JP7744009B2 - Mapping method and indentation mapping device - Google Patents
Mapping method and indentation mapping deviceInfo
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Description
本発明は、マッピング方法及びインデンテーションマッピング装置に関する。 The present invention relates to a mapping method and an indentation mapping device.
特許文献1には、ある物理量を1つ以上のパラメータからなるパラメータ空間上の各点座標の条件で測定し、その物理量のパラメータ空間上での分布を得るマッピング測定を行うマッピング方法及び測定装置が記載されている。このマッピング方法及び測定装置では、マッピング測定の途中に、コンピュータを利用して、それまでに測定した点の座標と物理量とを解析してその物理量の分布を近似する応答曲面を取得した後、その応答曲面の近似精度がより高まるように以降に測定する点の座標を決めて測定を行なう。応答曲面の取得には、多項式近似、Radial Basis Function法、スプライン補間、ガウス過程回帰、Kriging法、ロジスティック回帰を用いることができる。 Patent Document 1 describes a mapping method and measurement device that measures a physical quantity under the conditions of each point coordinate in a parameter space consisting of one or more parameters, and performs mapping measurement to obtain the distribution of that physical quantity in the parameter space. This mapping method and measurement device uses a computer to analyze the coordinates of points measured up to that point and the physical quantity during the mapping measurement to obtain a response surface that approximates the distribution of that physical quantity, and then determines the coordinates of points to be measured subsequently to further improve the approximation accuracy of the response surface. Polynomial approximation, radial basis function method, spline interpolation, Gaussian process regression, Kriging method, and logistic regression can be used to obtain the response surface.
特許文献2には、解析装置などが記載されている。解析装置は、複数のパラメータを用いて対象の事象を解析する解析モデルによって解析された解析結果を取得する取得部と、ベイズ最適化手法により、取得部により取得された解析結果に基づいて、対象の事象が解析モデルによって解析されたときの複数のパラメータの組み合わせを評価し、評価した複数のパラメータの組み合わせごとの評価結果に基づいて、複数のパラメータの組み合わせの中から、解析モデルのパラメータの組み合わせを決定する最適化処理部と、を備える。 Patent Document 2 describes an analytical device. The analytical device includes an acquisition unit that acquires analysis results obtained by an analytical model that analyzes a target phenomenon using multiple parameters, and an optimization processing unit that uses a Bayesian optimization method to evaluate combinations of parameters when the target phenomenon is analyzed by the analytical model based on the analysis results acquired by the acquisition unit, and determines a parameter combination for the analytical model from among the multiple parameter combinations based on the evaluation results for each evaluated combination of parameters.
特許文献3には、製品に要求される要求項目を満たすように、製品を構成する構成要素の設計値を求める製品設計装置及び製品設計方法が記載されている。例えばこの製品設計装置は複数の要求項目を満たすように、複数の構成要素における複数の設計値を、要求項目を目的変数とし構成要素を説明変数とする多点探索のベイズ最適化を用いることによって求める設計処理部と、設計処理部で求めた複数の設計値を出力する出力部とを備えている。 Patent Document 3 describes a product design device and a product design method that determine design values for components that make up a product so that the product meets its requirements. For example, this product design device includes a design processing unit that determines multiple design values for multiple components to meet multiple requirements by using Bayesian optimization in a multi-point search with the requirements as the objective variable and the components as the explanatory variables, and an output unit that outputs the multiple design values determined by the design processing unit.
特許文献2、3に記載されるように、いわゆる最適化の手法としてベイズ最適化が知られている(特許文献2、3参照)。ベイズ最適化では、その最適化の過程において逐次、ガウス過程回帰によって応答曲面を求める。特許文献1に記載されるように、ガウス過程回帰も、分布の近似方法として知られたものである。 As described in Patent Documents 2 and 3, Bayesian optimization is known as a so-called optimization technique (see Patent Documents 2 and 3). In Bayesian optimization, a response surface is found sequentially during the optimization process using Gaussian process regression. As described in Patent Document 1, Gaussian process regression is also known as a method for approximating distributions.
特許文献4には、アンテナから放射される電界又は磁界の受信強度分布を測定する際の測定位置を制御する測定位置制御装置及び方法が記載されている。この測定位置制御装置及び方法では、測定される磁界の最大値付近、最小値付近又は極部分においては直前の測定位置と次の測定位置との走査間隔を小さく、それ以外の場所では直前の測定位置と次の測定位置との走査間隔を大きくするようにされている。最大値などの付近であるか否かは、既に取得した複数の測定値に基づき最小二乗法等を用いて近似曲線を予測し、この近似曲線に基づいて判断する。この測定位置制御装置及び方法では、電界分布または磁界分布の測定時間を自動的に短縮することが可能とされている。 Patent document 4 describes a measurement position control device and method for controlling the measurement position when measuring the reception strength distribution of an electric or magnetic field radiated from an antenna. This measurement position control device and method reduces the scanning interval between the previous measurement position and the next measurement position when the measured magnetic field is near its maximum value, minimum value, or pole, and increases the scanning interval between the previous measurement position and the next measurement position in other locations. Whether or not the measurement is near a maximum value or the like is determined based on an approximate curve predicted using the least squares method or the like based on multiple measurement values already obtained, and a determination is made based on this approximate curve. This measurement position control device and method makes it possible to automatically shorten the measurement time for the electric or magnetic field distribution.
コンビナトリアル法は、2元系、3元系などの多元系の材料をあらゆる組成で混合し、評価した後で、所望の特性を有するものに関して組成を同定する手法である。コンビナトリアル法では、一度に多くの組成を試すことができるため、何度も組成を変えて実験を繰り返す労力を省くことができる。コンビナトリアル法では、例えば多元系の材料の組成を連続的に変えて薄膜状や層状の試料に形成し、この試料の各部の特性を評価して所望の特性を有する部分を探し出す。 The combinatorial method is a technique in which multi-component materials, such as binary and ternary systems, are mixed in various compositions, evaluated, and then the composition with the desired properties is identified. The combinatorial method allows many compositions to be tested at once, eliminating the need to repeatedly change the composition and repeat experiments. For example, the combinatorial method involves continuously changing the composition of a multi-component material to form a thin-film or layered sample, and then evaluating the properties of each part of this sample to find the part with the desired properties.
特許文献5にはコンビナトリアル法の一例が記載されている。特許文献4では、様々な化合物又は材料の組合せの物理的及び化学的性質を予測が往々にして極めて難しいことが指摘されている。特許文献5に記載されたコンビナトリアル法では、単一試料において金属、非金属、金属酸化物又は合金からなる3層以上の拡散多元体であって異種金属、非金属、金属酸化物又は合金の界面部位に複数の相互拡散領域を含む拡散多元体を形成し、拡散多元体の特性を相互拡散領域付近における組成の関数として評価する。 Patent Document 5 describes an example of a combinatorial method. Patent Document 4 points out that predicting the physical and chemical properties of combinations of various compounds or materials is often extremely difficult. The combinatorial method described in Patent Document 5 forms a diffusion multicomponent of three or more layers consisting of metals, nonmetals, metal oxides, or alloys in a single sample, the diffusion multicomponent including multiple interdiffusion regions at the interfaces between the different metals, nonmetals, metal oxides, or alloys, and evaluates the properties of the diffusion multicomponent as a function of composition near the interdiffusion regions.
素材の物理的性質、特に力学特性ないし機械的特性を評価する場合に、ナノインデンテーション法による試験(以下、インデンテーション試験と記載する場合がある)を行う場合がある。特許文献6に例示されるように、ナノインデンテーション法は圧子に荷重を加えて試料に押し込むことで試料の微小領域の力学特性ないし機械的特性(以下では単に力学特性と記載する)を評価する材料試験法である。ナノインデンテーション法は、局所的な力学特性の値が必要とされる膜などの材料を直接的に評価できる試験方法である。 When evaluating the physical properties of materials, particularly their mechanical or mechanical properties, nanoindentation testing (hereinafter sometimes referred to as indentation testing) may be performed. As exemplified in Patent Document 6, nanoindentation is a materials testing method in which a load is applied to an indenter, forcing it into the sample, to evaluate the mechanical or mechanical properties (hereinafter simply referred to as mechanical properties) of a microscopic region of the sample. Nanoindentation is a testing method that can directly evaluate materials such as films, where local mechanical property values are required.
非特許文献1には、ベイズ最適化において、獲得関数の未定パラメータを容易かつ適切に設定するため、評価点の勾配を用いて適応的にGP-UCBの獲得関数の未定パラメータを選択する方法が記載されている。 Non-Patent Document 1 describes a method for adaptively selecting the undetermined parameters of the acquisition function for GP-UCB using the gradient of the evaluation point in order to easily and appropriately set the undetermined parameters of the acquisition function in Bayesian optimization.
コンビナトリアル法では、面内で複数の材料組成を傾斜させ、一つの試料で多くの組成ないし材料種(以下、単に材料種と記載する)の特性を評価することを目的としてコンビナトリアル薄膜が利用される場合がある。コンビナトリアル薄膜を利用して所望の力学特性を有する材料種を探索したい場合には、コンビナトリアル薄膜の表面の各所に対してインデンテーション試験を行い、コンビナトリアル薄膜全体の力学特性をマッピングする場合がある。以下では、膜状や板状の材料(以下、単に膜等と記載する場合がある)の表面の各所に対してインデンテーション試験を行い、膜等の全体の力学特性をマッピングすることを、インデンテーションマッピングと記載する場合がある。 In combinatorial methods, combinatorial thin films are sometimes used to grade multiple material compositions within a plane and evaluate the properties of many compositions or material types (hereinafter simply referred to as material types) in a single sample. When using combinatorial thin films to search for material types with desired mechanical properties, indentation tests are sometimes performed on various points on the surface of the combinatorial thin film, and the mechanical properties of the entire combinatorial thin film are mapped. Hereinafter, performing indentation tests on various points on the surface of a film- or plate-shaped material (hereinafter simply referred to as a film, etc.) and mapping the overall mechanical properties of the film, etc., may be referred to as indentation mapping.
このインデンテーションマッピングのようなマッピングに際しては、いわゆる全数試験(インデンテーションマッピングの例では、コンビナトリアル薄膜の全面を均等割りしてインデンテーション試験の対象とするような場合)とすると、マッピングに要する試験時間や試験回数などの手間が大きくなるという問題がある。特に、所定の特性を有する部位(いわゆる、最適解)を特定したい場合には、マッピングに要する試験時間や試験回数を削減したいというニーズがある。そこで、ハイスループットなマッピング方法の提供が望まれる。 When performing mapping such as this indentation mapping, if a so-called full test is performed (in the case of indentation mapping, the entire surface of a combinatorial thin film is divided equally and subjected to indentation testing), there is a problem in that the testing time and number of tests required for mapping are significant. In particular, when trying to identify a region with specified properties (the so-called optimal solution), there is a need to reduce the testing time and number of tests required for mapping. Therefore, there is a need to provide a high-throughput mapping method.
しかしながら、特許文献4のように、予測した近似曲線に基づいて直前の測定位置と次の測定位置との走査間隔を変更するような方法では、ある程度のスループットの向上は見込めるにしても、十分なスループットの向上は望めない。また、特許文献4のような方法は、所定の特性を有する部位を少ない試験時間、少ない試験回数で特定するという目的には適さない。そこで、マッピング方法において、所定の特性を有する部位の特定につき、更なるハイスループット化が望まれる。 However, with methods such as those described in Patent Document 4, which change the scanning interval between the previous and next measurement positions based on a predicted approximation curve, although some improvement in throughput can be expected, a sufficient improvement in throughput cannot be expected. Furthermore, methods such as those described in Patent Document 4 are not suitable for the purpose of identifying areas with specified characteristics in a short test time and with a small number of tests. Therefore, there is a need for mapping methods that can further increase throughput in identifying areas with specified characteristics.
本発明は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、所定の特性を有する部位の特定についてハイスループットなマッピング方法及びインデンテーションマッピング装置を提供することにある。 The present invention was made in light of these circumstances, and its purpose is to provide a high-throughput mapping method and indentation mapping device for identifying regions with specified characteristics.
