JP2021057331A - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このように従来、自動MSの安定性は十分ではなく、自動MSを安定化し、スループットを向上させることが求められていた。
ここで従来、対象物の位置の検出に失敗して自動MSが停止してしまう場合、自動MSが停止する度にユーザーが対処をしなくてはならず、スループットの低下を招いていた。上記(1)に記載の態様に係る複合荷電粒子ビーム装置では、第1の判定に失敗した場合であっても、第2の判定の結果に基づいて対象物の位置を検出することができるため、位置検出の成功率の向上、テンプレートマッチング失敗時のリカバリを可能とする。
上記(2)に記載の態様に係る複合荷電粒子ビーム装置では、テンプレートマッチングに基づく判定の結果に応じて行われる機械学習のモデルに基づく判定の結果に基づいて対象物の位置を検出することができるため、テンプレートマッチングと機械学習のモデルとに基づいて自動MSを安定化できる。特に、上記(2)に記載の態様に係る複合荷電粒子ビーム装置では、テンプレートマッチングに失敗した場合であっても、機械学習のモデルに基づいて、対象物の位置を検出できる。
上記(3)に記載の態様に係る複合荷電粒子ビーム装置では、対象物の位置の判定に用いられる判定の種類(適切な画像処理アルゴリズム)を選択できるため、対象物の位置の検出の精度を向上させることができる。
上記(4)に記載の態様に係る複合荷電粒子ビーム装置では、第1の判定の結果と第2の判定の結果との少なくとも一方に基づいて選択された第4の判定の結果に基づいて対象物の位置を検出することができるため、第2の判定の結果に基づいて対象物の位置を検出する場合に比べて自動MSを安定化できる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。図1は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10と画像処理用コンピュータ30との構成の一例を示す図である。荷電粒子ビーム装置10に備えらえる制御用コンピュータ22は、荷電粒子ビームの照射によって取得した画像データを取得する。制御用コンピュータ22は、画像処理用コンピュータ30とデータの送受信を行う。画像処理用コンピュータ30は、制御用コンピュータ22から受信した画像データに含まれる対象物を、まずテンプレートTを用いたテンプレートマッチングに基づいて判定する。画像処理用コンピュータ30は、テンプレートマッチングによる判定に失敗した場合、機械学習モデルMに基づいて当該対象物を判定する。制御用コンピュータ22は、画像処理用コンピュータ30の判定結果に基づいて、対象物に関する位置の制御を行う。
制御用コンピュータ22は、対象物に関する位置についての第1の判定(テンプレートマッチング)の結果に応じて対象物の位置についての第2の判定(機械学習モデルMに基づく判定)を行い、第2の判定の結果と、荷電粒子ビームの照射によって取得した画像を含む情報に基づいて第2対象物に関する位置の制御を行うコンピュータの一例である。
なお、画像処理用コンピュータ30は、荷電粒子ビーム装置10に備えられてもよい。
(荷電粒子ビーム装置)
図2は、実施形態の荷電粒子ビーム装置10の構成の一例を示す図である。荷電粒子ビーム装置10は、試料室11と、試料ステージ12と、ステージ駆動機構13と、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と、ガス供給部17と、ニードル18と、ニードル駆動機構19と、吸収電流検出器20と、表示装置21と、制御用コンピュータ22と、入力デバイス23とを備える。
表示装置21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。
図4は試料片ホルダPの平面図であり、図5は側面図である。試料片ホルダPは、切欠き部41を有する略半円形板状の基部42と、切欠き部41に固定される試料台43とを備えている。基部42は、一例として円形板状の金属で形成されている。試料台43は櫛歯形状であり、離間配置されて突出する複数で、試料片Qが移設される柱状部(以下、ピラーとも言う)44を備えている。
次に図6を参照し、画像処理用コンピュータ30について説明する。図6は、本実施形態に係る画像処理用コンピュータ30の構成の一例を示す図である。画像処理用コンピュータ30は、制御部300と、記憶部305とを備える。
制御部300は、学習データ取得部301と、学習部302と、判定画像取得部303と、判定部304とを備える。
また、機械学習モデルMには、複数のモデルが含まれる。機械学習モデルMに含まれる複数のモデルは、モデルの生成に用いられた学習データのセットだけでなく、機械学習のアルゴリズムによっても区別される。
なお、以下の説明において画像に撮像されている、または描画されている対象物を、この画像の対象物という場合がある。
判定部304は、テンプレートマッチングに失敗した場合、学習部302によって学習が実行された機械学習モデルMに基づいて、判定画像取得部303が取得した判定画像に含まれる対象物の位置を判定する。
