(57)【要約】【課題】処理効率の良いマニピュレーション装置及びマニピュレーション方法を提供する。【解決手段】試料Ｓ１，Ｓ２を載置するための試料ステージ４と、試料ステージ４に載置された一方のＳ１上の微小物体３１を捕捉して、他方の試料Ｓ２上に微小物体３１を配置するためのプローブ１０と、試料ステージ４を駆動するためのステージ駆動部と、ステージ駆動部を制御するための制御部と、制御データを記憶するための記憶部とを備えるマニピュレーション装置であって、前記記憶部には、前記試料上において微小物体が配置されるべき配置位置Ｐ１〜Ｐ４に対応する配置位置データが記憶されている。これにより、自動動作でマニピュレーションを行うことができ、処理効率が向上する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を載置するための試料ステージと、試料ステージに載置された試料上に微小物体を配置するためのプローブと、試料ステージを駆動するためのステージ駆動部と、ステージ駆動部を制御するための制御部と、制御データを記憶するための記憶部とを備えるマニピュレーション装置であって、前記記憶部には、前記試料上において微小物体が配置されるべき配置位置データが記憶さ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２】
荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源から放出された荷電粒子ビームを制御して試料上に照射するための照射レンズ系と、荷電粒子ビームが照射された試料からの情報を検出するための検出器と、検出器により検出された情報に基づいて画像を形成するための画像形成部と、試料を載置するための試料ステージと、試料ステージに載置された試料上に微小物体を配置するためのプローブと、試料ステージを駆動するためのステージ駆動部と、ステージ駆動部を制御するための制御部と、制御データを記憶するための記憶部とを備えるマニピュレーション装置であって、前記記憶部には、前記試料上において微小物体が配置されるべき配置位置データが記憶されており、前記制御部は、当該配置位置データに基づいてステージ駆動部を制御することにより前記試料ステージを駆動し、これにより前記試料上において微小物体が配置されるべき位置が、前記画像形成部により形成された画像における所定箇所に位置することを特徴とするマニピュレーション装置。
【請求項３】
前記プローブが、前記画像における所定箇所に対応する位置にて昇降することを特徴とする請求項２記載のマニピュレーション装置。
【請求項４】
前記画像における所定箇所は、当該画像の中心部であることを特徴とする請求項２若しくは３記載のマニピュレーション装置。
【請求項５】
前記記憶部には、複数の配置位置データが記憶されていることを特徴とする請求項１乃至４何れかに記載のマニピュレーション装置。
【請求項６】
試料ステージに載置された試料上に、プローブによって微小物体を配置するマニピュレーション方法であって、前記試料ステージが、予め記憶された配置位置データに基づいて駆動されることを特徴とするマニピュレーション方法。
【請求項７】
前記配置位置データは複数あることを特徴とする請求項６記載のマニピュレーション方法。
【請求項８】
試料ステージを駆動して、試料ステージに載置された第１の試料上の微小物体をプローブ下に移動させる第１の移動工程と、プローブを駆動して当該プローブ下に位置する微小物体を捕捉する捕捉工程と、試料ステージを駆動して、第２の試料上において微小物体が配置されるべき配置位置をプローブ下に移動させる第２の移動工程と、プローブに捕捉された微小物体を、第２の試料上での前記配置位置に配置する配置工程とを有するマニピュレーション方法であって、第２の試料上での前記配置位置のデータが予め記憶されており、第１の移動工程における前記試料ステージの移動量と当該データとに基づいて、第２の移動工程において前記試料ステージを駆動することを特徴とするマニピュレーション方法。
【請求項９】
前記第１の試料と前記第２の試料は、同一の試料からな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】
前記試料からの情報を検出して、当該情報に基づいて画像を形成する画像形成工程をさらに有し、前記第２の試料上での配置位置が、当該画像における所定箇所に位置することを特徴とする請求項８若しくは９記載のマニピュレーション方法。
【請求項１１】
前記プローブが、前記画像における所定箇所に対応する位置にて昇降す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方法。
【請求項１２】
前記画像における所定箇所は、当該画像の中心部であることを特徴とする請求項１０若しくは１１記載のマニピュレーション方法。
【請求項１３】
前記第２の試料上での配置位置は、複数あることを特徴とする請求項８乃至１２何れかに記載のマニピュレーション方法。
【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装置及びマニピュレーション方法に関する。
