(57)【要約】【課題】微小物体の大きさ等の条件に影響されることなく、確実に微小物体をプローブの先端部から離脱させることができるマニピュレーション方法およびマニピュレーション装置を提供する。【解決手段】プローブ１０の先端部１０Ａに微小物体１００を付着させ、当該微小物体１００を試料Ｓ上の所定ポイントＰ２に配置する際に、試料Ｓ上の当該ポイントＰ２の近傍において、微小物体１００が付着したプローブ１０に外力を加える。これにより、プローブ１０の先端部１０Ａに付着した微小物体を確実に離脱させることができる。【選択図】  図２
2004220904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブの先端部に微小物体を付着させ、この微少物体を試料上の所定箇所に配置するマニピュレーション方法であって、前記試料上の当該所定箇所の近傍において、微小物体が付着した前記プローブに外力を加えることを特徴とするマニピュレーション方法。
【請求項２】
微小物体にプローブの先端部を接近させる工程と、プローブの先端部に微小物体を付着させる工程と、微小物体が付着したプローブの先端部を試料上の所定箇所の近傍に配置させる工程と、先端部に微小物体が付着したプローブに外力を加え、これにより微小物体をプローブの先端部から離脱させるとともに試料上の当該所定箇所に配置させる工程とを有するマニピュレーション方法。
【請求項３】
前記微小物体に荷電粒子ビームを照射して帯電させるとともに、前記試料に前記微小物体の帯電電位とは逆方向の電位を印加することを特徴とする請求項１若しくは２記載のマニピュレーション方法。
【請求項４】
前記プローブに外力を加えると同時に前記試料に前記微小物体の帯電電位とは逆方向の電位を印加することを特徴とする請求項３記載のマニピュレーション方法。
【請求項５】
前記微小物体に電子ビームを照射して負に帯電させるとともに、前記試料に正電位を印加することを特徴とする請求項３若しくは４記載のマニピュレーション方法。
【請求項６】
前記プローブを駆動するための駆動機構により前記プローブに外力を加えることを特徴とする請求項１乃至５何れかに記載のマニピュレーション方法。
【請求項７】
前記駆動機構はピエゾ素子からなることを特徴する請求項６記載のマニピュレーション方法。
【請求項８】
前記プローブに近接配置された衝撃印加用部材を前記プローブに衝突させることにより、前記プローブに外力を加えることを特徴とする請求項１乃至５何れかに記載のマニピュレーション方法。
【請求項９】
前記衝撃印加用部材は棒状とされていることを特徴とする請求項８記載のマニピュレーション方法。
【請求項１０】
プローブの先端部に微小物体を付着させ、この微小物体を試料上の所定箇所に配置するマニピュレーション装置において、前記プローブに近接して衝撃印加用部材が設けられていることを特徴とするマニピュレーション装置。
【請求項１１】
前記衝撃印加用部材は棒状とされていることを特徴とする請求項１０記載のマニピュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、電子ビーム等の荷電粒子ビームを微小物体等の対象物に照射し、当該対象物から発生した二次電子や反射電子等の被検出電子を検出しながら微小物体を移動操作するマニピュレーション方法及びマニピュレーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型電子顕微鏡等の観察装置内に配置された試料上の所定箇所に微小物体を配列するため、当該微小物体を捕捉して保持するためのプローブを有するマニピュレーション機構を当該観察装置に設け、これにより微小物体を移動操作することが行われている。
【０００３】
このようなマニピュレーション機構を備えた観察装置（以下、マニピュレーション装置という）を用いて、微小物体を試料上の所定箇所に配列する一般的なマニピュレーション方法について以下に説明する。
【０００４】
マニピュレーション装置内に配置された試料に電子ビームを走査しながら照射し、当該試料から発生した二次電子や反射電子等の被検出電子を検出して試料表面を観察する。そして、試料表面を観察することにより、試料上に置かれている移動操作の対象となる微小物体を特定する。このとき、当該微小物体にも電子ビームが照射され、それに応じて発生した被検出電子も検出されている。
【０００５】
移動操作の対象となる微小物体を特定したのち、当該微小物体に針状のプローブを近づけて、当該プローブの先端部を微小物体に接近させる。このとき、微小物体は電子ビームの照射によって負に帯電されているので、プローブに正電位を印加することにより、クーロン引力が作用して微小物体がプローブの先端部に捕捉されて保持されることとなる。