対象物の位置の判定にいずれのアルゴリズムを用いるかは、例えば、ユーザーによって予め設定される。
テンプレートマッチングに基づく判定は、第1の判定の一例であり、機械学習モデルMに基づく判定は、第2の判定の一例である。
(初期設定工程)
図7は、本実施形態に係る初期設定工程の一例を示す図である。
ステップS10:制御用コンピュータ22は、モード及び加工条件の設定を行う。モードの設定とは、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設定である。加工条件の設定は、加工位置、寸法、試料片Qの個数等の設定である。
ここでステップS20においては、対象物とは、柱状部44である。以下の工程においても、判定部304が対象物の位置を判定する処理は、対象物が試料片Qである場合を除いて同様である。
図8及び図9は、本実施形態に係る柱状部44の一例を示す図である。図8及び図9に示す柱状部A0は、柱状部44の設計上の構造の一例である。ここで図8は、柱状部A0の上面図であり、図9は、柱状部A0の側面図である。柱状部A0は、基部A02に段上の構造のピラーA01が接着された構造を有する。
学習画像X11、学習画像X12、学習画像X13では、ピラーA11、ピラーA21、ピラー31の形状はそれぞれ異なっている。一方、学習画像X11、学習画像X12、学習画像X13では、基部A12、基部A22、基部A32の形状は同一である。
学習画像X21、学習画像X22、学習画像X23では、ピラーA51、ピラーA61、ピラー71の形状はそれぞれ異なっている。一方、学習画像X21、学習画像X22、学習画像X23では、基部A52、基部A62、基部A72の形状は同一である。
学習画像の対象物体は、複数の学習画像の対象物体相互間において同じ形状の部位が含まれていることが好ましい。
制御用コンピュータ22は、画像処理用コンピュータ30によって判定された柱状部44の位置を示す位置情報に基づいて、柱状部44の位置を登録する。
なお、柱状部44の学習画像では、柱状部44のうち試料台43の両端に位置する柱状部の画像が含まれることが好ましい。この学習画像を含む学習データを用いて生成された機械学習モデルMに基づいて、画像処理用コンピュータ30は、柱状部44のうち試料台43の両端の柱状部を、両端以外の柱状部と区別して検出する。制御用コンピュータ22は、検出した両端の柱状部の位置から試料片ホルダPの傾きを算出してもよい。制御用コンピュータ22は、算出した傾きに基づいて対象物の位置の座標の値を補正してもよい。
図13は、本実施形態に係る試料片ピックアップ工程の一例を示す図である。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。
ここで図14を参照し、制御用コンピュータ22が実行するニードル18の移動のための処理について説明する。図14は、本実施形態に係るニードル18の移動処理の一例を示す図である。図14のステップS510からステップ540は、図13のステップS50に対応する。
ステップS520:制御用コンピュータ22は、ニードル18の先端を検出する。ここで制御用コンピュータ22は、対象物としてニードル18が含まれる吸収電流画像データを画像処理用コンピュータ30に送信する。
図16は、本実施形態に係るニードル18の先端が含まれるSEM画像データの一例を示す図である。図17は、本実施形態に係るニードル18先端が含まれるSIM画像データの一例を示す図である。
以下では、ニードル18の先端の位置を判定できない場合を異常ケースということがある。
ステップS530:制御用コンピュータ22は、試料片Qのピックアップ位置を検出する。ここで制御用コンピュータ22は、対象物として試料片Qが含まれるSIM画像とSEM画像を画像処理用コンピュータ30に送信する。
図23は、本実施形態に係るピックアップ位置判定処理の一例を示す図である。図23に示すステップS5310からステップS5370までの各処理は、図14のステップS530の処理に対応する。
判定部304は、ピックアップ位置を判定できたと判定する場合(ステップS5320;YES)、判定したピックアップ位置を示す位置情報を制御用コンピュータ22に出力し、ピックアップ位置判定処理を終了する。一方、判定部304は、ピックアップ位置を判定できなかったと判定する場合(ステップS5320;NO)、ステップS5330の処理を実行する。
判定部304は、ピックアップ位置を判定できたと判定する場合(ステップS5350;YES)、判定したピックアップ位置を示す位置情報を制御用コンピュータ22に出力し、ピックアップ位置判定処理を終了する。一方、判定部304は、ピックアップ位置を判定できなかったと判定する場合(ステップS5350;NO)、ステップS5360の処理を実行する。
図24は、本実施形態に係る試料片Qが含まれるSIM画像データの一例を示す図である。図24では、試料片Qの一例として、試料片Q71が、ピックアップ位置を示す円とともに示されている。