上記目的を達成するための本発明に係るマッピング方法は、
試料表面における測定対象領域を決定し、当該測定対象領域を複数の領域に分割したセル領域に分割する分割工程と、
現在の前記測定対象領域を新たな前記測定対象領域に更新し、且つ、前記セル領域を、現在の領域よりも狭い領域に更新する更新工程と、
複数の前記セル領域の中から探索点とする前記セル領域を決定する位置決定工程と、
前記探索点が決定された場合に当該探索点の前記セル領域の情報を測定する測定工程と、
前記測定対象領域の更新条件を満たしているか否かを判定する領域更新判定工程と、を含み、
前記位置決定工程は、前記測定工程で測定した測定結果を含むマッピングデータに基づいてベイズ最適化を行い、獲得関数の値が最大となる位置に基づいて次回の前記探索点とする前記セル領域を決定し、
前記更新工程は、前記領域更新判定工程において更新条件を満たしていると判定された場合に実行され、
前記更新工程では、新たな前記測定対象領域として、現在の前記測定対象領域に含まれる領域であり、直前の前記ベイズ最適化において導かれた所定の特性に関する期待値が最大又は最小と予測される位置を含む前記セル領域を含み、現在の前記測定対象領域よりも狭い領域を設定する。
In order to achieve the above object, a mapping method according to the present invention comprises:
a dividing step of determining a measurement target area on the sample surface and dividing the measurement target area into a plurality of cell areas;
an updating step of updating the current measurement target area to a new measurement target area and updating the cell area to an area smaller than the current area;
a position determination step of determining a cell area to be a search point from among the plurality of cell areas;
a measurement step of measuring information of the cell area of the search point when the search point is determined;
an area update determination step of determining whether an update condition for the measurement target area is satisfied;
The position determination step performs Bayesian optimization based on mapping data including the measurement results obtained in the measurement step, and determines the cell area to be the next search point based on the position where the value of the acquisition function is maximized;
the updating step is executed when it is determined in the area update determination step that an update condition is satisfied;
In the update process, a new measurement target area is set that is an area included in the current measurement target area, includes the cell area containing the position where the expected value for a specified characteristic derived in the previous Bayesian optimization is predicted to be maximum or minimum, and is narrower than the current measurement target area.
本発明に係るマッピング方法では、更に、
前記領域更新判定工程では、直近の2回以上の前記位置決定工程で前記探索点と決定された前記セル領域同士が隣接する場合に、前記更新条件を満たしていると判定してもよい。
The mapping method according to the present invention further comprises:
In the area update determination step, it may be determined that the update condition is satisfied when the cell areas determined as the search points in the most recent two or more position determination steps are adjacent to each other.
本発明に係るマッピング方法では、更に、
予め定めた3点以上 の前記セル領域を、前記測定工程における、マッピング開始時の前記探索点として決定する初期位置決定工程を更に含んでもよい。
The mapping method according to the present invention further comprises:
The method may further include an initial position determination step of determining three or more predetermined cell areas as the search points at the start of mapping in the measurement step.
本発明に係るマッピング方法では、更に、
前記セル領域があらかじめ定めた大きさになったか否かを判定するセル更新判定工程を更に含み、
前記更新工程は、前記領域更新判定工程において更新条件を満たしていると判定され、且つ、前記セル更新判定工程において、前記セル領域があらかじめ定めた大きさになっていないと判定された場合、前記更新工程を行ってもよい。
The mapping method according to the present invention further comprises:
The method further includes a cell update determination step of determining whether the cell area has reached a predetermined size,
The update process may be performed when it is determined in the area update determination process that the update conditions are met and when it is determined in the cell update determination process that the cell area has not reached a predetermined size.
本発明に係るマッピング方法では、更に、
マッピングの終了条件を満たすか否かを判定する終了判定工程を更に含み、
前記終了判定工程は、前記領域更新判定工程において更新条件を満たしていると判定され、且つ、前記セル更新判定工程において前記セル領域があらかじめ定めた大きさになったと判定された場合に実行されてもよい。
The mapping method according to the present invention further comprises:
further including a termination determination step of determining whether a termination condition for the mapping is satisfied;
The termination determination process may be executed when it is determined in the area update determination process that an update condition is satisfied and when it is determined in the cell update determination process that the cell area has reached a predetermined size.
本発明に係るマッピング方法では、更に、
前記終了判定工程は、前記位置決定工程において行われた、直近の2回以上の前記ベイズ最適化のそれぞれにおいて導かれた、前記期待値が最大又は最小と予測された位置が隣接又は重複する場合、マッピングの終了条件を満たすと判定してもよい。
The mapping method according to the present invention further comprises:
The termination determination step may determine that the termination condition for mapping is met if the positions predicted to have the maximum or minimum expected values derived in each of the most recent two or more Bayesian optimizations performed in the position determination step are adjacent or overlapping.
本発明に係るマッピング方法では、更に、
前記測定対象領域における、未探索の前記セル領域から一つ以上を選択し、当該選択されたセル領域の情報を測定する終了前測定工程を更に含み、
前記終了前測定工程は、前記終了判定工程でマッピングの終了条件を満たさないと判定された場合に実行してもよい。
The mapping method according to the present invention further comprises:
The method further includes a pre-termination measurement step of selecting one or more of the unsearched cell areas in the measurement target area and measuring information of the selected cell areas;
The pre-termination measurement step may be executed when it is determined in the termination determination step that the mapping termination condition is not satisfied.
本発明に係るマッピング方法では、更に、
前記測定工程は、前記情報として、試料表面に圧子を押し込んで前記圧子に作用する圧縮荷重及び前記圧子の押し込み深さを測定するインデンテーション試験を行うインデンテーション試験工程を含んでもよい。
The mapping method according to the present invention further comprises:
The measuring step may include an indentation test step of performing an indentation test in which an indenter is pressed into the surface of the sample to measure the compressive load acting on the indenter and the indentation depth of the indenter as the information.
本発明に係るマッピング方法では、更に、
前記分割工程は、前記セル領域の間隔を、前記圧子の押し込み時において前記圧子が前記試料表面に接触する部分の幅よりも大きく分割してもよい。
The mapping method according to the present invention further comprises:
The dividing step may divide the cell regions so that the intervals between the cell regions are larger than the width of a portion where the indenter contacts the sample surface when the indenter is pressed into the sample.
本発明に係るマッピング方法では、更に、
前記位置決定工程は、前記獲得関数の値が最大となる位置を仮の探索点と決定し、前記セル領域のうち既に前記インデンテーション試験が行われた前記セル領域を除き、前記仮の探索点と最も距離が近い前記セル領域を次回の前記探索点として決定してもよい。
The mapping method according to the present invention further comprises:
The position determination process may determine the position where the value of the acquisition function is maximum as a tentative search point, and determine the cell area among the cell areas that is closest to the tentative search point as the next search point, excluding the cell areas where the indentation test has already been performed.
本発明に係るマッピング方法では、更に、
前記マッピングデータに基づいてガウス過程による予測関数を取得し、当該予測関数の期待値をマッピング結果として出力する出力工程を更に含んでもよい。
The mapping method according to the present invention further comprises:
The method may further include an output step of obtaining a prediction function by a Gaussian process based on the mapping data, and outputting an expected value of the prediction function as a mapping result.
本発明に係るマッピング方法では、更に、
前記位置決定工程は、
前記更新工程を行う前に取得された前記セル領域の測定結果と、前記更新工程を行った後に取得された前記セル領域の測定結果とを含む前記マッピングデータに基づいて次回の前記探索点を決定してもよい。
The mapping method according to the present invention further comprises:
The position determining step includes:
The next search point may be determined based on the mapping data including the measurement results of the cell area obtained before the update process and the measurement results of the cell area obtained after the update process.
本発明に係るマッピング方法では、更に、
前記位置決定工程は、
前記更新工程を行う前に取得されたものであって、前記更新工程を行った後の測定対象領域に含まれる前記セル領域の測定結果と、前記更新工程を行った後に取得された前記セル領域の測定結果とを含む前記マッピングデータに基づいて次回の前記探索点を決定してもよい。
The mapping method according to the present invention further comprises:
The position determining step includes:
The next search point may be determined based on the mapping data, which was acquired before the update process and includes measurement results of the cell area included in the measurement target area after the update process, and measurement results of the cell area acquired after the update process.
上記目的を達成するための本発明に係るインデンテーションマッピング装置は、
試料表面に押し込まれる圧子と、
前記圧子の押し込み位置としての探索点を決定する制御部と、
前記圧子に作用する圧縮荷重及び前記圧子の押し込み深さを測定する測定部と、
前記探索点及び前記測定部が測定した測定結果を含むマッピングデータを記憶する記憶部と、を備え、
前記制御部は、
試料表面における測定対象領域を設定し、当該測定対象領域を複数の領域に分割したセル領域に分割する分割工程と、
現在の前記測定対象領域を新たな前記測定対象領域に更新し、且つ、前記セル領域を、現在の領域よりも狭い領域に更新する更新工程と、
複数の前記セル領域の中から探索点とする前記セル領域を決定する位置決定工程と、
前記測定対象領域の更新条件を満たしているか否かを判定する領域更新判定工程と、を実行し、
前記位置決定工程では、前記マッピングデータに基づいてベイズ最適化を行い、所定の特性に関する獲得関数の値が最大となる位置に基づいて次回の前記探索点とする前記セル領域を決定し、
前記領域更新判定工程において更新条件を満たしていると判定された場合に前記更新工程を実行し、
新たな前記測定対象領域として、現在の前記測定対象領域に含まれる領域であって、直前の前記ベイズ最適化において導かれた期待値が最大又は最小と予測される位置を含む前記セル領域を含み、現在の前記測定対象領域よりも狭い領域を設定する。
In order to achieve the above object, an indentation mapping apparatus according to the present invention comprises:
an indenter that is pressed into the sample surface;
a control unit that determines a search point as a pressing position of the indenter;
a measuring unit for measuring a compressive load acting on the indenter and an indentation depth of the indenter;
a storage unit that stores mapping data including the search points and the measurement results measured by the measurement unit,
The control unit
a dividing step of setting a measurement target area on the sample surface and dividing the measurement target area into a plurality of cell areas;
an updating step of updating the current measurement target area to a new measurement target area and updating the cell area to an area smaller than the current area;
a position determination step of determining a cell area to be a search point from among the plurality of cell areas;
an area update determination step of determining whether or not an update condition for the measurement target area is satisfied;
In the position determination step, Bayesian optimization is performed based on the mapping data, and the cell area to be the next search point is determined based on the position where a value of an acquisition function related to a predetermined characteristic is maximized;
When it is determined that the update condition is satisfied in the area update determination step, the update step is executed;
As the new measurement target area, an area that is included in the current measurement target area and includes the cell area that includes the position where the expected value derived in the immediately preceding Bayesian optimization is predicted to be maximum or minimum is set, and is narrower than the current measurement target area.
所定の特性を有する部位の特定についてハイスループットなマッピング方法を提供することができる。 This provides a high-throughput mapping method for identifying sites with specific characteristics.
図面に基づいて、本発明の実施形態に係るマッピング方法及びインデンテーションマッピング装置について説明する。 Based on the drawings, a mapping method and indentation mapping device according to an embodiment of the present invention will be described.
(概要の説明)
以下では、マッピング方法の一例として、インデンテーションマッピングを例示して説明する。
(Summary)
In the following, indentation mapping will be described as an example of a mapping method.
本実施形態に係るマッピング方法は、
試料表面における測定対象領域を決定し、当該測定対象領域を複数の領域に分割したセル領域に分割する分割工程と、現在の測定対象領域を新たな測定対象領域に更新し、且つ、セル領域を、現在の領域よりも狭い領域に更新する更新工程と、複数のセル領域の中から探索点とするセル領域を決定する位置決定工程と、探索点が決定された場合に当該探索点のセル領域の情報を測定する測定工程と、測定対象領域の更新条件を満たしているか否かを判定する領域更新判定工程と、を含む。
The mapping method according to this embodiment includes the following steps:
The method includes a division process for determining a measurement target area on the sample surface and dividing the measurement target area into a plurality of cell areas; an update process for updating the current measurement target area to a new measurement target area and updating the cell area to a smaller area than the current area; a position determination process for determining a cell area to be used as a search point from among the plurality of cell areas; a measurement process for measuring information about the cell area of the search point when the search point has been determined; and an area update determination process for determining whether the update conditions for the measurement target area are met.
位置決定工程は、測定工程で測定した測定結果を含むマッピングデータに基づいてベイズ最適化を行い、獲得関数の値が最大となる位置のセル領域を次回の探索点を決定する。 The position determination process performs Bayesian optimization based on mapping data including the measurement results obtained in the measurement process, and determines the cell area where the value of the acquisition function is maximized as the next search point.
更新工程は、領域更新判定工程において更新条件を満たしていると判定された場合に実行される。更新工程では、新たな測定対象領域として、現在の測定対象領域に含まれる領域であり、直前のベイズ最適化において導かれた所定の特性に関する予測関数の期待値(以下、単に期待値と記載する場合がある)が最大又は最小と予測される位置を含むセル領域を含み、現在の測定対象領域よりも狭い領域を設定する。 The update process is executed when it is determined in the area update determination process that the update conditions are met. In the update process, a new measurement target area is set that is an area included in the current measurement target area, includes a cell area containing a position where the expected value (hereinafter sometimes simply referred to as the expected value) of a prediction function for a specified characteristic derived in the immediately preceding Bayesian optimization is predicted to be maximum or minimum, and is smaller than the current measurement target area.
本実施形態に係るマッピング方法では、所定の特性を有する部位の特定についてハイスループット化を実現することができる。 The mapping method according to this embodiment can achieve high throughput in identifying regions with specific characteristics.
図1に示すように、本実施形態に係るインデンテーションマッピング装置100(以下、マッピング装置100と記載する)は、本実施形態に係るマッピング方法を用いたインデンテーションマッピング方法を実現するものである。 As shown in Figure 1, the indentation mapping device 100 according to this embodiment (hereinafter referred to as the mapping device 100) realizes an indentation mapping method using the mapping method according to this embodiment.