【０００６】
先端部に微小物体を保持したプローブは一旦試料表面から離れ、その後プローブと試料とが相対的に移動し、試料上において微小物体が配置されるべき所定箇所にプローブの先端部を近づける。
この状態でプローブに負電位を印加するとともに試料に正電位を印加する。このとき、微小物体には電子ビームが続けて照射されて負に帯電されているので、微小物体とプローブとの間にはクーロン斥力が作用するとともに、微小物体と試料との間にはクーロン引力が作用する。従って、微小物体はプローブの先端部から離脱して試料上の当該所定箇所に配置されることとなる。
【０００７】
このようなマニピュレーション方法において、微小物体の大きさ等の条件により、プローブの先端部に一旦捕捉された微小物体が当該プローブから確実に離脱されない場合がある。
【０００８】
このような点に着目し、これを改善する手法としては、例えば電子ビームの加速電圧とプローブの電位と試料の電位とを調整することにより、微小物体の捕捉とともに離脱の再現性を向上させる手法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−８８１００号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した手法では微小物体の離脱の再現性は向上するものの、当該微小物体の大きさ等の条件ごとに、予め電子ビームの加速電圧とプローブの電位と試料の電位との調整を行う必要があり、この調整を実行するための時間と労力を必要とするものであった。
【００１１】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、微小物体の大きさ等の条件ごとに予め調整を行う必要のないマニピュレーション方法及びマニピュレーション装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決する手段】
本発明に基づくマニピュレーション方法は、プローブの先端部に微小物体を付着させ、この微少物体を試料上の所定箇所に配置するマニピュレーション方法であって、前記試料上の当該所定箇所の近傍において、微小物体が付着した前記プローブに外力を加えることを特徴とする。
また、本発明に基づく他のマニピュレーション方法は、微小物体にプローブの先端部を接近させる工程と、プローブの先端部に微小物体を付着させる工程と、微小物体が付着したプローブの先端部を試料上の所定箇所の近傍に配置させる工程と、先端部に微小物体が付着したプローブに外力を加え、これにより微小物体をプローブの先端部から離脱させるとともに試料上の当該所定箇所に配置させる工程とを有する。
さらに、本発明に基づくマニピュレーション装置は、プローブの先端部に微小物体を付着させ、この微小物体を試料上の所定箇所に配置するマニピュレーション装置であって、前記プローブに近接して衝撃印加用部材が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明におけるマニピュレーション装置を示す概略構成図である。同図において、マニピュレーション装置１は走査型電子顕微鏡の構成を備えており、内部に試料Ｓが配置される試料室２を有する。当該試料室２の一方の端部（上端部）には電子ビームＥＢを供給するための電子光学鏡筒３が設けられているとともに、その他方の端部（下端部）には試料Ｓを載置して支持するための駆動ステージ（載置台）４が設けられている。電子光学鏡筒３内の電子銃３ａから発生された電子ビームＥＢは、集束レンズ３ｂ、偏向コイル３ｃ、及び対物レンズ３ｄを介して駆動ステージ４上の試料Ｓの上面に相当する被観察面Ｓ１に照射されるとともに走査される。ここで、電子銃３ａ、集束レンズ３ｂ、偏向コイル３ｃ、及び対物レンズ３ｄ等により電子ビーム照射手段が構成されている。なお、試料室２及び電子光学鏡筒３は、図示しない排気手段によりその内部が所定の真空度に真空引きされる構成となっている。
【００１５】
電子ビームＥＢが照射及び走査された試料Ｓの被観察面Ｓ１からは、被検出電子である二次電子もしくは反射電子が発生し、当該被検出電子は検出器５にて検出される。検出器５は被検出電子を検出した後、その検出結果を検出データとして増幅器６に送り、当該検出データは増幅器６にて増幅されてバスライン７に送られる。
【００１６】
バスライン７には画像処理部８が接続されており、上述の増幅された検出データはバスライン７を介して画像処理部８に送られる。画像処理部８は、受けた検出データを画像処理し、当該検出データに応じた観察像データを形成する。よって、これにより、電子ビームＥＢが照射された試料Ｓの被観察面Ｓ１に応答して、当該被観察面Ｓ１の観察像が検出される。