例えば、前回の対象物を判定する処理において、機械学習モデルM−kに基づいて対象物を判定できた場合に、判定部304は、この機械学習モデルM−kの順番を、機械学習モデルMに含まれる機械学習モデルM−i(i=1、2、・・・、N:Nはモデルの数)のなかにおいて最初の順番としてもよい。あるいは、判定部304は、この機械学習モデルM−kの順番を、所定の順位(例えば1つ)だけ繰り上げてもよい。また、前回の対象物を判定する処理において、機械学習モデルM−mに基づいて対象物を判定できなかった場合に、判定部304は、この機械学習モデルM−mの順番を最後の順番としてもよい。あるいは、判定部304は、この機械学習モデルM−mの順番を所定の順位(例えば1つ)だけ繰り下げてもよい。
機械学習モデルMを更新するとは、機械学習モデルMに、新たに学習を実行した結果得られたモデルを追加することである。あるいは、機械学習モデルMを更新するとは、新たに学習を実行した結果得られたモデルによって、機械学習モデルMに含まれる複数のモデルのうちいずれかを置き換えることであってもよい。
例えば学習部302は、更新する前の機械学習モデルMに基づいて、テスト画像セットに含まれる画像に含まれる対象物を判定部304に判定させ、判定結果に基づいて判定精度を算出する。次に、学習部302は、更新した後の機械学習モデルMに基づいて、テスト画像セットに含まれる画像に含まれる対象物を判定部304に判定させ、判定結果に基づいて判定精度を算出する。学習部302は、例えば、判定精度として、テスト画像セットに含まれる画像に対する対象物の判定に成功した画像の割合を算出する。学習部302は、更新した後の機械学習モデルMが更新する前の機械学習モデルMに比べて判定精度が向上した場合、更新した機械学習モデルMによって記憶部305に記憶される機械学習モデルMを置き換える。一方、学習部302は、更新した後の機械学習モデルMが更新する前の機械学習モデルMに比べて判定精度が向上していない場合、更新した後の機械学習モデルMを破棄する。
なお、学習画像には、後述する疑似画像が含まれてもよい。
画像O2によれば、機械学習モデルM2は領域R21及び領域R22を特徴点として用いて判定を行っている。領域R21はニードルの先端の位置に対応する。一方、領域R22はニードルの先端以外の位置に対応する。領域R22がニードルの先端以外の位置に対応するという条件を課して、追加画像I1を機械学習モデルM2の学習に用いれば、領域R22が示すニードルの先端以外の位置をニードルの先端として判定することが抑制されることが期待される。この場合、ユーザーは、追加画像I1を学習画像Y5に追加することは妥当であると判定する。
ステップS540:制御用コンピュータ22は、検出したピックアップ位置までニードル18を移動させる。
以上で、制御用コンピュータ22は、ニードル18の移動処理を終了する。
ステップS60:制御用コンピュータ22は、ニードル18と試料片Qとを接続する。ここで制御用コンピュータ22は、デポジション膜を用いて接続を行う。
ステップS70:制御用コンピュータ22は、試料Sと試料片Qとを加工分離する。ここで図30は、加工分離の様子を示しており、本発明の実施形態に係るSIM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。
図31は、本実施形態に係る試料片マウント工程の一例を示す図である。ここで試料片マウント工程とは、摘出した試料片Qを試料片ホルダPに移設する工程のことである。ステップS100:制御用コンピュータ22は、試料片Qの移設位置を判定する。ここで制御用コンピュータ22は、上述のステップS20において登録した特定の柱状部44を、移設位置として判定する。
ステップS120:制御用コンピュータ22は、ニードル18を移動させる。ここで制御用コンピュータ22は、ニードル18をステップS100で判定した試料片Qの移設位置までニードル駆動機構19によってニードル18を移動させる。制御用コンピュータ22は、柱状部44と試料片Qとの間に予め定めた空隙を空けてニードル18を停止させる。
ステップS140:制御用コンピュータ22は、ニードル18と試料片Qとを分離する。ここで制御用コンピュータ22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を切断することによって分離を行う。
ステップS150:制御用コンピュータ22は、ニードル18を退避させる。ここで制御用コンピュータ22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。
以下、図面を参照しながら本発明の第2の実施形態について詳しく説明する。
本実施形態では、学習画像として、対象物の種類に応じて生成された疑似画像が用いられたり、対象物の種類に応じて用いられる機械学習モデルが選択されたりする場合について説明をする。
本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10を荷電粒子ビーム装置10aといい、画像処理用コンピュータ30を画像処理用コンピュータ30aという。
制御部300aは、学習データ取得部301と、学習部302と、判定画像取得部303と、判定部304とに加え、学習画像生成部306aと、分類部307aとを備える。