マッピング装置100は、試料9の表面に押し込まれる圧子2と、試料9の表面における圧子2の押し込み位置としての探索点を決定する制御部10と、圧子2に作用する圧縮荷重及び圧子2の押し込み深さを測定する測定部11と、探索点及び測定部11が測定した測定結果を含むマッピングデータを記憶する記憶部19と、を備えている。 The mapping device 100 includes an indenter 2 that is pressed into the surface of the sample 9, a control unit 10 that determines a search point as the indentation position of the indenter 2 on the surface of the sample 9, a measurement unit 11 that measures the compressive load acting on the indenter 2 and the indentation depth of the indenter 2, and a memory unit 19 that stores mapping data including the search point and the measurement results measured by the measurement unit 11.
制御部10は、マッピング装置100において本実施形態に係るマッピング方法を実現すべく、少なくとも上述の分割工程、更新工程、位置決定工程及び領域更新判定工程を実行する。また、制御部10は、測定部11に測定工程を実行させる。 The control unit 10 executes at least the division process, update process, position determination process, and area update determination process described above in order to realize the mapping method according to this embodiment in the mapping device 100. The control unit 10 also causes the measurement unit 11 to execute the measurement process.
ステージ3には、板状の試験片である試料9が載置される。 A plate-shaped test piece, sample 9, is placed on stage 3.
(詳細説明)
本実施形態において、インデンテーション法とは、図1に示すように、圧子2に荷重を加えて試料9の所定の探索点に押し込むことで試料9の微小領域の力学特性ないし機械的特性(以下、単に力学特性等と記載する)を評価する材料試験法である。以下では、インデンテーション法による材料試験を、単にインデンテーション試験と記載する。本実施形態において、インデンテーションマッピングとは、試料9の表面のインデンテーション試験を行い、この結果に基づいて試料9の表面全体の力学特性等をマップ状に取得することをいう。
(Detailed explanation)
In this embodiment, the indentation method is a material testing method in which a load is applied to an indenter 2 to press the indenter 2 into a predetermined search point on a sample 9, thereby evaluating the mechanical properties or properties (hereinafter simply referred to as mechanical properties, etc.) of a microscopic region of the sample 9. Hereinafter, a material test using the indentation method will be simply referred to as an indentation test. In this embodiment, indentation mapping refers to performing an indentation test on the surface of the sample 9 and obtaining a map of the mechanical properties, etc. of the entire surface of the sample 9 based on the results of the test.
(試料)
試料9は、力学特性の評価対象となる試験片である。試料9は、例えば平板状ないし薄膜状に形成される。試料9の一例は、コンビナトリアル薄膜である。
(sample)
The sample 9 is a test piece to be evaluated for mechanical properties. The sample 9 is formed, for example, in the shape of a flat plate or a thin film. An example of the sample 9 is a combinatorial thin film.
(マッピング装置)
マッピング装置100は、一例として、台座4、台座4に支持された支柱5、台座4に支持されたステージ3、支柱5に支持された圧子支持部21、圧子支持部21に支持され、先端をステージ3に対向させて垂下する圧子2、及び、パーソナルコンピュータなどの制御装置1を備えている。
(Mapping device)
As an example, the mapping device 100 includes a base 4, a support 5 supported by the base 4, a stage 3 supported by the base 4, an indenter support part 21 supported by the support 5, an indenter 2 supported by the indenter support part 21 and hanging down with its tip facing the stage 3, and a control device 1 such as a personal computer.
圧子2は、ステージ3に載置された試料9に対してインデンテーション試験を行うためのチップ状の部材である。圧子2は、上述のごとく、試料9の表面の所定の探索点に押し込まれる。インデンテーション試験については後述する。 The indenter 2 is a tip-shaped member used to perform an indentation test on the sample 9 placed on the stage 3. As described above, the indenter 2 is pressed into a predetermined search point on the surface of the sample 9. The indentation test will be described later.
圧子2は、一例として、一端に向けて窄む錐状に形成される。以下では、圧子2の窄む側を、単に先端と記載する。圧子2の先端は角張った(例えば尖った)形状であってもよいし、丸みを帯びた(例えば下に凸の曲面状)の形状であってもよい。圧子2の形状は、インデンテーション試験の目的に応じて任意に設定してよい。圧子2は、先端側をステージ3に対向させて、後述する圧子支持部21に装着される。すなわち、圧子2の先端とは、圧子支持部21に装着された状態における下端のことである。 As an example, the indenter 2 is formed in a cone shape that tapers toward one end. Hereinafter, the narrowing end of the indenter 2 will be referred to simply as the tip. The tip of the indenter 2 may be angular (for example, pointed) or rounded (for example, curved and convex downward). The shape of the indenter 2 may be set as desired depending on the purpose of the indentation test. The indenter 2 is attached to the indenter support part 21 (described below) with the tip side facing the stage 3. In other words, the tip of the indenter 2 refers to the bottom end when attached to the indenter support part 21.
圧子支持部21は、圧子2を取り付け、圧子2を昇降させるための取付座である。圧子支持部21は、例えば厚みのある板状に形成される。圧子支持部21は、下面側に圧子2を固定する。圧子支持部21は、一端を後述する昇降装置51に支持されている。圧子支持部21は、昇降装置51により昇降駆動される。 The indenter support part 21 is a mounting seat for attaching the indenter 2 and raising and lowering the indenter 2. The indenter support part 21 is formed, for example, in the shape of a thick plate. The indenter support part 21 fixes the indenter 2 to its underside. One end of the indenter support part 21 is supported by the lifting device 51, which will be described later. The indenter support part 21 is driven to rise and fall by the lifting device 51.
ステージ3は、試料9を載置するための支持座である。ステージ3の上面には平面状に形成された領域が形成されており、試料9は、板面をステージ3の上面に沿わせて載置可能とされている。ステージ3は、例えば上面全体が平面状かつ水平に形成される。ステージ3は、後述するスライド機構41により、水平方向に移動可能とされている。本実施形態では、スライド機構41上にステージ3が載置されている。 The stage 3 is a support seat on which the sample 9 is placed. A flat area is formed on the top surface of the stage 3, and the sample 9 can be placed with its plate surface aligned with the top surface of the stage 3. For example, the entire top surface of the stage 3 is formed flat and horizontal. The stage 3 can be moved horizontally by a slide mechanism 41, which will be described later. In this embodiment, the stage 3 is placed on the slide mechanism 41.
台座4は、マッピング装置100の座部である。台座4は、上面部にスライド機構41を有する。スライド機構41は、例えば、それぞれ交差(一例として直交)する一対のスクリュと、それぞれのスクリュを回転駆動させる一対のモータとを備えてよい。スライド機構41は、モータによりそれぞれのスクリュを任意に回転させてステージ3をそれぞれのスクリュの軸方向において進退させることで、ステージ3の水平方向の移動を実現する。 The base 4 is the seat of the mapping device 100. The base 4 has a slide mechanism 41 on its upper surface. The slide mechanism 41 may include, for example, a pair of intersecting (for example, perpendicular) screws and a pair of motors that rotate the screws. The slide mechanism 41 realizes horizontal movement of the stage 3 by arbitrarily rotating the screws using the motors to move the stage 3 forward and backward in the axial direction of the screws.
支柱5は、圧子2を昇降可能に支持する支持部材である。本実施形態では、支柱5は、下端部を台座4に支持されている。支柱5は、油圧シリンダなどの昇降機構52と位置センサ53と荷重センサ54とを有する昇降装置51を備え(図2参照)、昇降装置51に接続された圧子支持部21を上下方向(本実施形態では鉛直方向と同じ)に昇降させることにより、圧子2を昇降させる。 The support pillar 5 is a support member that supports the indenter 2 so that it can be raised and lowered. In this embodiment, the lower end of the support pillar 5 is supported by the base 4. The support pillar 5 is equipped with an elevator device 51 (see Figure 2) that has an elevator mechanism 52 such as a hydraulic cylinder, a position sensor 53, and a load sensor 54. The indenter 2 is raised and lowered by raising and lowering the indenter support part 21 connected to the elevator device 51 in the up and down direction (the same as the vertical direction in this embodiment).
図2には、マッピング装置100の機能ブロック図を示している。図2に示すように、位置センサ53は、圧子2(図1参照)の押し込み深さを検出するセンサである。位置センサ53は、例えば圧子支持部21(図1参照)の高さ位置を検出することにより、圧子2の押し込み深さを検出してよい。位置センサ53としては、例えば光学式のセンサを用いてよい。 Figure 2 shows a functional block diagram of the mapping device 100. As shown in Figure 2, the position sensor 53 is a sensor that detects the indentation depth of the indenter 2 (see Figure 1). The position sensor 53 may detect the indentation depth of the indenter 2, for example, by detecting the height position of the indenter support portion 21 (see Figure 1). An optical sensor, for example, may be used as the position sensor 53.
荷重センサ54は、圧子2(図1参照)に作用する圧縮荷重を検出するセンサである。荷重センサ54は、例えば昇降機構52が圧子支持部21(図1参照)を下方に押し付ける力を検出することで、圧子2に作用する圧縮荷重を検出してよい。荷重センサ54としては、例えば圧電素子を備えた圧力センサを用いてよい。 The load sensor 54 is a sensor that detects the compressive load acting on the indenter 2 (see Figure 1). The load sensor 54 may detect the compressive load acting on the indenter 2, for example, by detecting the force with which the lifting mechanism 52 presses the indenter support portion 21 (see Figure 1) downward. The load sensor 54 may be, for example, a pressure sensor equipped with a piezoelectric element.
制御装置1は、制御部10と測定部11と記憶部19とを備える。制御装置1は、スライド機構41及び昇降装置51と通信して、これらの動作を制御し、且つ、これらから情報を取得する。制御装置1としては、CPUやMPUなどのプロセッサ及びメモリ装置を有するパーソナルコンピュータやPLCなどを用いてよい。 The control device 1 includes a control unit 10, a measurement unit 11, and a memory unit 19. The control device 1 communicates with the slide mechanism 41 and the lifting device 51 to control their operation and acquire information from them. The control device 1 may be a personal computer or PLC having a processor such as a CPU or MPU and a memory device.
記憶部19は、ハードディスクやフラッシュメモリなどの記憶媒体である。本実施形態において記憶部19には、マッピング方法を実現するプログラムとして、分割工程、更新工程、位置決定工程、測定工程、領域更新判定工程、初期位置決定工程、セル更新判定工程、終了判定工程、終了前測定工程及び出力工程を実行するプログラムが記憶されている。これら各工程については後述する。また、本実施形態において記憶部19には、後述するマッピングデータが記憶可能とされている。 The storage unit 19 is a storage medium such as a hard disk or flash memory. In this embodiment, the storage unit 19 stores programs that implement the mapping method, including a division process, an update process, a position determination process, a measurement process, an area update determination process, an initial position determination process, a cell update determination process, an end determination process, a pre-end measurement process, and an output process. Each of these processes will be described later. In this embodiment, the storage unit 19 is also capable of storing mapping data, which will be described later.
測定部11は、測定工程として、圧子2(図1参照)に作用する圧縮荷重及び圧子の押し込み深さを測定するインデンテーション試験を行うインデンテーション試験工程を実行する機能部である。測定部11は、記憶部19に記憶されたマッピング方法を実現するプログラムの実行によりその機能を実現されてよい。 The measurement unit 11 is a functional unit that executes an indentation test process, which measures the compressive load acting on the indenter 2 (see Figure 1) and the indentation depth of the indenter as a measurement process. The measurement unit 11 may realize its functions by executing a program that implements a mapping method stored in the memory unit 19.
測定部11は、インデンテーション試験において、昇降装置51と通信し、その位置センサ53と荷重センサ54とから、圧子2に作用する圧縮荷重及び圧子2の押し込み深さを測定する。本実施形態においては、一例として、測定部11は、圧子2の押し込み深さの変化及びこれに伴う圧子2に作用する圧縮荷重の変化を測定する。以下では、インデンテーション試験における圧子2の押し込み深さの変化及びこれに伴う圧子2に作用する圧縮荷重の変化を、単にプロファイルと記載する場合がある。また、インデンテーション試験において圧子2の押し込み深さの変化及びこれに伴う圧子2に作用する圧縮荷重の変化を測定することを、単にプロファイルの測定と記載する場合がある。プロファイルの測定についての詳細は後述する。 During an indentation test, the measurement unit 11 communicates with the lifting device 51 and measures the compressive load acting on the indenter 2 and the indentation depth of the indenter 2 using its position sensor 53 and load sensor 54. In this embodiment, as an example, the measurement unit 11 measures changes in the indentation depth of the indenter 2 and the associated changes in the compressive load acting on the indenter 2. Hereinafter, changes in the indentation depth of the indenter 2 and the associated changes in the compressive load acting on the indenter 2 during an indentation test may be simply referred to as a profile. Furthermore, measuring changes in the indentation depth of the indenter 2 and the associated changes in the compressive load acting on the indenter 2 during an indentation test may be simply referred to as measuring a profile. Details of profile measurement will be provided below.
測定部11は、プロファイルを測定すると、測定結果をマッピングデータとして記憶部19に記憶する。以下の説明では、測定部11は、プロファイルを測定すると、その測定結果をマッピングデータとして記憶部19に必ず記憶する場合を仮定して説明し、各説明における記憶部19への記憶に関する説明は適宜省略する。 When the measurement unit 11 measures a profile, it stores the measurement results as mapping data in the memory unit 19. In the following explanation, we will assume that when the measurement unit 11 measures a profile, it always stores the measurement results as mapping data in the memory unit 19, and will omit appropriate explanations regarding storage in the memory unit 19.