【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、微小物体の帯電状態は電子ビームの加速電圧により制御されて正に帯電されているので、プローブに負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正電位を印加するとともに試料に負電位を印加する。このとき、微小物体には電子ビームが続けて照射されて正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、プローブへの微小物体の捕捉及びプローブからの離脱の再現性を向上させる手法を検討したものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−８８１００号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなマニピュレーション装置及びマニピュレーション方法においては、試料上に置かれている移動操作の対象である微小物体の特定を行った後、プローブによる当該微小物体の捕捉や、その後の試料ステージの移動、及び試料上における所定箇所への当該微小物体の配置を、オペレータの手動によるマニュアル操作によって実行していたため、手間がかかることとなって処理効率が良くなかった。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、処理効率の良いマニピュレーション装置及びマニピュレーション方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【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装置は、試料を載置するための試料ステージと、試料ステージに載置された試料上に微小物体を配置するためのプローブと、試料ステージを駆動するためのステージ駆動部と、ステージ駆動部を制御するための制御部と、制御データを記憶するための記憶部とを備えるマニピュレーション装置であって、前記記憶部には、前記試料上において微小物体が配置されるべき配置位置データが記憶されてい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装置は、荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源から放出された荷電粒子ビームを制御して試料上に照射するための照射レンズ系と、荷電粒子ビームが照射された試料からの情報を検出するための検出器と、検出器により検出された情報に基づいて画像を形成するための画像形成部と、試料を載置するための試料ステージと、試料ステージに載置された試料上に微小物体を配置するためのプローブと、試料ステージを駆動するためのステージ駆動部と、ステージ駆動部を制御するための制御部と、制御データを記憶するための記憶部とを備えるマニピュレーション装置であって、前記記憶部には、前記試料上において微小物体が配置されるべき配置位置データが記憶されており、前記制御部は、当該配置位置データに基づいてステージ駆動部を制御することにより前記試料ステージを駆動し、これにより前記試料上において微小物体が配置されるべき位置が、前記画像形成部により形成された画像における所定箇所に位置することを特徴とする。
さらに、本発明に基づくマニピュレーション方法は、試料ステージに載置された試料上に、プローブによって微小物体を配置するマニピュレーション方法であって、前記試料ステージが、予め記憶された配置位置データに基づいて駆動されることを特徴とする。
【００１２】
そして、本発明に基づく他のマニピュレーション方法は、試料ステージを駆動して、試料ステージに載置された第１の試料上の微小物体をプローブ下に移動させる第１の移動工程と、プローブを駆動して当該プローブ下に位置する微小物体を捕捉する捕捉工程と、試料ステージを駆動して、第２の試料上において微小物体が配置されるべき配置位置をプローブ下に移動させる第２の移動工程と、プローブに捕捉された微小物体を、第２の試料上での前記配置位置に配置する配置工程とを有するマニピュレーション方法であって、第２の試料上での前記配置位置のデータが予め記憶されており、第１の移動工程における前記試料ステージの移動量と当該データとに基づいて、第２の移動工程において前記試料ステージを駆動す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２つの試料Ｓ１及びＳ２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が設けられており、また、その他方の端部（下端部）には、２つの試料Ｓ１，Ｓ２を載置して支持するための試料ステージ（載置台）４が設けられている。そして、試料ステージ４は、ステージ駆動機構（ステージ駆動部）４ａにより駆動される。
電子光学鏡筒３内の電子銃３ａから放出された電子ビームＥＢは、集束レンズ３ｂ、偏向コイル３ｃ、及び対物レンズ３ｄを介して試料ステージ４上の試料Ｓ１，Ｓ２のうちのいずれかの上面に照射され、その照射領域において走査される。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が照射された試料の上面からは、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（画像形成部）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視野像データ（視野画像）を形成する。よって、これにより、電子ビームＥＢが照射された試料に応答して、当該試料の視野像が検出される。
【００１７】
画像処理部８にて画像処理により作成された視野像データは、画像表示部９に送られて視野像として画像表示される。
【００１８】
試料室２内での試料ステージ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、針状となっており、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、上記ステージ駆動機構４ａにはステージ駆動制御部（制御部）１８が接続されており、当該ステージ駆動制御部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１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にはキーボード等からなる入力部１９が接続されており、オペレータが当該入力部１９を操作することにより、マニピュレーション装置１を制御するためのデータ等を入力することができる。
