーム照射光学系１４を動作させてニードル１８の先鋭化を実施する（ステップＳ２９０）。
トリミングすべき領域の設定はテンプレートを利用する。このテンプレートは、試料片Ｑから分離したニードル１８のサンプリング前におけるニードル１８の画像データを利用するため、試料片Ｑから分離したニードル１８が殆ど元の形状に戻るのが特徴である。
ニードル１８の先鋭化（ステップＳ２９０）に先立ち、コンピュータ２１は、ステップＳ０８０で取得したニードルの画像データ（レファレンス画像）や、レファレンス画像から抽出したニードル１８の輪郭線をテンプレートとする。
このテンプレートを用いて、少なくとも集束イオンビーム照射による画像にテンプレートマッチングさせる。コンピュータ２１は、このテンプレートマッチングにおいて画像データの所定の領域（少なくともニードル１８の先端を含む領域）から輪郭（外形）を抽出する際には、抽出した輪郭形状を表示装置２０に表示する。
また、コンピュータ２１は、テンプレートマッチングが著しく困難な場合には、ニードル１８の位置座標を初期化して、ニードル１８を初期位置に移動させた後に、ニードル１８の背景に構造物が無い状況にする。さらに、コンピュータ２１は、ニードル１８の位置座標を初期化した後であっても、テンプレートマッチングが著しく困難な場合には、ニードル１８の形状が大きな変形しているなど、異常が生じていると判断して、ステップＳ３００に飛んで、自動試料片作製を終了する。
【００７５】
コンピュータ２１は、作成したテンプレートを基に、ニードル１８の先端形状が予め設定した理想的な所定の形状になる加工枠４０を定めて、この加工枠４０に応じてトリミング加工を行なう。図２７は、本発明の実施形態に係る自動試料片作製装置１０の集束イオンビームによる画像データの模式図であり、ニードル１８の先端形状と先端に付着しているデポジション膜ＤＭ２を示している。図２８は、図２７にテンプレートであるステップＳ０８０で得たニードル１８の画像データを基に、そのニードル１８の輪郭から求めたテンプレートに加工枠４０を重ねて表示した状態を示している。加工枠４０は、例えばニードル１８の先端から基端側の部位などを直線的に近似することによって理想的な先端位置Ｃとする。
ステップＳ２９０では、コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９の回転機構によってニードル１８を中心軸周りに予め定めた角度だけ回転させて、複数の異なる特定の回転位置でトリミング加工を行なう。コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９と集束イオンビーム照射光学系１４を動作させて、予め定めた角度、例えば、３０°、４５°、６０°、９０°ずつニードル１８を軸回転させてニードル１８の両側面をトリミングする。３０°毎の回転の場合、６回（６方向から）のトリミングでニードル１８全周をトリミングできる。４５°毎の場合は４回、６０°の場合は３回、９０°では２回のトリミングで全周整形できる。
コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９の回転機構（図示略）によってニードル１８を中心軸周りに回転させたときの少なくとも３点以上の異なる角度でのニードル１８の位置を用いて、ニードル１８の偏芯軌跡を楕円近似する。例えば、コンピュータ２１は、３点以上の異なる角度の各々でのニードル１８の位置の変化を正弦波で演算することによって、ニードル１８の偏芯軌跡を楕円または円に近似する。そして、コンピュータ２１は、ニードル１８の偏芯軌跡を用いて、所定角度ごとにニードル１８の位置ずれを補正できる。
上述のトリミング加工においても偏心補正を行なうため、回転角度ごとにニードル１８の位置ずれを補正され、常に視野内の同じ位置でトリミング加工ができる。
【００７６】
次に、コンピュータ２１は、加工された先端部が、前記デポジション膜ＤＭ２が除去され、テンプレートの先端位置Ｃと一致して所定の形状になっていることを判断する（ステップＳ２９２）。先端部のデポジション膜ＤＭ２が除去され、テンプレートの先端位置Ｃと一致すればトリミング加工は終了と判断し（ＯＫ）、次のステップＳＳ２９８に移る。もし、加工したニードル先端形状が不良であれば（ＮＧ）、加工枠４０をニードル１８の根元方向に予め定めた寸法、例えば、ニードル直径の整数倍、だけ平行移動させ（ステップＳ２９３）、再度、ステップＳ２９０及びステップＳ２９２を実行する。この作業を、加工した先端部が先端位置Ｃに到達するまで繰り返し、所定の形状になった時にトリミング加工を終了させ、次のステップＳ２９８に移る。
【００７７】
コンピュータ２１は、ニードル１８の先端形状を予め設定された理想的な所定形状に一致させることにより、ニードル１８を３次元空間内で駆動する際などにおいて、パターンマッチングによってニードル１８を容易に認識することができ、ニードル１８の３次元空間内の位置を精度良く検出することができる。全周整形すれば一旦終了させる。