制御部10は、マッピング方法における、上述の分割工程、更新工程、位置決定工程、測定工程及び領域更新判定工程を実行する機能部である。制御部10は、上述の分割工程等に加えて、更に、後述する、初期位置決定工程、セル更新判定工程、終了判定工程、終了前測定工程及び出力工程を実行する。制御部10が実行する各工程についての詳細は後述する。制御部10は、記憶部19に記憶されたマッピング方法を実現するプログラムの実行によりこれらの工程を実行する機能を実現されてよい。 The control unit 10 is a functional unit that executes the division process, update process, position determination process, measurement process, and area update determination process in the mapping method. In addition to the division process, the control unit 10 also executes the initial position determination process, cell update determination process, termination determination process, pre-termination measurement process, and output process, which will be described later. Details of each process executed by the control unit 10 will be described later. The control unit 10 may realize the function of executing these processes by executing a program that implements the mapping method stored in the memory unit 19.
制御部10は、インデンテーション試験工程の実行に際し、昇降装置51及びスライド機構41を制御して、測定部11(図1参照)によるインデンテーション試験を実現可能とする。 When performing the indentation test process, the control unit 10 controls the lifting device 51 and the slide mechanism 41 to enable the measurement unit 11 (see Figure 1) to perform the indentation test.
(インデンテーション試験)
インデンテーション試験について詳述する。図3から図5には、インデンテーション試験の手順を示している。本実施形態におけるインデンテーション試験とは、圧子2に荷重を加えて試料9の表面における所定の位置(本実施形態では、探索点として決定されたセル領域91)に押し込むことで試料9の微小領域の力学特性等を評価する試験である。なお、セル領域91は、試料9の表面の一部を区画した領域である。セル領域91については後述する。
(Indentation test)
The indentation test will be described in detail. Figures 3 to 5 show the procedure of the indentation test. The indentation test in this embodiment is a test in which a load is applied to the indenter 2 to press it into a predetermined position on the surface of the sample 9 (in this embodiment, a cell region 91 determined as a search point), thereby evaluating the mechanical properties and the like of a minute region of the sample 9. The cell region 91 is a region obtained by partitioning a part of the surface of the sample 9. The cell region 91 will be described later.
インデンテーション試験では、まず、ステージ3上に試料9を載置する(図3参照)。 In an indentation test, first, the sample 9 is placed on the stage 3 (see Figure 3).
そして、制御部10(図1参照)が決定した探索点としてのセル領域91に圧子を押し込む(図4参照)。圧子2の押し込みは、圧子2に作用する圧縮荷重(以下、単に荷重と記載する)が所定値になるまで、又は、圧子2が所定の押し込み深さ(あらかじめ定めた押し込み深さ)に押し込まれるまで行う。図4では、圧子2が深さhまで押し込まれている状態を例示している。 Then, the control unit 10 (see Figure 1) presses the indenter 2 into the cell region 91 determined as the search point (see Figure 4). The indenter 2 continues to be pressed until the compressive load (hereinafter simply referred to as the load) acting on the indenter 2 reaches a predetermined value, or until the indenter 2 is pressed to a predetermined pressing depth (predetermined pressing depth). Figure 4 illustrates a state in which the indenter 2 has been pressed to a depth h.
圧子2に作用する荷重が所定値になると、又は、圧子2が所定の押し込み深さに押し込まれると、圧子2を引き戻す(図5参照)。圧子2を押し込んで引き戻すと、圧子2が押し込まれていた試料9の表面部分には圧痕Pが形成されている場合がある。 When the load acting on the indenter 2 reaches a predetermined value, or when the indenter 2 is pressed to a predetermined depth, the indenter 2 is pulled back (see Figure 5). When the indenter 2 is pressed and then pulled back, an indentation P may be formed on the surface of the sample 9 where the indenter 2 was pressed.
図6には、インデンテーション試験における、試料9の表面への圧子2の押し込みと引き戻しに伴う圧子2に作用する荷重の変化、すなわち、プロファイルの一例を示している。図3から図5に示すような圧子2の押し込みから引き戻しの過程においては、図6に示すように、圧子2の押し込み深さの変化に伴って圧子2に作用する圧縮荷重が変化していく。図6では、所定の押し込み深さを20μmとしている場合を示している。圧子2が20μmの押し込み深さまで押し込まれるにしたがって、圧子2に作用する荷重は増大していく。圧子2が20μm(図4で深さh=20μmの場合)まで押し込まれた時点では、圧子2に20(N)の荷重が加わっている。圧子2が20μmまで押し込まれた後、圧子2を引き戻す(図5参照)と、圧子2に作用する荷重が減少していく。図6の例では、圧子2の押し込み深さを19μmまで引き戻した時点で圧子2に作用する荷重がゼロになっている。これは、塑性変形により試料9の表面に圧痕Pが形成されているためである(図5参照)。 Figure 6 shows an example of a profile, i.e., the change in the load acting on the indenter 2 as the indenter 2 is pressed into and pulled back from the surface of the sample 9 during an indentation test. During the process of pressing and pulling back the indenter 2 as shown in Figures 3 to 5, the compressive load acting on the indenter 2 changes as the pressing depth of the indenter 2 changes, as shown in Figure 6. Figure 6 shows the case where the specified pressing depth is 20 μm. As the indenter 2 is pressed to a pressing depth of 20 μm, the load acting on the indenter 2 increases. When the indenter 2 is pressed to a pressing depth of 20 μm (when depth h = 20 μm in Figure 4), a load of 20 (N) is applied to the indenter 2. After the indenter 2 is pressed to 20 μm, when the indenter 2 is pulled back (see Figure 5), the load acting on the indenter 2 decreases. In the example of Figure 6, the load acting on the indenter 2 becomes zero when the indenter 2 is pulled back to a depth of 19 μm. This is because an indentation P has been formed on the surface of the sample 9 due to plastic deformation (see Figure 5).
(インデンテーションマッピング)
インデンテーションマッピングについて説明する。本実施形態におけるインデンテーションマッピングとは、試料9の表面における、異なる複数の位置にてインデンテーション試験を行い、試料9の表面の一部のプロファイルを所定個数取得し、これらプロファイルに基づいて、試料9の表面全体の力学特性等をマップ状に取得することをいう。
(Indentation Mapping)
Indentation mapping in this embodiment refers to performing an indentation test at a plurality of different positions on the surface of the sample 9, obtaining a predetermined number of profiles of a portion of the surface of the sample 9, and obtaining a map of the mechanical properties and the like of the entire surface of the sample 9 based on these profiles.
インデンテーションマッピングを行うにあたり、制御部10は、図7に示すように、試料9の表面に測定対象領域90(測定対象領域の一例)を定め、測定対象領域90を、間隔dで複数のセル領域91に分割する。 When performing indentation mapping, the control unit 10 defines a measurement target area 90 (an example of a measurement target area) on the surface of the sample 9, as shown in Figure 7, and divides the measurement target area 90 into multiple cell areas 91 at intervals d.
制御部10による測定対象領域90のセル領域91への仮想的な分割は、一例として以下のように行われる。制御部10は、まず、試料9の表面の中央部分に、測定対象領域90を設定する。測定対象領域90は、一例として正方形の領域として設定してよい。以下では、測定対象領域90が正方形の領域である場合を仮定して説明する。 The control unit 10 virtually divides the measurement target area 90 into cell areas 91 as follows, for example. The control unit 10 first sets the measurement target area 90 in the center of the surface of the sample 9. As an example, the measurement target area 90 may be set as a square area. The following explanation will be given assuming that the measurement target area 90 is a square area.
次に、測定対象領域90をx方向及びy方向において、格子状にn等分する(ただし、nは2以上の整数)。これにより、n2個のセル領域91が設定される。x方向において隣接するセル領域91,91の間隔d1とy方向において隣接するセル領域91,91の間隔d2とは等しくなる。各セル領域91には、必要に応じて位置を示す座標(xi,yi)を割り当ててよい。なお、iは、1以上n以下の整数である。なお、本実施形態において、隣接するセル領域91,91の中心間の座標上の距離は1である。 Next, the measurement target area 90 is divided into n equal parts in a grid in the x and y directions (where n is an integer greater than or equal to 2). This results in n2 cell areas 91 being set. The distance d1 between adjacent cell areas 91 in the x direction is equal to the distance d2 between adjacent cell areas 91 in the y direction. Each cell area 91 may be assigned a coordinate (xi, yi) indicating its position as necessary, where i is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n. In this embodiment, the distance on the coordinate system between the centers of adjacent cell areas 91 is 1.
図8に示すように、隣接するセル領域91,91の間隔dは、圧子2の押し込み時において圧子2が試料9の表面に接触する部分の最大の幅rよりも大きくするとよい。幅rは、圧子2の形状と、圧子2の押し込みの深さhとに基づいて算出してよい。これにより、既にインデンテーション試験を実施したセル領域91であるセル領域91aに隣接する別のセル領域91b(次のインデンテーション試験を行う対象となり得るセル領域91)にインデンテーション試験を行う場合において、セル領域91aの圧痕Pの影響を受けずにインデンテーション試験を行える。なお、圧痕Pの影響を受ける、とは、あるセル領域91bに対してインデンテーション試験を行うにあたり、既にインデンテーション試験を実施したセル領域91aの圧痕Pの領域と重複する領域及びそのごく近傍の領域に圧子2が押し込まれ、あるセル領域91bのインデンテーション試験の結果に影響がでることをいう。間隔dは、例えば幅rの少なくとも3倍以上、好ましくは5倍以上確保するとよい。これにより、圧痕Pの外側近傍にも既に行われたインデンテーション試験の影響が残存している場合があるが、この影響を回避することができる。 As shown in Figure 8, the distance d between adjacent cell regions 91, 91 should be greater than the maximum width r of the portion where the indenter 2 contacts the surface of the sample 9 when the indenter 2 is pressed. The width r may be calculated based on the shape of the indenter 2 and the indentation depth h of the indenter 2. This allows for an indentation test to be performed on another cell region 91b (a cell region 91 that may be the target of the next indentation test) adjacent to a cell region 91a where an indentation test has already been performed, without being affected by the indentation P of the cell region 91a. "Being affected by the indentation P" means that when performing an indentation test on a certain cell region 91b, the indenter 2 will press into the area overlapping with and immediately adjacent to the area of the indentation P of the cell region 91a where an indentation test has already been performed, thereby affecting the results of the indentation test on the certain cell region 91b. The distance d should be at least three times, preferably five times, the width r. This avoids the effects of previous indentation tests that may remain near the outside of the indentation mark P.
インデンテーションマッピングは、それぞれのセル領域91の中心に対し、インデンテーション試験を行ってプロファイルを取得し、取得したプロファイルをマッピングデータとして記憶部19に記憶することによって行う。 Indentation mapping is performed by performing an indentation test on the center of each cell region 91 to obtain a profile, and then storing the obtained profile in the memory unit 19 as mapping data.
制御部10は、後述する所定の手順で測定対象領域90内のセル領域91の中から探索点とするセル領域91を一つ決定し、測定部11、昇降装置51及びスライド機構41を制御してこの探索点に対してインデンテーション試験を行い、測定部11にプロファイルを取得させ、取得したプロファイルをマッピングデータとして記憶部19に記憶する測定サイクルを所定回数くり返す。これにより、マッピング結果の精度が向上する。マッピング結果の精度向上については後述する。以下では、制御部10による探索点の決定、インデンテーション試験、測定部11によるプロファイルの取得及びマッピングデータとして記憶部19に記憶するサイクルを、単に測定サイクルと記載する場合がある。 The control unit 10 determines one cell area 91 to be used as a search point from among the cell areas 91 within the measurement target area 90 using a predetermined procedure described below, controls the measurement unit 11, lifting device 51, and slide mechanism 41 to perform an indentation test on this search point, causes the measurement unit 11 to acquire a profile, and stores the acquired profile in the memory unit 19 as mapping data. This measurement cycle is repeated a predetermined number of times. This improves the accuracy of the mapping results. The improvement in the accuracy of the mapping results will be described later. Below, the cycle of determining the search point by the control unit 10, performing the indentation test, acquiring the profile by the measurement unit 11, and storing it in the memory unit 19 as mapping data may be simply referred to as a measurement cycle.
ここで、全てのセル領域91のプロファイルを取得してインデンテーションマッピングを行うこともできるが、このような全数試験を行うと、マッピングに要する試験時間や試験回数などの手間が大きくなる。そこで、マッピング装置100の制御部10は、全てのセル領域91のプロファイルを取得してインデンテーションマッピングを行うのではなく、一部のセル領域91のプロファイルを取得して、これらプロファイルに基づいてガウス過程による回帰計算(ガウス過程回帰、Gaussian Process Regression)を行いマッピング結果を作成して出力する。 Here, it is possible to acquire profiles of all cell regions 91 and perform indentation mapping, but performing such a full test would increase the amount of work required for mapping, including the testing time and number of tests. Therefore, rather than acquiring profiles of all cell regions 91 and performing indentation mapping, the control unit 10 of the mapping device 100 acquires profiles of some of the cell regions 91, performs regression calculations using a Gaussian process (Gaussian Process Regression) based on these profiles, and creates and outputs mapping results.