【００１７】
画像処理部８にて画像処理により作成された観察像データは、画像表示部９に送られて観察像として表示される。
【００１８】
試料室２内での駆動ステージ４の上方には、第１のプローブ１０と第２のプローブ１１とが配置されており、これら二つのプローブ１０，１１は、それぞれ対応する駆動部１２，１３に取り付けられている。ここで、駆動部１２，１３は、おのおの対応するプローブ１０，１１の水平方法移動及び垂直方法移動の駆動を行うための駆動機構となっており、ピエゾ素子から構成されている。各駆動部１２，１３は、おのおの対応する駆動制御部１４，１５を介してバスライン７に接続されている。また、上記駆動ステージ４にはステージ駆動制御部１８が接続されており、当該ステージ１８はバスライン７に接続されている。
【００１９】
なお、当該マニピュレーション装置では二本のプローブ（第１及び第２のプローブ１０，１１）が備えられているが、本発明におけるマニピュレーション方法においては、一方のプローブ（例えば第１のプローブ１０）を用いればマニピュレーションを行うことができる。
【００２０】
バスライン７には手動操作部１９が接続されており、当該手動操作部１９を介したオペレータ（観察者）による手動操作（マニュアル操作）により、駆動部１２，１３及び駆動ステージ４の駆動を制御できる構成とされている。従って、これにより、試料Ｓの被観察面Ｓ１とプローブ１０，１１との位置関係を手動操作により適宜制御することができる。
【００２１】
上記プローブ１０，１１には、それぞれプローブ電圧印加部１６，１７が接続され、当該電圧印加部１６，１７はバスライン７に接続されている。これにより、プローブ１０，１１には、バスライン７からプローブ電圧印加部１６，１７に送られる制御信号に応じた印加電圧がそれぞれ印加される。
【００２２】
さらに、上記駆動ステージ４にはステージ電圧印加部２３が接続され、当該ステージ電圧印加部２３はバスライン７に接続されている。これにより、駆動ステージ４には、バスライン７からステージ電圧印加部２３に送られる制御信号に応じた印加電圧が印加される。
【００２３】
なお、バスライン７には読み取り回路２０を介してマウス（ポインティングデバイス）２１が接続されており、上記手動操作部１９を介した手動操作の代わりに、マウス２１を介した手動操作を行うこともできる構成となっている。
【００２４】
そして、上述の各構成要素は、バスライン７に接続されたシステムコントローラ２２により適宜制御されるとともに、当該システムコントローラ２２は各制御の際に必要な演算等も行う構成とされている。
【００２５】
次に、図１及び図２を参照して、本発明におけるマニピュレーション方法について説明する。
【００２６】
試料室２内の駆動ステージ４上の所定箇所に試料Ｓを載置する。このとき、試料Ｓの上面が被観察面Ｓ１とされており、当該被観察面Ｓ１には移動操作の対象となっている微小物体が複数個載置されている。そして、試料室２及び電子光学鏡筒３の内部を、図示しない排気手段により所定の真空度まで真空引きする。試料室２及び電子光学鏡筒３の内部が所定の真空度まで真空引きされた状態で、電子銃３ａから電子ビームＥＢを集束レンズ３ｂ、偏向コイル３ｃ、及び対物レンズ３ｄを介して試料Ｓの被観察面Ｓ１に照射して、当該被観察面Ｓ１を観察する。この際には、電子ビームＥＢの照射による試料Ｓ１の被観察面Ｓ１からの被検出電子を検出器５が検出し、当該検出結果に基づく検出データを増幅器６が増幅してバスライン７に送る。バスライン７に送られた検出データは、画像処理部８にて画像処理されて観察像データが作成される。作成された観察像データは、画像表示部９にて観察像として表示される。
【００２７】
以下、後述する図２（Ａ）〜（Ｅ）に示す各工程は、画像表示部９に表示された観察像をオペレータが目視にて確認（観察）しながら行われる。なお、画像表示部９に現観察時での観察像が表示されているときには、試料Ｓの被観察面Ｓ１には電子ビームＥＢが照射され、当該被観察面Ｓ１からの被検出電子を検出することにより、被観察面Ｓ１に応答してその観察像が検出されている。
【００２８】
マニピュレーション装置１を操作するオペレータは、画像表示部８に表示された観察像を目視により確認することにより、駆動ステージ４上に載置された試料Ｓの被観察面Ｓ１の上に配置された対象となる微小物体を特定する。そして、手動操作部１９を介した手動操作によりプローブ１０を操作して、図２（Ａ）に示すように、プローブ１０の先端部１０Ａを図中１００で示した微小物体に接近させる。ここで、微小物体１００は、例えば直径１μｍ〜数μｍのＳｉＯ２からなる球状物体等であり、試料Ｓの被観察面Ｓ１上におけるポイントＰ１に配置されているものとする。なお、このときプローブ１０には、プローブ電圧印加部１６により所定の正電位を印加させておく。