コンピュータ２１は、ニードルトリミング工程を自動試料サンプリングの毎回の実行毎に実施してもよく、ニードルトリミング工程を複数回のサンプリング作業に対して1回のトリミングを定期的に実施することによって、自動試料サンプリングの処理を安定化させることができる。ニードルトリミング工程を備えることにより、ニードル１８を交換することなく繰り返し試料サンプリングすることができるため、同一のニードル１８を用いて多数個の試料片Ｑを連続してサンプリングすることができる。
これにより自動試料片作製装置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。
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Ｓ２９８）。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２１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Ｓ０６０に戻り、上述のように後続するステップ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、次のステップＳ３００に進む。
【００７８】
次に、コンピュータ２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を初期設定位置に移動する（ステップＳ３００）。
以上により、一連の自動試料片作製動作が終了する。
コンピュータ２１は、上述したステップＳ０１０からステップＳ３００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。従来のような操作者の手動操作を施すことなく試料片Ｑを作製できる。
【００７９】
上述したように、本発明の実施形態による自動試料片作製装置１０によれば、コンピュータ２１は、少なくとも試料片ホルダＰ、ニードル１８、および試料片Ｑの予め取得したテンプレートを基にして、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。
【００８０】
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。
【００８１】
また、本発明の実施形態による自動試料片作製装置１０によれば、コンピュータ２１は、試料片Ｑが形成される際のレファレンスマークＲｅｆに対するニードル１８の相対位置を検出することによって、試料片Ｑに対するニードル１８の相対位置関係を把握することができる。コンピュータ２１は、試料片Ｑの位置に対するニードル１８の相対位置を逐次検出することによって、ニードル１８を３次元空間内で適切に（つまり、他の部材や機器などに接触することなしに）駆動することができる。
さらに、コンピュータ２１は、少なくとも２つの異なる方向から取得した画像データを用いることによって、ニードル１８の３次元空間内の位置を精度良く把握することができる。これによりコンピュータ２１は、ニードル１８を３次元的に適切に駆動することができる。
【００８２】
さらに、コンピュータ２１は、予めニードル１８を移動させる直前に実際に生成される画像データをテンプレート（レファレンス画像データ）とするので、ニードル１８の形状によらずにマッチング精度の高いテンプレートマッチングを行なうことができる。これによりコンピュータ２１は、ニードル１８の３次元空間内の位置を精度良く把握することができ、ニードル１８を３次元空間内で適切に駆動することができる。さらに、コンピュータ２１は、ステージ１２を退避させ、ニードル１８の背景に複雑な構造物がない状態で各画像データを取得するので、バックグラウンドの影響を排除してニードル１８の形状が明確に把握できるテンプレート（レファレンス画像データ）を取得することができる。
【００８３】
さらに、コンピュータ２１は、ニードル１８と試料片Ｑとを接触させずにデポジション膜により接続するので、後の工程でニードル１８と試料片Ｑとが分離される際にニードル１８が切断されてしまうことを防止することができる。さらに、ニードル１８の振動が発生する場合であっても、この振動が試料片Ｑに伝達されることを抑制することができる。さらに、試料Ｓのクリープ現象による試料片Ｑの移動が発生する場合であっても、ニードル１８と試料片Ｑとの間に過剰なひずみが生じることを抑制することができる。
【００８４】
さらに、ガス供給部１７は、プラチナまたはタングステンなどを含有したデポジション用ガスを供給できるので、膜厚が薄い緻密なデポジション膜を形成することができる。これによりガス供給部１７は、後の工程でニードル１８と試料片Ｑとがスパッタ加工によって切断される場合であっても、膜厚が薄いデポジション膜によりプロセス効率を向上させることができる。
【００８５】
さらに、コンピュータ２１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２１は、試料Ｓと試料片Ｑとの実際の分離が完了していないことを報知するので、この工程に続いて自動的に実行される一連の工程の実行が中断される場合であっても、この中断の原因を操作者に容易に認識させることができる。
さらに、コンピュータ２１は、試料Ｓとニードル１８との間の導通が検出された場合には、試料Ｓと試料片Ｑとの接続切断が実際には完了していないと判断して、この工程に続くニードル１８の退避などの駆動に備えて、試料片Ｑとニードル１８との接続を切断する。これによりコンピュータ２１は、ニードル１８の駆動に伴う試料Ｓの位置ずれまたはニードル１８の破損などの不具合の発生を防止することができる。