【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、上記試料ステージ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、試料ステージ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を介してマウス等のポインティングデバイス２１が接続されており、上記入力部１９を介した入力操作の代わりに、ポインティングデバイス２１を用いた入力操作を行うことや、ポインティングデバイス２１による各駆動部及び駆動制御部のマニュアル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（制御部）２２により適宜制御される。当該システムコントローラ２２には、メモリ（記憶部）２２ａが接続されており、このメモリ２２ａには、マニピュレーション装置１を制御するための各種制御データが記憶されるようになっている。
これにより、システムコントローラ２２は、メモリ２２ａに記憶されている各種の制御データに基づいてマニピュレーション装置１を制御することとなる。また、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〜図４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詳述する。ここで、図２〜図４は、本発明でのマニピュレーション方法における各工程を示す要部の概略図である。
【００２６】
試料室２内の試料ステージ４上の所定箇所には、２つの試料Ｓ１，Ｓ２が載置されている。このとき、試料Ｓ１上における所定領域Ｑには、移動操作の対象となっている微小物体３１が複数個集められて載置されている。そして、このマニピュレーション装置１では、一例として、試料Ｓ１上に置かれている微小物体３１を試料Ｓ２上での所定の配置位置に配置することができ、以下に説明する。
この状態で、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により制御し、試料ステージ４上に電子ビームＥＢが照射されるようにする。これ以降、試料ステージ４上には、電子ビームＥＢが照射され続けられ、試料ステージ４の移動駆動により、電子ビームＥＢの照射領域に試料Ｓ１もしくは試料Ｓ２が位置する状態となれば、当該試料Ｓ１上もしくは試料Ｓ２上に電子ビームＥＢが照射されることとなり、これに基づいてそれぞれ視野画像が形成される。
【００２７】
その後、試料ステージ４をステージ駆動制御部１８により駆動制御し、まず、試料Ｓ１上での基準位置（図示せず）の画像を得、その後、試料ステージ４を移動させ、試料Ｓ２上での基準位置（図示せず）の画像を得る。このとき、試料Ｓ１の基準位置の画像を得た後、試料Ｓ２の基準位置の画像を得る際での試料ステージ４の移動量を検出しておく。
【００２８】
次に、試料ステージ４を移動し、マニピュレーション装置１における視野画像の中心部に、試料Ｓ１上での所定領域Ｑが位置するようにする。ここで、試料Ｓ１上において、基準位置に対するこの所定領域Ｑの位置座標は予め設定されており、当該位置座標に基づく座標データはメモリ２２ａに記憶されている、よって、当該座標データに基づいて試料ステージ４が駆動される。
【００２９】
マニピュレーション装置１における視野画像の中心部に対応する位置には、第１のプローブ１０が配置されており、当該位置においてプローブ１０は昇降動作を行うようになっている。
【００３０】
従って、上記のように試料ステージ４が移動し、マニピュレーション装置１における視野画像の中心部に、試料Ｓ１上での所定領域Ｑが位置した状態は、図２に示すように、プローブ１０の下方にこの所定領域Ｑが位置することとなる。ここで、試料Ｓ１の所定領域Ｑには、上述のごとく、移動操作の対象となっている微小物体３１が複数個集められて載置されている。
【００３１】
次いで、プローブ１０に所定の負電位を印加するとともに、このプローブ１０を降下させる。このときのプローブ１０に印加される負電位は、後述するように正に帯電された微小物体３１のうちの１つをクーロン引力により引き寄せる電位として予め設定され、また、プローブ１０の降下量は、微小物体３１に接近する往復距離として設定されている。そして、各設定条件に基づく設定データはメモリ２２ａに記憶されている。よって、当該設定データに基づいてプローブ１０への制御が行われる。
【００３２】
試料Ｓ１の所定領域Ｑには電子ビームＥＢが照射されており、この所定領域Ｑにある複数の微小物体３１の帯電状態は電子ビームＥＢの加速電圧により制御されて正に帯電されている。従って、負電位が印加されたプローブ１０が降下し、プローブ１０下に位置する微小物体３１に接近すると、クーロン引力が作用して１つの微小物体３１ａがプローブ１０の先端部に引き寄せられる。これにより、当該微小物体３１ａが、プローブ１０の先端部に付着する。
【００３３】
その後、この状態でプローブ１０を上昇させることにより、図３に示すように、微小物体３１ａがプローブ１０により捕捉される。なお、このときのプローブ１０が上昇する上昇量は、上記の往復距離として設定されている。
【００３４】