【００２９】
微小物体１００を含む試料Ｓの被観察面Ｓ１には電子ビームＥＢが照射されており、これにより微小物体１００は負に帯電されている。正電位が印加されたプローブ１０の先端部１０Ａが微小物体１００に接近すると、クーロン引力により微小物体１００はプローブ１０の先端部１０Ａに引き寄せられて捕捉される。これにより、図２（Ｂ）に示すように、微小物体１００がプローブ１０の先端部１０Ａに付着した状態で保持される。
【００３０】
次に、先端部１０Ａに微小物体１００を保持した状態で、プローブ１０を動かして当該先端部１０Ａを試料Ｓの被観察面Ｓ１から一旦遠ざける。そして、試料Ｓが載置されている駆動ステージ４を移動させ、試料Ｓの被観察面Ｓ１における微小物体１００が再配置されるポイントＰ２（図２（Ｃ）参照）を観察領域内に位置させる。
【００３１】
その後、先端部１０Ａに微小物体１００が保持されたプローブ１０を動かして、図２（Ｃ）に示すように、当該先端部１０Ａを試料Ｓの被観察面Ｓ１における上記ポイントＰ２に接近させ、これにより当該ポイントＰ２の近傍に配置させる。このとき、プローブ１０にはプローブ電圧印加部１６によって上述の正電位が印加された状態とされている。
【００３２】
そして、プローブ電圧印加部１６による印加電位を切り換えて、プローブ１０に所定の負電位を印加するとともに、ステージ電圧印加部２３を制御して駆動ステージ４に所定の正電位（微小物体の帯電電位とは逆方向の電位）を印加する。またこれと同時に、駆動部１２を駆動させて当該駆動部１２に接続されたプローブ１０に外力を加える。ここで加えられる外力は、一例としてプローブ１０の長手方向に加えるものとする。この外力によりプローブ１０は、図２（Ｄ）に示す矢印Ｆの方向に微動して変位する。
【００３３】
このとき、微小物体１００には継続して電子ビームＥＢが照射されて負に帯電しているので、負電位が印加されたプローブ１０の先端部１０Ａとの間にクーロン斥力が作用するとともに、試料Ｓが載置された駆動ステージ４との間にクーロン引力が作用する。また、上述したプローブ１０に加えられた外力により、プローブ１０の先端部１０Ａに保持されていた微小物体１００に衝撃が加えられる。
【００３４】
この結果、微小物体１００はプローブ１０の先端部１０Ａから効率良く確実に離脱し、図２（Ｅ）に示すように、試料Ｓの被観察面Ｓ１における上記の再配置されるポイントＰ２に置かれることとなる。
【００３５】
その後、複数の微小物体１００をそれぞれ対応する再配置ポイントに再配置する際には、上述の工程を適宜繰り返すこととなる。
【００３６】
次に本発明の実施の形態における変形例について図３を参照して説明する。
【００３７】
図３（Ａ）〜（Ｅ）は、おのおの上述した図２（Ａ）〜（Ｅ）に対応する図である。なお、図３（Ａ）〜（Ｅ）に示す各工程は、上述の図２（Ａ）〜（Ｅ）に示す各工程と同様に、画像表示部９に表示された観察像をオペレータが目視にて確認（観察）しながら行われる。そして、画像表示部９に現観察時での観察像が表示されているときには、試料Ｓの被観察面Ｓ１には電子ビームＥＢが照射され、当該観察面Ｓ１からの被検出電子を検出することにより、被観察面Ｓ１に応答してその観察像が検出されている。
【００３８】
マニピュレーション装置１を操作するオペレータは、画像表示部８に表示された観察像を目視により確認することにより、駆動ステージ４上に載置された試料Ｓの被観察面Ｓ１の上に配置された対象となる微小物体を特定する。そして、手動操作部１９を介した手動操作によりプローブ１０を操作して、図３（Ａ）に示すように、プローブ１０の先端部１０Ａを図中１００で示した微小物体に接近させる。ここで、微小物体１００は、試料Ｓの被観察面Ｓ１上におけるポイントＰ３に配置されているものとする。なお、このときプローブ１０には、プローブ電圧印加部１６により所定の正電位を印加させておく。また、プローブ１０の先端部１０Ａに外力を加えるための棒状の突き出しロッド（衝撃印加用部材）１０Ｂが、間隙をおいて当該先端部１０Ａに近接配置されている。
【００３９】
微小物体１００を含む試料Ｓの被観察面Ｓ１には電子ビームＥＢが照射されており、これにより微小物体１００は負に帯電されている。正電位が印加されたプローブ１０の先端部１０Ａが微小物体１００に接近すると、クーロン引力により微小物体１００はプローブ１０の先端部１０Ａに引き寄せられて捕捉される。これにより、図３（Ｂ）に示すように、微小物体１００がプローブ１０の先端部１０Ａに付着した状態で保持される。