さらに、コンピュータ２１は、試料片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２１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。
【００８６】
さらに、コンピュータ２１は、試料片Ｑが接続されたニードル１８に対して、実際の画像データをテンプレート（レファレンス画像データ）とするので、試料片Ｑと接続されたニードル１８の形状によらずにマッチング精度の高いテンプレートマッチングを行なうことができる。これによりコンピュータ２１は、試料片Ｑと接続されたニードル１８の３次元空間内の位置を精度良く把握することができ、ニードル１８および試料片Ｑを３次元空間内で適切に駆動することができる。
【００８７】
さらに、コンピュータ２１は、既知である試料台３３のテンプレートを用いて試料台３３を構成する複数の柱状部３４の位置を抽出するので、適正な状態の試料台３３が存在するか否かを、ニードル１８の駆動に先立って確認することができる。
さらに、コンピュータ２１は、試料片Ｑが接続されたニードル１８が照射領域内に到達する前後における吸収電流の変化に応じて、ニードル１８および試料片Ｑが移動目標位置の近傍に到達したことを間接的に精度良く把握することができる。これによりコンピュータ２１は、ニードル１８および試料片Ｑを移動目標位置に存在する試料台３３などの他の部材に接触させること無しに停止させることができ、接触に起因する損傷などの不具合が発生することを防止することができる。
【００８８】
さらに、コンピュータ２１は、試料片Ｑおよび試料台３３をデポジション膜により接続する場合に試料台３３とニードル１８との間の導通有無を検出するので、実際に試料片Ｑおよび試料台３３の接続が完了したか否かを精度良く確認することができる。
さらに、コンピュータ２１は、試料台３３とニードル１８との間の導通有無を検出して、試料台３３と試料片Ｑとの接続が実際に完了していることを確認してから試料片Ｑとニードル１８との接続を切断することができる。
【００８９】
さらに、コンピュータ２１は、実際のニードル１８の形状を理想的なレファレンス形状に一致させることにより、ニードル１８を３次元空間内で駆動する際などにおいて、パターンマッチングによってニードル１８を容易に認識することができ、ニードル１８の３次元空間内の位置を精度良く検出することができる。
【００９０】
以下、上述した実施形態の第１の変形例について説明する。
上述した実施形態において、ニードル駆動機構１９はステージ１２と一体に設けられるとしたが、これに限定されない。ニードル駆動機構１９は、ステージ１２と独立に設けられてもよい。ニードル駆動機構１９は、例えば試料室１１などに固定されることによって、ステージ１２のチルト駆動などから独立して設けられてもよい。
【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、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。
【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、荷電粒子ビーム照射光学系として集束イオンビーム照射光学系１４と電子ビーム照射光学系１５の２種のビームが照射できる構成としたが、これに限定されない。例えば、電子ビーム照射光学系１５が無く、鉛直方向に設置した集束イオンビーム照射光学系１４のみの構成としてもよい。
上述した実施形態では、上述のいくつかのステップにおいて、試料片ホルダＰ、ニードル１８、試料片Ｑ等に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う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Ｓ０７０におけるニードル位置の認識、ステップＳ０８０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。
【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、コンピュータ２１は、自動試料サンプリングの動作として、ステップＳ０１０からステップＳ３００の一連の処理を自動的に実行するとしたが、これに限定されない。コンピュータ２１は、ステップＳ０１０からステップＳ３００のうちの少なくとも何れか１つの処理を、操作者の手動操作によって実行するように切り替えてもよい。
また、コンピュータ２１は、複数の試料片Ｑに対して自動試料サンプリングの動作を実行する場合に、試料Ｓに複数の試料片Ｑの何れか１つが形成される毎に、この１つの試料片Ｑに対して自動試料サンプリングの動作を実行してもよい。また、コンピュータ２１は、試料Ｓに複数の試料片Ｑの全てが形成された後に、複数の試料片Ｑの各々に対して自動試料サンプリングの動作を実行してもよい。