すなわち制御部10は、マッピング結果の出力として、取得したセル領域91のプロファイルに基づいてガウス過程による予測関数(以下では、単に予測関数と記載する場合がある)を取得(算出)し、この予測関数の期待値をマッピング結果として出力する(出力工程の一例)。制御部10は、マッピング結果の出力として、この予測関数を記憶部19に記憶してよい。 That is, the control unit 10 acquires (calculates) a prediction function (hereinafter sometimes simply referred to as a prediction function) using a Gaussian process based on the profile of the acquired cell area 91 as an output of the mapping result, and outputs the expected value of this prediction function as the mapping result (an example of an output process). The control unit 10 may store this prediction function in the memory unit 19 as an output of the mapping result.
マッピング結果の精度向上について詳述する。上述のごとく、制御部10は、予測関数の精度を高めるために、ベイズ最適化を行い次回の探索点を決定する位置決定工程を含む測定サイクルを繰り返す。 Improvement of the accuracy of the mapping results will now be described in detail. As described above, in order to improve the accuracy of the prediction function, the control unit 10 repeats a measurement cycle that includes a position determination process in which Bayesian optimization is performed to determine the next search point.
本実施形態におけるベイズ最適化では、所定の特性に関するガウス過程回帰による予測関数の取得と、これまでの最適値(現時点で所定の特性について最もよくなると予測された測定対象領域90中の座標)よりも良くなる可能性の度合いを表す獲得関数(acquisition function)の作成と、獲得関数の値が最大となる測定対象領域90中の座標(位置の一例)、すなわち、仮の探索点の決定とを行う。 In this embodiment, Bayesian optimization involves obtaining a prediction function for a specified characteristic using Gaussian process regression, creating an acquisition function that represents the likelihood of improving on the previous optimal value (the coordinate in the measurement area 90 that is currently predicted to be the best for the specified characteristic), and determining the coordinate (an example of a position) in the measurement area 90 where the value of the acquisition function is maximized, i.e., a tentative search point.
予測関数の取得には、既に取得されたマッピングデータを用いる。制御部10による予測関数の取得には、インデンテーションマッピングの目的や試料9(図1参照)の特性に応じて種々のカーネルを利用できる。 Prediction functions are obtained using previously acquired mapping data. Various kernels can be used to obtain prediction functions using the control unit 10, depending on the purpose of the indentation mapping and the characteristics of the sample 9 (see Figure 1).
仮の探索点とする獲得関数の値が最大となる座標の決定は、たとえば次式により、GP-UCBアルゴリズムを用いて行ってよい。 The coordinates at which the value of the acquisition function to be used as a temporary search point is maximized may be determined using the GP-UCB algorithm, for example, using the following formula:
ここで、xtは、獲得関数の値が最大となる座標(仮の探索点)であり、整数の座標とは限らない。μt-1は期待値であり、暫定最適解(所定の特性について最大値又は最小値)に近い場所で値が大きくなる。また、σt-1は標準偏差であり、プロファイルの取得が手薄な場所で値が大きくなる。また、βtは探索と活用のトレードオフを決めるパラメータであり、2以上6以下の値を設定することが好ましい。 Here, xt is the coordinate (temporary search point) where the value of the acquisition function is maximized, and is not necessarily an integer coordinate. μt-1 is an expected value, and its value increases in locations close to the provisional optimal solution (maximum or minimum value for a specified characteristic). σt -1 is the standard deviation, and its value increases in locations where profile acquisition is insufficient. βt is a parameter that determines the trade-off between exploration and exploitation, and is preferably set to a value between 2 and 6.
そして、制御部10は、仮の探索点を含む又は仮の探索点に隣接するセル領域91(以下、隣接セルと記載する)から、既にインデンテーション試験を行ったセル領域91を除き、残りの隣接セルの中から、仮の探索点と最も距離が近いセル領域91を選択し、このセル領域91を、次回の探索点として決定する。換言すれば、制御部10は、原則、仮の探索点を含むセル領域91を次回の探索点として決定するが、この仮の探索点を含むセル領域91が既にプロファイルを取得済み(インデンテーション試験済み)であれば、この仮の探索点に最も近い、インデンテーション試験が行われていないセル領域91を次回の探索点として決定する。 The control unit 10 then excludes cell areas 91 (hereinafter referred to as adjacent cells) that contain or are adjacent to the tentative search point from those that have already undergone indentation testing, selects the cell area 91 closest to the tentative search point from the remaining adjacent cells, and determines this cell area 91 as the next search point. In other words, the control unit 10 generally determines the cell area 91 that contains the tentative search point as the next search point, but if the cell area 91 that contains this tentative search point has already had a profile acquired (has undergone indentation testing), it determines the cell area 91 that is closest to this tentative search point and has not undergone indentation testing as the next search point.
ここで、測定対象領域90を、当初から細分化してセル領域91を定め、細分化したセル領域91について順次プロファイルを取得してインデンテーションマッピングを行うこともできるが、当初から細分化してセル領域91を定めると、マッピングに要する試験時間や試験回数などの手間が大きくなる。また、所定の特性を有する部位から離れた位置に対してインデンテーション試験を繰り返しても、所定の特性を有する部位の特定にはつながらず、マッピングに要する試験時間や試験回数などの手間が大きくなる。そこで、制御部10は、当初に定めた測定対象領域90に対して測定サイクルを繰り返すのではなく、また、当初から細分化してセル領域91を定めてインデンテーションマッピングを行うのではなく、大雑把なマッピングを行って所定の特性を有する部位が存在するであろう領域にあたりを付けて、順次、測定対象領域90を絞り込んでいく操作を行う。 Here, it is possible to initially subdivide the measurement target area 90 to define cell areas 91, and then sequentially acquire profiles for each subdivided cell area 91 to perform indentation mapping. However, subdividing the cell area 91 from the beginning increases the amount of work required for mapping, such as the test time and number of tests. Furthermore, repeating indentation tests on positions away from the area with the specified characteristics does not lead to the identification of the area with the specified characteristics, and increases the amount of work required for mapping, such as the test time and number of tests. Therefore, rather than repeating measurement cycles for the initially defined measurement target area 90, or subdividing the area into cell areas 91 from the beginning and performing indentation mapping, the control unit 10 performs rough mapping to identify areas where areas with the specified characteristics are likely to exist, and then sequentially narrows down the measurement target area 90.
まず、図9に示すように、制御部10は、試料9の表面に、測定対象領域90A(例えば、最初の測定対象領域90)を定める。そして、測定対象領域90Aを比較的大きな面積のセル領域91Aに分割する。なお、図9では、測定対象領域90Aに示した格子の各交点がセル領域91Aの中心を表している。また、図9では、複数のセル領域91Aのうちの一部のセル領域91Aを、破線で示している。 First, as shown in FIG. 9, the control unit 10 defines a measurement target area 90A (e.g., the first measurement target area 90) on the surface of the sample 9. Then, the measurement target area 90A is divided into cell areas 91A of relatively large area. Note that in FIG. 9, each intersection of the grid shown in the measurement target area 90A represents the center of the cell area 91A. Also in FIG. 9, some of the multiple cell areas 91A are indicated by dashed lines.
次に、測定対象領域90Aについてある程度の測定サイクルを繰り返してマッピングを行い、所定の特性を有する部位が存在するであろう領域(以下、候補領域と称する)にあたりを付ける。図9では、候補領域を一点鎖線で囲って示している。そして、制御部10は、その候補領域を含む領域であって、測定対象領域90Aよりも狭い領域を、新たな測定対象領域90B(図9、図10参照)として定めることにより、現在の測定対象領域90を新たな測定対象領域90に更新(縮小)する。なお、測定対象領域90Bは当然、測定対象領域90Aに含まれる領域である。以下では、現在の測定対象領域90を新たな測定対象領域90に更新することを、単に、測定対象領域の更新と称する。図9、図10では、白抜きの丸記号で、既にプロファイルが取得されたセル領域91、すなわち、これまでに探索点として決定されてインデンテーション試験が行われたセル領域91(以下、探索済みセルと記載する場合がある)の中心位置を示している。本実施形態では、例えば、直近の探索済みセルが隣接(例えば、直近3回の探索済みセルが三つ隣接)している領域を候補領域として選択し、この候補領域を新たな測定対象領域90(測定対象領域90B)としている場合を示している。測定対象領域90Bは、例えば測定対象領域90Aの3分の1から5分の1の面積としてよい。候補領域は、同じ面積の候補領域を選択する場合、少なくとも直近の位置決定工程におけるガウス過程回帰において導かれた、期待値が最大又は最小と予測された位置を含み、且つ、できるだけ多数の探索済みセルを含む領域を選択するとよい。すなわち、候補領域は、現時点で最適又は最良と予測できる領域を含む領域を選択する。このようにすると、マッピングのスループットが向上する場合がある。 Next, the measurement target area 90A is mapped by repeating a number of measurement cycles to identify an area (hereinafter referred to as the candidate area) where a portion with the specified characteristics is likely to exist. In Figure 9, the candidate area is indicated by a dashed line. The control unit 10 then updates (reduces) the current measurement target area 90 to the new measurement target area 90 by defining an area that includes the candidate area but is smaller than the measurement target area 90A as the new measurement target area 90B (see Figures 9 and 10). Note that the measurement target area 90B is naturally included in the measurement target area 90A. Hereinafter, updating the current measurement target area 90 to the new measurement target area 90 will simply be referred to as updating the measurement target area. In Figures 9 and 10, open circles indicate the centers of cell areas 91 for which profiles have already been acquired, i.e., cell areas 91 that have been determined as search points and have undergone indentation testing (hereinafter referred to as searched cells). In this embodiment, for example, an area where the most recently searched cells are adjacent (e.g., three adjacent cells searched in the last three searches) is selected as a candidate area, and this candidate area is designated as the new measurement target area 90 (measurement target area 90B). Measurement target area 90B may have an area that is, for example, one-third to one-fifth the area of measurement target area 90A. When selecting a candidate area of the same area, it is advisable to select an area that includes at least the position predicted to have the maximum or minimum expected value derived in the Gaussian process regression in the most recent position determination step, and that includes as many searched cells as possible. In other words, the candidate area selected includes an area that can be predicted to be optimal or best at the current time. This may improve mapping throughput.
更に、制御部10は、図10に示すように、測定対象領域90Bを、セル領域91Aよりも小さい面積のセル領域91Bに分割する。すなわち、セル領域91(セル領域91A)を現在の領域よりも狭い領域のセル領域91(セル領域91B)に更新(縮小)する。セル領域91Bは、例えばセル領域91Aの整数分の1の面積としてよく、図10では4分の1の場合を示している。以下では、セル領域91を現在の領域よりも狭い領域のセル領域91に更新することを、単に、セルの更新と称する。なお、図10では、測定対象領域90Bに示した細線の格子の各交点がセル領域91Bの中心を表している。また、測定対象領域90Bに示した細線の格子の各交点が、セル領域91Aであった領域の中心を示している。また、複数のセル領域91Aであった領域のうちの一部のセル領域91Aを二点鎖線で示している。また、複数のセル領域91Bのうちの一部を破線で示している。セルの更新を行う場合は、更新前のセル領域91の中心が、更新後のセル領域91の中心と重複させるとよい。 Furthermore, as shown in FIG. 10, the control unit 10 divides the measurement target area 90B into cell areas 91B each having an area smaller than the cell area 91A. That is, the control unit 10 updates (reduces) the cell area 91 (cell area 91A) to a cell area 91 (cell area 91B) smaller than the current area. For example, the cell area 91B may have an area equal to an integer fraction of the cell area 91A; FIG. 10 shows a case where the cell area 91B is one-fourth the current area. Hereinafter, updating the cell area 91 to a cell area 91 smaller than the current area will be simply referred to as "cell updating." Note that in FIG. 10, each intersection of the thin-line grid shown in the measurement target area 90B represents the center of the cell area 91B. Also, each intersection of the thin-line grid shown in the measurement target area 90B represents the center of the area that was formerly the cell area 91A. Furthermore, some of the cell areas 91A among the multiple cell areas 91A are indicated by dashed lines. Also, some of the multiple cell areas 91B are indicated by dashed lines. When updating a cell, it is recommended that the center of the cell area 91 before the update overlaps with the center of the cell area 91 after the update.
測定対象領域の更新及びセルの更新は、2回以上繰り返してもよい。図11には、測定対象領域90Aを、これに含まれ、且つ、これよりも小さい領域の測定対象領域90Bに更新し、更に測定対象領域90Bを、これに含まれ、且つ、これよりも小さい領域の測定対象領域90Cに更新する場合を示している。測定対象領域90Cのセル領域91であるセル領域91Cは、セル領域91Bよりも狭い。上述のごとく、セル領域91Bはセル領域91Aよりも狭い。 The measurement target area update and cell update may be repeated two or more times. Figure 11 shows a case where measurement target area 90A is updated to measurement target area 90B, which is included in but smaller than measurement target area 90A, and measurement target area 90B is then updated to measurement target area 90C, which is included in but smaller than measurement target area 90A. Cell area 91C, which is the cell area 91 of measurement target area 90C, is narrower than cell area 91B. As mentioned above, cell area 91B is narrower than cell area 91A.