【００４０】
次に、先端部１０Ａに微小物体１００を保持した状態で、プローブ１０を動かして当該先端部１０Ａを試料Ｓの被観察面Ｓ１から一旦遠ざける。そして、試料Ｓが載置されている駆動ステージ４を移動させ、試料Ｓの被観察面Ｓ１における微小物体１００が再配置されるポイントＰ４（図３（Ｃ）参照）を観察領域内に位置させる。
【００４１】
その後、先端部１０Ａに微小物体１００が保持されたプローブ１０を動かして、図３（Ｃ）に示すように、当該先端部１０Ａを試料Ｓの被観察面Ｓ１における上記ポイントＰ４に接近させ、これにより当該ポイントＰ４の近傍に配置させる。このとき、プローブ１０にはプローブ電圧印加部１６によって上述の正電位が印加された状態とされている。
【００４２】
そして、プローブ電圧印加部１６による印加電位を切り換えて、プローブ１０に所定の負電位を印加するとともに、ステージ電圧印加部２３を制御して駆動ステージ４に所定の正電位（微小物体の帯電電位とは逆方向の電位）を印加する。またこれと同時に、突き出しロッド１０Ｂを図３（Ｄ）に示す矢印Ｇの方向に動かして、当該突き出しロッド１０Ｂの先端をプローブ１０に衝突させ、これにより当該プローブ１０に外力を加える。
【００４３】
このとき、微小物体１００には継続して電子ビームＥＢが照射されて負に帯電しているので、負電位が印加されたプローブ１０の先端部１０Ａとの間にクーロン斥力が作用するとともに、試料Ｓが載置された駆動ステージ４との間にクーロン引力が作用する。また、上述したプローブ１０に加えられた外力により、プローブ１０の先端部１０Ａに保持されていた微小物体１００に衝撃が加えられる。
【００４４】
この結果、微小物体１００はプローブ１０の先端部１０Ａから効率良く確実に離脱し、図３（Ｅ）に示すように、試料Ｓの被観察面Ｓ１における上記の再配置されるポイントＰ４に置かれることとなる。
【００４５】
その後、複数の微小物体１００をそれぞれ対応する再配置ポイントに再配置する際には、上述の工程を適宜繰り返すこととなる。
【００４６】
ここで、上記各実施の形態において、プローブ１０に外力を加えるタイミングと、プローブ１０に負電位を印加するタイミングと、駆動ステージ４に正電位を印加するタイミングとを表わすタイムチャートを図４に示す。プローブに外力を加えるタイミングと、プローブ１０に負電位を印加するタイミングと、駆動ステージ４に正電位を印加するタイミングとは、ほぼ同時とされることが好ましい。
【００４７】
上述のように、本発明においては、先端部に微小物体が付着したプローブに外力を加えることにより当該微小物体を当該先端部から離脱させるので、微小物体の大きさ等の条件に影響されることなく確実に離脱を行うことができる。
従って、微小物体の大きさ等の条件ごとに予め調整を行う必要がなく、労力の軽減化を図ることができる。
なお、上述の各実施の形態においては、同一の試料上での微小物体の再配置についての例としたが、駆動ステージ上に複数の試料を載置させておき、一方の試料上に置かれている微小物体を他方の試料上の所定ポイントに配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるマニピュレーション装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるマニピュレーション方法の各工程を示す図である。
【図３】本発明の変形例におけるマニピュレーション方法の各工程を示す図である。
【図４】本発明における外力及び印加電位のタイミング示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…マニピュレーション装置，  ２…試料室，  ４…駆動ステージ，
１０…プローブ，  １０Ａ…先端部，  １０Ｂ…衝撃印加用部材
１００…微小物体，  Ｓ…試料，  Ｓ１…被観察面
【図１】
2004220904.tif 000003
【図２】
2004220904.tif 000004
【図３】
2004220904.tif 000005
【図４】
2004220904.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月19日(2003.2.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004220904.tif 000007
【図２】
2004220904.tif 000008
【図３】
2004220904.tif 000009
【図４】
2004220904.tif 000010