【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２１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２１は、試料台３３を形成する自動加工の実行時に作成したパターンを、テンプレートとしてもよい。
また、上述した実施形態において、コンピュータ２１は、柱状部３４の作成時に荷電粒子ビームの照射によって形成されるレファレンスマークＲｅｆを用いて、試料台３３の位置に対するニードル１８の位置の相対関係を把握してもよい。コンピュータ２１は、試料台３３の位置に対するニードル１８の相対位置を逐次検出することによって、ニードル１８を３次元空間内で適切に（つまり、他の部材や機器などに接触することなしに）駆動することができる。
【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２１は、ニードル１８に接続された試料片Ｑを取り付け位置に向かい移動させた後に、試料片Ｑおよび試料台３３の表面にガス供給部１７によってガスを供給するとしたが、これに限定されない。
コンピュータ２１は、ニードル１８に接続された試料片Ｑが取り付け位置周辺の目標位置に到達するのに先立って、照射領域にガス供給部１７によってガスを供給してもよい。
コンピュータ２１は、ニードル１８に接続された試料片Ｑが取り付け位置に向かい移動している状態で試料片Ｑにデポジション膜を形成することができ、試料片Ｑが集束イオンビームによってエッチング加工されてしまうことを防止することができる。さらに、コンピュータ２１は、試料片Ｑが取り付け位置周辺の目標位置に到達した時点で直ちに試料片Ｑおよび試料台３３をデポジション膜により接続することができる。
【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、コンピュータ２１は、ニードル１８を中心軸周りに回転させつつ、特定の回転位置においてエッチング加工を行なうとしたが、これに限定されない。
コンピュータ２１は、ステージ駆動機構１３のチルト機構１３ｂによるステージ１２のチルト（Ｘ軸またはＹ軸周りの回転）に応じて、複数の異なる方向からの集束イオンビームの照射によってエッチング加工を行なってもよい。
【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いて、コンピュータ２１は、自動試料サンプリングの動作において、毎回、ニードル１８の先端を先鋭化加工するとしたが、これに限定されない。
コンピュータ２１は、自動試料サンプリングの動作が繰り返し実行される場合の適宜のタイミング、例えば繰り返し実行の回数が所定回数毎などにおいて、ニードル１８の先鋭化加工を実行してもよい。
【００９８】
以下、上述した実施形態の第９の変形例について説明する。
上述した実施形態において、試料片Ｑを試料片ホルダＰに接続させるステップ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２１は、電子ビーム及び集束イオンビームによるニードル１８、試料片Ｑ、柱状部３４の二次粒子画像データまたは吸収電流画像データからそれらの位置関係を認識する。図２９および図３０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２９は集束イオンビーム照射によって、図３０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２９のように柱状部３４の一角を原点３４ａとして直交３軸座標（ステージ１２の３軸座標とは異なる座標）を定め、柱状部３４の原点３４ａと試料片Ｑの基準点Ｑｃの距離として、図２９から距離ＤＸ、ＤＹが測定される。
一方、図３０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２９，図３０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。
【００９９】
以下、上述した実施形態の第１０の変形例について説明する。
上述した実施形態におけるステップ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。
【０１００】
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３１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３２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３２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。
【０１０１】
次に、上述した実施形態の第１１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への衝突の危険性が極めて少ないためで、ニードル駆動機構１９のＸ、Ｙ、Ｚ駆動部を同時に動作させて、安全に迅速に目的位置に到達できる。一方、移動前の試料片Ｑの位置がＹ＜０の領域にある場合、試料片Ｑを停止位置に向けてニードル駆動機構１９のＸ、Ｙ、Ｚ駆動部を同時に動作させると、柱状部３４に衝突する危険性が大きい。このため、ステップ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。