なお、図11では、セル領域91A,91B,91Cの一部のみを説明のために抜粋して示している。また、図11では、セル領域91Aの中心を黒で塗りつぶした四角形記号で、セル領域91Bの中心を黒で塗りつぶした三角形記号で、セル領域91Cの中心を黒で塗りつぶした丸記号で示している。ここで、セル領域91Bの中心且つセル領域91Aの中心であるもの又はセル領域91Cの中心且つセル領域91Aの中心であるものは、セル領域91Aの中心として示している。また、セル領域91Cの中心且つセル領域91Bの中心であるものは、セル領域91Bの中心として示している。 Note that Figure 11 shows only a portion of cell areas 91A, 91B, and 91C for the purpose of explanation. Also, in Figure 11, the center of cell area 91A is indicated by a black-filled rectangle, the center of cell area 91B by a black-filled triangle, and the center of cell area 91C by a black-filled circle. Here, the center of cell area 91B and the center of cell area 91A, or the center of cell area 91C and the center of cell area 91A, are shown as the centers of cell area 91A. Also, the center of cell area 91C and the center of cell area 91B are shown as the centers of cell area 91B.
なお、セルの更新は、図8に示すように、更新後のセル領域91,91の間隔dが、圧子2が試料9の表面に接触する部分の最大の幅rよりも大きくなる関係を維持して行う。 Note that the cell renewal is performed while maintaining the relationship that the distance d between the renewed cell regions 91, 91 is greater than the maximum width r of the portion where the indenter 2 contacts the surface of the sample 9, as shown in Figure 8.
セルの更新について、更新後のセル領域91,91の間隔dが、圧子2が試料9の表面に接触する部分の最大の幅rよりも大きくなる関係を維持して行えるようにするためには、予めセルの更新の終点を定めておくとよい。 When updating the cell, in order to maintain the relationship that the distance d between the updated cell areas 91, 91 is greater than the maximum width r of the portion where the indenter 2 contacts the surface of the sample 9, it is advisable to determine the end point of the cell update in advance.
セルの更新の終点として、例えば、セルの更新を行った場合の最小のセル領域91の大きさ又はセルの更新を行った場合の最小のセル領域91の大きさの範囲(あらかじめ定めた大きさの一例、以下、最小のセル領域91の大きさ及び最小のセル領域91の大きさの範囲を包括して単に最小セルサイズと称する)をあらかじめ定めておくとよい。そして、測定対象領域の更新及びセルの更新は、更新後のセル領域91が最小セルサイズになるまで許容すればよい。すなわち、現在のセル領域91が最小セルサイズを超えている場合に更新を許容し、現在のセル領域91が最小セルサイズである場合は不可とするとよい。図11では、測定対象領域90A中に示した細線の格子の各交点が、セルの更新を行った場合における、測定対象領域90Aを最小のセル領域91に分割した場合の領域91Xの中心を示している。図11に示した例では、領域91Xはセル領域91Cと同じ大きさであり、測定対象領域90C及びセル領域91Cは、これ以上の測定対象領域の更新及びセルの更新を行えない。 As the end point for cell updates, it is advisable to predetermine, for example, the size of the smallest cell area 91 after cell updates or the range of the size of the smallest cell area 91 after cell updates (an example of a predetermine size; hereinafter, the size of the smallest cell area 91 and the range of the smallest cell area 91 sizes are collectively referred to as the minimum cell size). Then, updates to the measurement target area and cells can be allowed until the updated cell area 91 reaches the minimum cell size. In other words, updates are allowed if the current cell area 91 exceeds the minimum cell size, and are not allowed if the current cell area 91 is the minimum cell size. In Figure 11, each intersection of the thin-line grid shown in the measurement target area 90A indicates the center of area 91X when the measurement target area 90A is divided into the smallest cell areas 91 after cell updates. In the example shown in Figure 11, area 91X is the same size as cell area 91C, and no further updates to the measurement target area or cells can be performed for measurement target area 90C and cell area 91C.
(インデンテーションマッピングの流れ)
以下では、図1、図2及び図7を適宜参照しつつ、図12から図14に示すフローチャートに基づいて、マッピング装置100が実現するマッピング方法における、インデンテーションマッピングの一連の流れの一例を説明する。
(Indentation mapping flow)
Below, an example of a series of indentation mapping steps in the mapping method implemented by the mapping device 100 will be described based on the flowcharts shown in FIGS. 12 to 14, with appropriate reference to FIGS. 1, 2, and 7.
図12に示すように、インデンテーションマッピングが開始されると、ステップS1として、制御部10は、図7、図11に示すように、試料9表面における測定対象領域90を設定し、当該測定対象領域90を複数の領域に分割したセル領域91に分割する分割工程を実行し、ステップS2へ移行する。 As shown in Figure 12, when indentation mapping begins, in step S1, the control unit 10 sets a measurement target area 90 on the surface of the sample 9, as shown in Figures 7 and 11, and executes a division process to divide the measurement target area 90 into multiple cell areas 91, and then proceeds to step S2.
ステップS2では、制御部10は、複数のセル領域91の中から探索点とするセル領域91を決定する位置決定工程を実行する。ステップS2では、図13に示すように、記憶部19にマッピングデータが存在しなければ(ステップ21、No)、複数のセル領域91うち、予め定められた3点以上(例えば、5点)のセル領域91を、初期の探索点として決定する初期位置決定工程を実行し(ステップ22)、ステップS2を終了する。なお、初期の探索点は、試料9についてある程度予想される分布の複雑さに応じて点数を増減するとよい。例えば、マッピング結果が多峰性を持った分布となることが予想される場合は、初期の探索点を多めに設定(例えば、5点又は6点)するとよい。これにより、全体最適解ではなく局所最適解を導いてしまうことを回避し、マッピングの精度を高めることができる。 In step S2, the control unit 10 executes a position determination process to determine cell areas 91 to be used as search points from among the multiple cell areas 91. In step S2, as shown in FIG. 13, if no mapping data exists in the memory unit 19 (step 21, No), an initial position determination process is executed to determine three or more predetermined cell areas 91 (e.g., five) from among the multiple cell areas 91 as initial search points (step 22), and step S2 is terminated. Note that the number of initial search points may be increased or decreased depending on the expected complexity of the distribution of the sample 9. For example, if the mapping result is expected to have a multi-modal distribution, it is recommended to set a larger number of initial search points (e.g., five or six). This prevents the local optimum from being derived instead of the global optimum, thereby improving the accuracy of the mapping.
記憶部19にマッピングデータが存在していれば(ステップ21、Yes)、そのマッピングデータに基づいてベイズ最適化を行い、獲得関数の値が最大となる座標に基づいて次回の探索点とするセル領域91を決定し、ステップS2を終了する。 If mapping data exists in the memory unit 19 (step 21, Yes), Bayesian optimization is performed based on the mapping data, and the cell area 91 to be used as the next search point is determined based on the coordinates where the value of the acquisition function is maximized, and step S2 is terminated.
図7の図示を例に説明すると、セル領域91としての3個のセルQ1,Q2,Q3のプロファイルのみがマッピングデータとして記憶部19に記憶されており、このマッピングデータに基づいてベイズ最適化による獲得関数の値が最大となる座標として仮の探索点q4が決定された場合、制御部10は、次回の探索点として、仮の探索点q4を含むセル領域91としてのセルQ4を決定する。セルQ1からQm-1のプロファイルがマッピングデータとして記憶部19に記憶されている場合、このマッピングデータに基づいてベイズ最適化による獲得関数の値が最大となる座標として仮の探索点qmが決定された場合、制御部10は、次回の探索点として、既にインデンテーション試験を行ったセルQ2を除き、残りの隣接するセルの中から、仮の探索点qmと最も距離が近いセル領域91であるセルQmを選択し、このセルQmを、次回の探索点として決定する(ただし、mは4以上の整数)。なお、仮の探索点qmとセル領域91との距離とは、仮の探索点qmとセル領域91の中心との直線距離である。すなわち、ガウス過程回帰による予測関数は測定対象領域90内に対応する区間において連続性を有する関数であるから、獲得関数が最大となる座標は必ずしも各セル領域の中心と一致するとは限らなので、制御部10は、既にインデンテーション試験を行ったセル領域91を除く隣接セルの中から最も獲得関数の値が最大となる座標に距離が近いセル領域91を選択し、このセル領域91を、次回の探索点として決定するのである。 7 as an example, when only the profiles of three cells Q1 , Q2 , and Q3 as a cell region 91 are stored as mapping data in the memory unit 19, and when a provisional search point q4 is determined as the coordinate at which the value of the acquisition function by Bayesian optimization is maximized based on this mapping data, the control unit 10 determines cell Q4 as a cell region 91 including provisional search point q4 as the next search point. When the profiles of cells Q1 to Qm -1 are stored as mapping data in the memory unit 19, and when a provisional search point qm is determined as the coordinate at which the value of the acquisition function by Bayesian optimization is maximized based on this mapping data, the control unit 10 selects cell Qm as the next search point from the remaining adjacent cells, excluding cell Q2 for which an indentation test has already been performed, and determines this cell Qm as the next search point (where m is an integer of 4 or greater). The distance between the provisional search point qm and the cell area 91 is the straight-line distance between the provisional search point qm and the center of the cell area 91. In other words, since the prediction function by Gaussian process regression is a function that has continuity in the section corresponding to the measurement target area 90, the coordinates at which the acquired function is maximized do not necessarily coincide with the center of each cell area. Therefore, the control unit 10 selects the cell area 91 that is closest to the coordinates at which the value of the acquired function is maximized from among the adjacent cells excluding the cell area 91 for which the indentation test has already been performed, and determines this cell area 91 as the next search point.
なお、ステップ21では、後述するステップS6を行う前に取得されたセル領域91の測定結果と、ステップS6を行った後に取得されたセル領域91の測定結果とを含むマッピングデータに基づいて次回の探索点を決定してよい。この場合、ステップS6を行う前に取得されたものであって、ステップS6を行った後の測定対象領域90に含まれるセル領域91の測定結果と、ステップS6を行った後に取得されたセル領域91の測定結果とを含むマッピングデータに基づいて次回の探索点を決定してもよい。このようにすることで、マッピングのスループットが向上する場合がある。 In step 21, the next search point may be determined based on mapping data including measurement results of the cell area 91 obtained before performing step S6, which will be described later, and measurement results of the cell area 91 obtained after performing step S6. In this case, the next search point may be determined based on mapping data including measurement results of the cell area 91 obtained before performing step S6 and included in the measurement target area 90 after performing step S6, and measurement results of the cell area 91 obtained after performing step S6. Doing so may improve mapping throughput.
ステップS2を終了すると、ステップS3へ移行する。 Once step S2 is completed, proceed to step S3.
ステップS3では、探索点として決定されたセル領域91のインデンテーション試験を行い(インデンテーション試験工程の一例)、プロファイルの測定結果をマッピングデータとして記憶部19に記憶する測定工程を実行し、ステップ4へ移行する。 In step S3, an indentation test is performed on the cell area 91 determined as the search point (an example of an indentation test process), and a measurement process is executed in which the profile measurement results are stored in the memory unit 19 as mapping data, and then the process proceeds to step 4.
ステップS4では、制御部10は、測定対象領域90の更新条件を満たしているか否かを判定する領域更新判定工程を実行する。領域更新判定工程では、直近の2回以上(例えば現在、前回、及び前々回の3回)の位置決定工程(ステップS2)におけるガウス過程回帰のそれぞれにおいて導かれた、期待値が最大又は最小と予測された位置を含むセル領域91同士が隣接又は重複している場合に更新条件を満たしていると判定し(ステップS4、Yes)、ステップS5へ移行する。ステップS4では、直近の2回以上の位置決定工程(ステップS2)で期待値が最大又は最小と予測された位置を含むセル領域91同士が隣接していなければ、更新条件を満たしていないと判定してステップS2へ戻る(ステップS4、No)。 In step S4, the control unit 10 executes a region update determination process to determine whether the update conditions for the measurement target region 90 are met. In the region update determination process, if the cell regions 91 containing positions predicted to have the maximum or minimum expected values derived in each of the most recent two or more (e.g., three times: the current, previous, and the time before last) position determination processes (step S2) are adjacent or overlapping, it is determined that the update conditions are met (step S4, Yes), and the process proceeds to step S5. In step S4, if the cell regions 91 containing positions predicted to have the maximum or minimum expected values in the most recent two or more position determination processes (step S2) are not adjacent, it is determined that the update conditions are not met, and the process returns to step S2 (step S4, No).