パターン画像PTとは、対象物の内部構造に応じたパターンを示す画像である。パターン画像PTは、荷電粒子ビームの照射によって得られたSIM画像やSEM画像であってもよいし、画像ソフトウェアを用いて描画された画像であってもよい。
図33は、本実施形態に係るベアウェアBWの一例を示す図である。図33では、試料片QのベアウェアBWとして、ベアウェアBW1、ベアウェアBW2、ベアウェアBW3が示されている。ベアウェアBW1、ベアウェアBW2、ベアウェアBW3は、複数のサイズの試料片Qの形状を模した画像である。なお、ベアウェアBW1、ベアウェアBW2、ベアウェアBW3には、ピックアップ位置を示す情報としてニードル18に対応する画像がそれぞれ含まれている。
分類部307aは、分類用学習モデルM2aに基づいて、判定画像取得部303が取得した判定画像を分類する。分類用学習モデルM2aは、対象物の種類に応じて、機械学習モデルM1aに含まれる複数のモデルのなかから、判定部304が判定に用いるモデルを選択するためのモデルである。ここで機械学習モデルM1aに含まれる複数のモデルは、モデルの生成に用いられた学習データのセットだけでなく、機械学習のアルゴリズムによっても区別される。
図36は、本実施形態に係るピックアップ位置の検出処理の一例を示す図である。
ステップS310:分類部307aは、分類用学習モデルM2aに基づいて、判定画像取得部303が取得した判定画像を分類する。
ステップS320:分類部307aは、分類した結果に応じて、機械学習モデルM1aに含まれる複数のモデルのなかから、判定部304が判定に用いる機械学習モデルを選択する。なお、分類部307aは、分類した結果に応じて、判定部304が判定に用いるアルゴリズムとしてテンプレートマッチングを選択してもよい。
ステップS330:判定部304は、分類部307aが選択した機械学習モデルに基づいて、判定画像取得部303が取得した判定画像に含まれる試料片Qのピックアップ位置を判定する。ここで判定部304は、ステップS330において上述した図23のピックアップ位置判定処理を実行する。
例えば、判定部304は、テンプレートマッチングに基づいて対象物の位置を判定し、続けて機械学習に基づいて対象物の位置を判定し、それぞれの判定結果が示す位置が一致した場合に、判定結果が示す位置を、対象物の位置として判定してもよい。
例えば、判定部304は、対象物の位置の判定について、前回に行った判定の結果に基づいて、次回の判定方法を選択してもよい。対象物の位置の判定について、前回に行った判定の結果に基づいて、次回の判定方法を選択する場合、例えば、判定部304は、前回に行った第1の判定の結果と、前回に行った第2の判定の結果とに基づいて、第1の判定の精度が第2の精度よりも低かった場合、次回の判定において第2の判定を最初に行ってもよい。
さらに判定部304は、第1の判定の種類や、第2の判定の種類について、前回行った判定の種類に基づいて次回に用いる判定の種類の種類を選択してもよい。
また、上述した実施形態における制御用コンピュータ22、画像処理用コンピュータ30、30aの一部、または全部を、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現してもよい。制御用コンピュータ22、画像処理用コンピュータ30、30aの各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
Claims (4)
- 試料から試料片を自動的に作製する荷電粒子ビーム装置であって、
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する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試料片ホルダを保持するホルダ固定台と、
対象物に関する位置についての第1の判定の結果に応じて行われる前記位置についての第2の判定の結果と、前記荷電粒子ビームの照射によって取得した画像を含む情報に基づいて前記位置の制御を行うコンピュータと、
を備える荷電粒子ビーム装置。 - 前記第1の判定は、前記対象物について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く判定であり、
前記第2の判定は、第2対象物の第2画像を含む第2情報が学習された機械学習のモデルに基づく判定である
請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記コンピュータは、判定の種類を選択するための第3の判定の結果に応じて前記第1の判定と、前記第2の判定とのうち少なくとも一方について前記種類を選択する
請求項1または請求項2に記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記コンピュータは、前記第1の判定の結果と前記第2の判定の結果との少なくとも一方に基づいて選択された第4の判定の結果と、前記荷電粒子ビームの照射によって取得した画像を含む情報に基づいて前記位置の制御を行う
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
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