【０１０２】
次に、上述した実施形態の第１２の変形例を説明する。
本発明による自動試料片作製装置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２１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２１は、試料Ｓから取り出した試料片Ｑを回転させ、試料片ホルダＰに試料片Ｑの上下または左右を変更した状態の試料片Ｑを固定する。コンピュータ２１は、試料片Ｑにおける元の試料Ｓの表面が柱状部３４の端面に垂直関係にあるか平行関係になるように試料片Ｑを固定する。これによりコンピュータ２１は、例えば後に実行する仕上げ加工に適した試料片Ｑの姿勢を確保するとともに、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２１は、ニードル１８を回転させる際には偏心補正を行なうことによって、試料片Ｑが実視野から外れないように回転を補正する。
【０１０３】
さらに、コンピュータ２１は、必要に応じて集束イオンビーム照射によって試料片Ｑの整形加工を行なう。特に、整形後の試料片Ｑは、柱状部３４に接する端面が、柱状部３４の端面とほぼ平行になるように整形されることが望ましい。コンピュータ２１は、後述するテンプレート作成前に試料片Ｑの一部を切断するなどの整形加工を行なう。コンピュータ２１は、この整形加工の加工位置をニードル１８からの距離を基準として設定する。これによりコンピュータ２１は、後述するテンプレートからのエッジ抽出を容易にするとともに、後に実行する仕上げ加工に適した試料片Ｑの形状を確保する。
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２１は、ニードル駆動機構１９によってニードル１８を駆動し、試料片Ｑの姿勢が所定姿勢になるように、姿勢制御モードに対応した角度分だけニードル１８を回転させる。ここで姿勢制御モードとは、試料片Ｑを所定の姿勢に制御するモードであり、試料片Ｑに対し所定の角度でニードル１８をアプローチし、試料片Ｑが接続されたニードル１８を所定の角度に回転することにより試料片Ｑの姿勢を制御する。コンピュータ２１は、ニードル１８を回転させる際には偏心補正を行なう。図３３〜図３８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。
【０１０４】
図３３および図３４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自動試料片作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料片Ｑが接続されたニードル１８の状態（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の状態（図３４）とを示す図である。コンピュータ２１は、ニードル１８の回転角度０°でのアプローチモードにおいては、ニードル１８を回転させずに試料片Ｑを試料片ホルダＰに移設するために適した姿勢状態を設定している。
図３５および図３６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自動試料片作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料片Ｑが接続されたニードル１８を９０°回転させた状態（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９０°回転させた状態（図３６）とを示す図である。コンピュータ２１は、ニードル１８の回転角度９０°でのアプローチモードにおいては、ニードル１８を９０°だけ回転させた状態で試料片Ｑを試料片ホルダＰに移設するために適した姿勢状態を設定している。
図３７および図３８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自動試料片作製装置１０の集束イオンビームにより得られる画像データにおける試料片Ｑが接続されたニードル１８を１８０°回転させた状態（図３７）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３８）とを示す図である。コンピュータ２１は、ニードル１８の回転角度１８０°でのアプローチモードにおいては、ニードル１８を１８０°だけ回転させた状態で試料片Ｑを試料片ホルダＰに移設するために適した姿勢状態を設定している。
なお、ニードル１８と試料片Ｑとの相対的な接続姿勢は、予め上述した試料片ピックアップ工程においてニードル１８を試料片Ｑに接続する際に、各アプローチモードに適した接続姿勢に設定されている。
【０１０５】
以下、他の実施形態について説明する。
（１）自動試料片作製装置は、
試料から試料片を自動的に作製する自動試料片作製装置であって、
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、