ここで、あるセル領域91が、他のセル領域91と隣接する、とは、他のセル領域91が、あるセル領域91を囲う、周囲8個のセルの何れかである場合のことを言う。また、直近の2回以上のガウス過程回帰のそれぞれにおいて導かれた、期待値が最大又は最小と予測された位置を含むセル領域91が重複する場合とは、直近の2回以上のベイズ最適化のそれぞれにおいて導かれた、期待値が最大又は最小と予測された位置が、いずれも同じセル領域91の領域内であることを言う。 Here, a cell region 91 is adjacent to another cell region 91 when the other cell region 91 is one of the eight cells surrounding the cell region 91. Furthermore, when cell regions 91 containing positions predicted to have the maximum or minimum expected value derived in each of the most recent two or more Gaussian process regressions overlap, this means that the positions predicted to have the maximum or minimum expected value derived in each of the most recent two or more Bayesian optimizations are all within the same cell region 91.
ステップS4では、現在の測定対象領域90に対してステップS2が所定回数(例えば、10回)以上実行済みであることを、測定対象領域90の更新条件を満たしていると判定する前提条件としてもよい。このようにすることで、マッピングの精度が向上する場合がある。 In step S4, the prerequisite for determining that the update conditions for the measurement target area 90 are met may be that step S2 has been performed a predetermined number of times (e.g., 10 times) for the current measurement target area 90. This may improve the accuracy of the mapping.
ステップS5では、制御部10は、セル領域91が最小セルサイズになったか否かを判定するセル更新判定工程を実行する。セル領域91が最小セルサイズになっていなければ、すなわち、セル領域91が最小セルサイズの大きさを超える場合は(ステップS5、No)ステップS6へ移行する。セル領域91が最小セルサイズになっていれば(ステップS5、YES)ステップS7へ移行する。 In step S5, the control unit 10 executes a cell update determination process to determine whether the cell area 91 has reached the minimum cell size. If the cell area 91 has not reached the minimum cell size, i.e., if the cell area 91 exceeds the minimum cell size (step S5, No), the process proceeds to step S6. If the cell area 91 has reached the minimum cell size (step S5, Yes), the process proceeds to step S7.
ステップS6では、制御部10は、現在の測定対象領域90を新たな測定対象領域90に更新し、且つ、セル領域91を、現在の領域よりも狭いセル領域91に更新して、ステップS2へ戻る。 In step S6, the control unit 10 updates the current measurement target area 90 to a new measurement target area 90, and updates the cell area 91 to a cell area 91 that is narrower than the current area, and then returns to step S2.
ステップS7では、制御部10は、マッピングの終了条件を満たすか否かを判定する終了判定工程を実行する。マッピングの終了条件を満たすと判定した場合(ステップS7、YES)、制御部10は、マッピングを終了する。マッピングの終了条件を満たさないと判定した場合(ステップS7、NO)、ステップS8へ移行する。 In step S7, the control unit 10 executes a termination determination step to determine whether the mapping termination condition is met. If it is determined that the mapping termination condition is met (step S7, YES), the control unit 10 terminates the mapping. If it is determined that the mapping termination condition is not met (step S7, NO), the control unit 10 proceeds to step S8.
本実施形態においてステップ7におけるマッピングの終了条件の一例は、ステップ2(位置決定工程)において行われた、直近の2回以上(例えば、直近の3回)のガウス過程回帰のそれぞれにおいて導かれた、期待値が最大又は最小と予測された位置を含むセル領域91が重複する場合とすることができる。すなわち、制御部10は、ステップ2(位置決定工程)において行われた、直近の2回以上(例えば、直近の3回)のベイズ最適化のそれぞれにおいて導かれた、期待値が最大又は最小と予測された位置を含むセル領域91が重複する場合に、マッピングの終了条件を満たすと判定してよい。 In this embodiment, an example of the condition for terminating the mapping in step 7 is when cell areas 91 containing positions predicted to have the maximum or minimum expected value derived in each of the most recent two or more (e.g., most recent three) Gaussian process regressions performed in step 2 (position determination process) overlap. In other words, the control unit 10 may determine that the condition for terminating the mapping is met when cell areas 91 containing positions predicted to have the maximum or minimum expected value derived in each of the most recent two or more (e.g., most recent three) Bayesian optimizations performed in step 2 (position determination process) overlap.
また、ステップS7では、後述するステップS8が少なくとも一回実行されたか否かを、マッピングの終了条件の前提としてもよい。この場合も、更に、ステップ2(位置決定工程)において行われた、直近の2回以上のベイズ最適化のそれぞれにおいて導かれた、期待値が最大又は最小と予測された位置を含むセル領域91が重複することをマッピングの終了条件とすることができる。 In step S7, the termination condition for mapping may be whether step S8, described below, has been performed at least once. In this case, the termination condition for mapping may also be whether the cell regions 91 containing the positions predicted to have the maximum or minimum expected values derived in each of the most recent two or more Bayesian optimizations performed in step 2 (position determination process) overlap.
すなわち、図14に示すように、ステップS7では、まず、ステップS8が少なくとも一回実行されたか否かを判定し(ステップS71)、ステップS8が一回も実行されていなければ(ステップS71、NO)、マッピングの終了条件を満たさないと判定(ステップS72)してステップS7を終了し、ステップS8へ移行する(図12参照)。 That is, as shown in FIG. 14, in step S7, it is first determined whether step S8 has been executed at least once (step S71). If step S8 has not been executed even once (step S71, NO), it is determined that the mapping termination condition is not met (step S72), step S7 is terminated, and the process proceeds to step S8 (see FIG. 12).
ステップS8が少なくとも一回実行されていれば(ステップS71、YES)、ステップS73に移行する。 If step S8 has been executed at least once (step S71, YES), proceed to step S73.
ステップS73では、ステップ2(位置決定工程)において行われた、直近の3回のガウス仮定回帰のそれぞれにおいて導かれた、期待値が最大又は最小と予測された位置を含むセル領域91が重複するか否かを判定する。重複する場合は(ステップS73、Yes)、マッピングの終了条件を満たすと判定(ステップS74)してステップS7を終了してマッピングを終了する(図12参照)。重複しない場合は(ステップS73、No)、ステップS72へ移行する。 In step S73, it is determined whether the cell areas 91 containing the positions predicted to have the maximum or minimum expected values derived in each of the three most recent Gaussian regressions performed in step 2 (position determination process) overlap. If they overlap (step S73, Yes), it is determined that the mapping termination condition is met (step S74), and step S7 is terminated, terminating the mapping (see Figure 12). If they do not overlap (step S73, No), the process proceeds to step S72.
なお、ステップS7では、少なくとも一回のステップS6が実行済みであり、且つ、現在の測定対象領域90に対してステップS2が所定回数(例えば、6回)以上実行済みであることを、マッピングの終了条件を満たすと判定することができる前提条件としてもよい。このようにすれば、マッピングの精度が向上する場合がある。 In step S7, the prerequisite for determining that the mapping termination condition is met may be that step S6 has been executed at least once and step S2 has been executed a predetermined number of times (e.g., six times) or more for the current measurement target area 90. This may improve the accuracy of the mapping.
また、ステップS7では、ステップ2(位置決定工程)において行われた、直近の2回以上(例えば、直近の3回)のベイズ最適化のそれぞれにおいて導かれた、期待値が最大又は最小と予測された位置を含むセル領域91が重複する場合に、マッピングの終了条件を満たすと判定するのみならず、終了判定工程(ステップS7)が既に3回実行された場合、すなわち、終了前測定工程(ステップS8)が既に3回実行された場合に、マッピングの終了条件を満たすと制御部10が判断することとしてもよい。このようにすると、マッピングにあたり、いたずらに測定サイクルを増やすことを回避することができる。 In addition, in step S7, the control unit 10 may determine that the mapping termination condition is met not only when cell areas 91 containing positions predicted to have the maximum or minimum expected values derived in each of the most recent two or more (e.g., most recent three) Bayesian optimizations performed in step 2 (position determination process) overlap, but also when the termination determination process (step S7) has already been performed three times, i.e., when the pre-termination measurement process (step S8) has already been performed three times. In this way, it is possible to avoid unnecessarily increasing the measurement cycle during mapping.
ステップS8では、現在の測定対象領域90における、未探索のセル領域91から一つ以上(例えば、3つ)を選択し、選択されたセル領域91のインデンテーション試験を行い、プロファイルの測定結果をマッピングデータとして記憶部19に記憶する終了前測定工程を実行し、ステップ2へ移行する。 In step S8, one or more (e.g., three) unsearched cell areas 91 in the current measurement target area 90 are selected, an indentation test is performed on the selected cell areas 91, and a pre-termination measurement process is executed in which the profile measurement results are stored in the memory unit 19 as mapping data, and then the process proceeds to step 2.
なお、ステップS8で選択するセル領域91は、直前のステップ2において探索点とされたセル領域91の近傍のセル領域91から選択するようにするとよい。この際、探索済みセルは、ステップS8で選択するセル領域91からは除外する。直前のステップ2において探索点とされたセル領域91の近傍のセル領域91とは、例えば、直前のステップ2において探索点とされたセル領域91を囲う、周囲24個(内側の8個と外側の16個)のセル領域91の何れかとしてよい。このようにすることで、マッピングの精度が向上する場合がある。 The cell area 91 selected in step S8 may be selected from the cell areas 91 adjacent to the cell area 91 that was set as the search point in the immediately preceding step 2. In this case, searched cells are excluded from the cell areas 91 selected in step S8. The cell area 91 adjacent to the cell area 91 that was set as the search point in the immediately preceding step 2 may be, for example, any of the 24 cell areas 91 (8 on the inside and 16 on the outside) that surround the cell area 91 that was set as the search point in the immediately preceding step 2. Doing so may improve the accuracy of the mapping.
以上説明したようなマッピング方法を用いれば、従来法(全数試験)に比べて、所定の特性を有する部位の特定のために必要な測定サイクル数を大きく削減できる(例えば、100分の1にまで削減)。また、ベイズ最適化を用いたマッピング法であって、測定対象領域の更新及びセルの更新を行わないマッピング方法に比べても、所定の特性を有する部位の特定のために必要な測定サイクル数をおよそ半分にまで削減することができる。すなわち、測定対象領域の更新(縮小)は、分散に重み付けた獲得関数の隈なく探索するという性能を活かしつつ、探索が進行するにつれて期待値の高い箇所への重点的な探索を可能とし、マッピングの精度向上を実現する。また、セルの更新(セル領域の縮小)は、当初は大まかに分布を推定して探索の収束を早めつつ(大雑把なマッピングを行ってあたりを付けて)、その後に所定の特性を有する部位が存在するであろう領域についての精度の高い探索を可能とし、マッピングの精度向上を実現する。これらにより、マッピングの精度を高めつつ、ハイスループット化を実現できるのである。 By using the mapping method described above, the number of measurement cycles required to identify regions with specified characteristics can be significantly reduced (for example, to one-hundredth of the number required) compared to conventional methods (full-scale testing). Furthermore, compared to mapping methods using Bayesian optimization that do not update the measurement target region or cells, the number of measurement cycles required to identify regions with specified characteristics can be reduced by approximately half. In other words, updating (reducing) the measurement target region takes advantage of the comprehensive search performance of the variance-weighted acquisition function, while enabling focused search on regions with high expected values as the search progresses, thereby improving mapping accuracy. Furthermore, updating cells (reducing the cell region) initially roughly estimates the distribution to speed up search convergence (performing rough mapping to get a rough idea), and then enables highly accurate search of regions where regions with specified characteristics are likely to exist, thereby improving mapping accuracy. These improvements enable high throughput while improving mapping accuracy.
以上のようにして、ハイスループットなインデンテーションマッピング装置及びマッピング方法を提供することができる。 In this way, a high-throughput indentation mapping device and mapping method can be provided.
〔別実施形態〕
(1)上記実施形態では、マッピング装置100が、試料9の表面への圧子2の押し込みと引き戻しに伴う圧子2に作用する荷重の変化であるプロファイルを取得するにあたり、
圧子2が所定の押し込み深さに押し込まれる場合を例示して説明した。しかし、プロファイルの取得は、圧子2に作用する荷重が所定の大きさになるまで押し込まれる場合においても行える。
[Another embodiment]
(1) In the above embodiment, when the mapping device 100 acquires a profile that is a change in the load acting on the indenter 2 as the indenter 2 is pressed into and pulled back from the surface of the sample 9,
Although the case where the indenter 2 is pressed to a predetermined depth has been described as an example, the profile can also be obtained when the indenter 2 is pressed until the load acting on the indenter 2 reaches a predetermined magnitude.
(2)上記実施形態では、測定対象領域90が正方形の領域である場合を仮定して説明したが、測定対象領域90は矩形状であってもよい。なお、測定対象領域90は矩形状である場合であっても、x方向において隣接するセル領域91,91の間隔d1とy方向において隣接するセル領域91,91の間隔d2とはできるだけ等しくなるように測定対象領域90を格子状に分割することが好ましい。 (2) In the above embodiment, the measurement target area 90 is described as being a square area, but the measurement target area 90 may also be rectangular. Even if the measurement target area 90 is rectangular, it is preferable to divide the measurement target area 90 into a grid so that the distance d1 between adjacent cell areas 91, 91 in the x direction and the distance d2 between adjacent cell areas 91, 91 in the y direction are as equal as possible.