次に、試料ステージ４を移動して、マニピュレーション装置１における視野画像の中心部に、試料２での微小物体が配置されるべき第１の配置位置Ｐ１が位置するようにする。ここで、試料Ｓ２上において、基準位置に対する第１の配置位置Ｐ１の位置座標は予め設定され、当該位置座標に基づく座標データ（配置位置データ）はメモリ２２ａに記憶されている。よって、当該座標データに基づいて試料ステージ４が駆動される。
【００３５】
試料ステージ４の移動後の状態を図４に示す。同図に示すように、プローブ１０には所定の負電位が印加されて、その先端部に微小物体３１ａを捕捉して保持した状態となっており、当該プローブ１０の下方に試料Ｓ２における第１の配置位置Ｐ１が位置することとなる。
【００３６】
そして、先端部に微小物体３１ａを保持した状態で、プローブ１０を降下させる。このときのプローブ１０の降下量は、試料Ｓ２の上面に接近する往復距離として設定されている。そして、この設定条件に基づく設定データはメモリ２２ａに記憶されている。よって、当該設定データに基づいてプローブ１０への制御が行われる。
【００３７】
これにより、試料Ｓ２における第１の配置位置Ｐ１にプローブ１０を接近させる。この後、プローブ１０に所定の正電位を印加するとともに、試料ステージ４に所定の負電位とされたステージ用負電位を印加させる。このときのプローブ１０へ印加される正電位及び試料ステージ４に印加されるステージ用負電位は、予め設定されている。そして、各設定条件に基づく設定データはメモリ２２ａに記憶されている。よって、当該設定データに基づいて、プローブ１０及び試料ステージ４への制御が行われる。
このとき、微小物体３１ａには電子ビームＥＢが照射されて正に帯電されているので、微小物体３１ａとプローブ１０との間にはクーロン斥力が作用するとともに、微小物体３１ａと試料Ｓ２との間にはクーロン引力が作用する。この結果、プローブ１０に捕捉されていた微小物体３１ａが、試料Ｓ２上における第１の配置位置Ｐ１に置かれる。
【００３８】
この後、プローブ１０を上昇させることにより、プローブ１０の先端部から微小物体３１ａが離脱する。この結果、図５に示すように、微小物体３１ａが試料Ｓ２上での第１の配置位置Ｐ１に配置される。
【００３９】
以上の各工程により、マニピュレーション方法によって、試料Ｓ１の所定箇所に載置されていた微小物体３１（３１ａ）が、試料Ｓ２上における所定の配置位置（第１の配置位置Ｐ１）に配置されることとなる。そして、さらに試料Ｓ２上において微小物体３１が配置されるべき配置位置が複数箇所あり、各配置箇所にそれぞれ微小物体３１を配置する際には、以降、上述の工程を順次繰り返して実施すれば良い。
【００４０】
すなわち、例えば図５に示すように、試料Ｓ２上において微小物体３１が配置されるべき配置位置がＰ１〜Ｐ４までの４箇所ある場合には、試料Ｓ２上の上記基準位置に対する配置位置Ｐ１〜Ｐ４の各位置座標を予め設定して、当該各位置座標に基づく各座標データをメモリ２２ａに記憶させておく。
【００４１】
そして、上述の工程を行うことにより、まず、試料Ｓ２上における第１の配置位置Ｐ１に微小物体３１（３１ａ）を配置する。
【００４２】
その後、試料Ｓ２上における配置位置Ｐ２〜Ｐ４の各座標データを、メモリ２２ａから順次読み出して、図５に一点鎖線で示すように、配置位置Ｐ２〜Ｐ４に微小物体３１（３１ｂ〜３１ｄ）を順番に配置していく。
【００４３】
このようなマニピュレーション装置及びマニピュレーション方法においては、メモリ２２ａに座標データ（配置位置データ）が記憶されており、当該座標データに基づいて試料ステージ４が駆動されるので、オペレータの手動によらずに自動動作によって処理されることとなり、マニピュレーション処理を効率良く実施することができる。
【００４４】
なお、上記の実施例においては、形成される視野画像の中心部においてプローブが１０昇降する構成とされ、当該中心部にて微小物体３１の配置を行うようになっているが、特に視野画像の中心部に限定される必要はない。
【００４５】
すなわち、視野画像における任意の箇所を決めておき、この箇所（所定箇所）においてプローブ１０が昇降するようにし、当該箇所にて微小物体３１の配置を行うようにしてもよい。
【００４６】
また、上記の実施例においては、第１のプローブ１０によりマニピュレーションを行っていたが、第２のプローブ１１によってマニピュレーションを行うようにしても良い。
【００４７】
さらに、上記の実施例においては、試料Ｓ１及び試料Ｓ２は、個別の試料とされていたが、当該試料Ｓ１，Ｓ２が同一の試料からなり、当該同一の試料上でマニピュレーションを行うようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】本発明おけるマニピュレーション方法での一工程を示す図であって、プローブ１０の下方に試料Ｓ１の所定領域が位置する状態を示した図である。
【図３】本発明におけるマニピュレーション方法での一工程を示す図であって、微小物体３１ａがプローブ１０により捕捉された状態を示した図である。
【図４】本発明におけるマニピュレーション方法での一工程を示す図であって、プローブ１０の下方に試料Ｓ２における第１の配置位置Ｐ１が位置した状態を示す図である。
【図５】本発明におけるマニピュレーション方法での一工程を示す図であって、微小物体３１ａが試料Ｓ２上での第１の配置位置Ｐ１に配置された状態を示す図である。
【符号の説明】
１…マニピュレーション装置、２…試料室、３…電子光学鏡筒、４…試料ステージ、４ａ…ステージ駆動機構（ステージ駆動部）、１０…プローブ、１８…ステージ駆動制御部（制御部）、２２…システムコントローラ（制御部）、２２ａ…メモリ（記憶部）、３１（３１ａ）…微小物体、Ｓ１，Ｓ２…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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