前記試料片に接続する前に取得した前記ニードルの前記荷電粒子ビームによる画像を基にして、前記試料片から分離した前記ニードルに前記荷電粒子ビームを照射することで、前記試料片に接続する前の前記ニードルと略同じ形状に整形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を制御するコンピュータと、
を備える。
【０１０６】
（２）自動試料片作製装置は、
試料から試料片を自動的に作製する自動試料片作製装置であって、
少なくとも、
集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射光学系（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、
前記試料片に接続する前に取得した前記ニードルの前記集束イオンビームによる画像を基にして、前記試料片から分離した前記ニードルに前記集束イオンビームを照射することで、前記試料片に接続する前の前記ニードルと略同じ形状に整形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を制御するコンピュータと、
を備える。
【０１０７】
（３）上記（１）に記載の自動試料片作製装置では、
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。
【０１０８】
（４）上記（１）または（２）に記載の自動試料片作製装置では、
前記試料片ホルダは、
それぞれの幅が異なる複数の前記柱状部を有する櫛歯状である。
【０１０９】
（５）上記（１）または（２）に記載の自動試料片作製装置では、
前記コンピュータは、
前記試料片に接続する前のニードル形状を反映するテンプレートを作製し、
前記試料片から分離した前記ニードルの画像に前記テンプレートを参照して、集束イオンビームによって前記試料片から分離した前記ニードルを整形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を制御する。
【０１１０】
（６）上記（５）に記載の自動試料片作製装置では、
前記テンプレートは、
少なくとも前記集束イオンビームまたは電子ビームよって取得した前記試料片に接続する前の前記ニードルの二次電子画像または吸収電流画像によるレファレンス画像である。
【０１１１】
（７）上記（５）に記載の自動試料片作製装置では、
前記テンプレートは、
少なくとも前記集束イオンビームまたは電子ビームよって取得した前記試料片に接続する前の前記ニードルの二次電子画像または吸収電流画像のいずれかから抽出した前記ニードルの輪郭線である。
【０１１２】
（８）上記（５）に記載の自動試料片作製装置では、
前記テンプレートは、
前記試料片に接続する前の前記ニードルの輪郭形状に沿った前記集束イオンビームによる加工枠である。
【０１１３】
（９）上記（５）から（８）の何れか１つに記載の自動試料片作製装置では、
前記コンピュータは、
前記試料片から分離した前記ニードルの画像と前記テンプレートとを重ね合わせること、前記集束イオンビームの照射によって加工すること、前記ニードルを所定角度の軸回転させることを繰り返して所定の形状に整形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を制御する。
【０１１４】
なお、上述した実施形態では、コンピュータ２１は、ソフトウェア機能部、またはＬＳＩなどのハードウェア機能部も含む。
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し、ピンセットのような機構であってもよい。
なお、上述の本発明による自動試料片作製装置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、オペレータが慎重に操作し、加工してもよい。このように本発明による自動試料片作製装置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、昼間にオペレータ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、一台の装置でオペレータの操作に頼っていたことに比べて、オペレータへの心身の負担は大幅に軽減され、作業効率が向上する。
【０１１５】
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。
【符号の説明】
【０１１６】
１０…自動試料片作製装置、１０ａ…荷電粒子ビーム装置、１１…試料室、１２…ステージ（試料ステージ）、１３…ステージ駆動機構、１４…集束イオンビーム照射光学系（荷電粒子ビーム照射光学系）、１５…電子ビーム照射光学系（荷電粒子ビーム照射光学系）、１６…検出器、１７…ガス供給部、１８…ニードル、１９…ニードル駆動機構、２０…表示装置、２１…コンピュータ、２２…入力デバイス、３３…試料台、３４…柱状部、Ｐ…試料片ホルダ、Ｑ…試料片、Ｒ…二次荷電粒子、Ｓ…試料
【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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