(3)上記実施形態では、x方向において隣接するセル領域91,91の間隔d1とy方向において隣接するセル領域91,91の間隔d2とは等しくなる場合を説明した。しかし、間隔1dと間隔d2とはある程度等しければよく、同じ間隔であることは必須ではない。例えば間隔d1と間隔d2との間隔の違いは、プラスマイナス30%程度の相違は十分に許容される。間隔d1と間隔d2とは、圧痕Pの影響を避けられるように設定すればよい。また、マッピング結果の精度が低くならない程度に広く設定してよい。マッピング結果の精度をできるだけ高めたければ狭く設定すればよい。 (3) In the above embodiment, the case was described where the distance d1 between adjacent cell regions 91, 91 in the x direction and the distance d2 between adjacent cell regions 91, 91 in the y direction are equal. However, distance d1 and distance d2 only need to be equal to a certain extent, and they do not necessarily have to be the same distance. For example, a difference of about plus or minus 30% between distance d1 and distance d2 is fully acceptable. Distances d1 and d2 should be set so as to avoid the influence of indentation P. They may also be set wide enough as long as the accuracy of the mapping results is not reduced. If you want to maximize the accuracy of the mapping results, you should set them narrower.
(4)上記実施形態において説明した、ステップS7における、マッピング終了条件は、上記実施形態での例示に限られず、マッピングの目的や、マッピングに求める精度に応じて適宜変更してよい。同様に、ステップS4における更新条件や、ステップS5における最小セルサイズの設定も、マッピングの目的や、マッピングに求める精度に応じて適宜変更してよい。 (4) The mapping termination condition in step S7 described in the above embodiment is not limited to the example given in the above embodiment, and may be changed as appropriate depending on the purpose of mapping and the accuracy required for mapping. Similarly, the update condition in step S4 and the setting of the minimum cell size in step S5 may also be changed as appropriate depending on the purpose of mapping and the accuracy required for mapping.
例えば、上記実施形態では、領域更新判定工程において、現在、前回、及び前々回の3回の位置決定工程におけるガウス過程回帰のそれぞれにおいて導かれた、期待値が最大又は最小と予測された位置を含むセル領域91同士が隣接又は重複している場合に、更新条件を満たしていると判定する場合を説明したが、更新条件を満たしていると判定する条件はこれに限られない。例えば、ガウス過程回帰のそれぞれにおいて導かれた、期待値が最大又は最小と予測された位置について、現在と前回との当該位置間の座標上の距離が√2以内、且つ、前回と前前回との当該位置間の座標上の距離が√2以内である場合に、更新条件を満たしていると判定するように、条件を定めてもよい。すなわち、領域更新判定工程における更新条件は、座標上の位置関係に基づいて定めてもよいし、セル領域91同士の位置関係に基づいて定めてもかまわない。 For example, in the above embodiment, the region update determination process describes a case in which the update condition is determined to be satisfied when cell regions 91 containing positions predicted to have the maximum or minimum expected value derived in each of the three Gaussian process regressions in the current, previous, and second-to-last position determination processes are adjacent to or overlapping each other. However, the conditions for determining that the update condition is satisfied are not limited to this. For example, the conditions may be defined such that, for positions predicted to have the maximum or minimum expected value derived in each of the Gaussian process regressions, the update condition is determined to be satisfied when the coordinate distance between the current and previous positions is within √2 and the coordinate distance between the previous and previous-previous positions is within √2. In other words, the update condition in the region update determination process may be determined based on the positional relationship in the coordinates, or may be determined based on the positional relationship between the cell regions 91.
また、上記実施形態では、終了判定工程におけるマッピングの終了条件の一例として、位置決定工程において行われた、直近の2回以上のガウス仮定回帰のそれぞれにおいて導かれた、期待値が最大又は最小と予測された位置を含むセル領域91が重複する場合とすることができることを説明したが、マッピングの終了条件はこれに限られない。例えば、直近の2回以上のガウス仮定回帰のそれぞれにおいて導かれた、期待値が最大又は最小と予測された位置間の座標上の距離が√2以内である場合をマッピングの終了条件とすることもできる。すなわち、終了判定工程におけるマッピングの終了条件は、座標上の位置関係に基づいて定めてもよいし、セル領域91同士の位置関係に基づいて定めてもかまわない。 In the above embodiment, an example of a condition for terminating mapping in the termination determination step is described as a case where cell areas 91 containing positions predicted to have the maximum or minimum expected value derived in each of the most recent two or more Gaussian assumption regressions performed in the position determination step overlap. However, the condition for terminating mapping is not limited to this. For example, a condition for terminating mapping can be a case where the coordinate distance between positions predicted to have the maximum or minimum expected value derived in each of the most recent two or more Gaussian assumption regressions is within √2. In other words, the condition for terminating mapping in the termination determination step may be determined based on the positional relationship in the coordinate system, or based on the positional relationship between cell areas 91.
(5)上記実施形態では、制御部10は、仮の探索点を含む又は仮の探索点に隣接するセル領域91である隣接セルから、既にインデンテーション試験を行ったセル領域91を除き、残りの隣接セルの中から、仮の探索点と最も距離が近いセル領域91を選択し、このセル領域91を、次回の探索点として決定する場合を説明した。しかし、少なくとも一度終了前測定工程が実行された後における位置決定工程においては、制御部10は、単に仮の探索点を含むセル領域91を、次回の探索点として決定し、仮に、この仮の探索点を含むセル領域91が、既にインデンテーション試験を行ったセル領域91と重複する場合は、測定工程を省略することとしてもよい。 (5) In the above embodiment, the control unit 10 excludes cell areas 91 that have already undergone indentation testing from adjacent cells that are cell areas 91 that include or are adjacent to the tentative search point, selects the cell area 91 that is closest to the tentative search point from the remaining adjacent cells, and determines this cell area 91 as the next search point. However, in the position determination process after the pre-termination measurement process has been performed at least once, the control unit 10 may simply determine the cell area 91 that includes the tentative search point as the next search point, and if the cell area 91 that includes this tentative search point overlaps with a cell area 91 that has already undergone indentation testing, the measurement process may be omitted.
なお、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 The configurations disclosed in the above embodiments (including other embodiments, the same applies below) can be applied in combination with configurations disclosed in other embodiments, provided that no contradictions arise. Furthermore, the embodiments disclosed in this specification are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments. They can be modified as appropriate within the scope of the purpose of the present invention.
本発明は、マッピング方法及びインデンテーションマッピング装置に適用できる。 The present invention can be applied to mapping methods and indentation mapping devices.
1 :制御装置
2 :圧子
3 :ステージ
4 :台座
5 :支柱
9 :試料
10 :制御部
11 :測定部
19 :記憶部
21 :圧子支持部
41 :スライド機構
51 :昇降装置
52 :昇降機構
53 :位置センサ
54 :荷重センサ
90 :測定対象領域
91 :セル領域
91A :セル領域
91B :セル領域
91C :セル領域
91C :セル領域
91X :領域
91a :セル領域
91b :セル領域
100 :マッピング装置(インデンテーションマッピング装置)
K :定数
P :圧痕
Q1 :セル
Q2 :セル
Q3 :セル
Q4 :セル
Qm :セル
Qm-1 :セル
h :深さ
d :間隔
d1 :間隔
d2 :間隔
q4 :仮の探索点
qm :仮の探索点
r :幅
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Control device 2: Indenter 3: Stage 4: Base 5: Support 9: Sample 10: Control unit 11: Measurement unit 19: Memory unit 21: Indenter support unit 41: Slide mechanism 51: Elevating device 52: Elevating mechanism 53: Position sensor 54: Load sensor 90: Measurement target area 91: Cell area 91A: Cell area 91B: Cell area 91C: Cell area 91C: Cell area 91X: Area 91a: Cell area 91b: Cell area 100: Mapping device (indentation mapping device)
K: Constant P: Indentation Q1 : Cell Q2 : Cell Q3 : Cell Q4 : Cell Qm : Cell Qm -1 : Cell h: Depth d: Spacing d1: Spacing d2: Spacing q4: Temporary search point qm: Temporary search point r: Width
Claims (14)
現在の前記測定対象領域を新たな前記測定対象領域に更新し、且つ、前記セル領域を、現在の領域よりも狭い領域に更新する更新工程と、
複数の前記セル領域の中から探索点とする前記セル領域を決定する位置決定工程と、
前記探索点が決定された場合に当該探索点の前記セル領域の情報を測定する測定工程と、
前記測定対象領域の更新条件を満たしているか否かを判定する領域更新判定工程と、を含み、
前記位置決定工程は、前記測定工程で測定した測定結果を含むマッピングデータに基づいてベイズ最適化を行い、獲得関数の値が最大となる位置に基づいて次回の前記探索点とする前記セル領域を決定し、
前記更新工程は、前記領域更新判定工程において更新条件を満たしていると判定された場合に実行され、
前記更新工程では、新たな前記測定対象領域として、現在の前記測定対象領域に含まれる領域であり、直前の前記ベイズ最適化において導かれた所定の特性に関する期待値が最大又は最小と予測される位置を含む前記セル領域を含み、現在の前記測定対象領域よりも狭い領域を設定するマッピング方法。 a dividing step of determining a measurement target area on the sample surface and dividing the measurement target area into a plurality of cell areas;
an updating step of updating the current measurement target area to a new measurement target area and updating the cell area to an area smaller than the current area;
a position determination step of determining a cell area to be a search point from among the plurality of cell areas;
a measurement step of measuring information of the cell area of the search point when the search point is determined;
an area update determination step of determining whether an update condition for the measurement target area is satisfied;
The position determination step performs Bayesian optimization based on mapping data including the measurement results obtained in the measurement step, and determines the cell area to be the next search point based on the position where the value of the acquisition function is maximized;
the updating step is executed when it is determined in the area update determination step that an update condition is satisfied;
In the update process, a mapping method is provided in which a new measurement target area is set as an area that is included in the current measurement target area, includes the cell area that includes the position where the expected value for a specified characteristic derived in the previous Bayesian optimization is predicted to be maximum or minimum, and is smaller than the current measurement target area.
前記更新工程は、前記領域更新判定工程において更新条件を満たしていると判定され、且つ、前記セル更新判定工程において、前記セル領域があらかじめ定めた大きさになっていないと判定された場合、前記更新工程を行う請求項1から3の何れか一項に記載のマッピング方法。 The method further includes a cell update determination step of determining whether the cell area has reached a predetermined size,
4. A mapping method according to claim 1, wherein the update process is performed when the area update determination process determines that the update condition is met and the cell update determination process determines that the cell area does not have a predetermined size.
前記終了判定工程は、前記領域更新判定工程において更新条件を満たしていると判定され、且つ、前記セル更新判定工程において前記セル領域があらかじめ定めた大きさになったと判定された場合に実行される請求項4に記載のマッピング方法。 further including a termination determination step of determining whether a termination condition for the mapping is satisfied;
5. The mapping method according to claim 4, wherein the termination determination step is executed when it is determined in the area update determination step that an update condition is satisfied and when it is determined in the cell update determination step that the cell area has reached a predetermined size.
前記終了前測定工程は、前記終了判定工程でマッピングの終了条件を満たさないと判定された場合に実行される請求項6に記載のマッピング方法。 The method further includes a pre-termination measurement step of selecting one or more of the unsearched cell areas in the measurement target area and measuring information of the selected cell areas;
The mapping method according to claim 6 , wherein the pre-termination measurement step is executed when it is determined in the termination determination step that the termination condition for mapping is not satisfied.
前記更新工程を行う前に取得された前記セル領域の測定結果と、前記更新工程を行った後に取得された前記セル領域の測定結果とを含む前記マッピングデータに基づいて次回の前記探索点を決定する請求項1から11のいずれか一項に記載のマッピング方法。 The position determining step includes:
A mapping method according to any one of claims 1 to 11, wherein the next search point is determined based on the mapping data including measurement results of the cell area obtained before the update process and measurement results of the cell area obtained after the update process.
前記更新工程を行う前に取得されたものであって、前記更新工程を行った後の測定対象領域に含まれる前記セル領域の測定結果と、前記更新工程を行った後に取得された前記セル領域の測定結果とを含む前記マッピングデータに基づいて次回の前記探索点を決定する請求項1から11のいずれか一項に記載のマッピング方法。 The position determining step includes:
A mapping method according to any one of claims 1 to 11, wherein the next search point is determined based on the mapping data, which was acquired before the update process and includes measurement results of the cell area included in the measurement target area after the update process, and measurement results of the cell area acquired after the update process.
前記圧子の押し込み位置としての探索点を決定する制御部と、
前記圧子に作用する圧縮荷重及び前記圧子の押し込み深さを測定する測定部と、
前記探索点及び前記測定部が測定した測定結果を含むマッピングデータを記憶する記憶部と、を備え、
前記制御部は、
試料表面における測定対象領域を設定し、当該測定対象領域を複数の領域に分割したセル領域に分割する分割工程と、
現在の前記測定対象領域を新たな前記測定対象領域に更新し、且つ、前記セル領域を、現在の領域よりも狭い領域に更新する更新工程と、
複数の前記セル領域の中から探索点とする前記セル領域を決定する位置決定工程と、
前記測定対象領域の更新条件を満たしているか否かを判定する領域更新判定工程と、を実行し、
前記位置決定工程では、前記マッピングデータに基づいてベイズ最適化を行い、所定の特性に関する獲得関数の値が最大となる位置に基づいて次回の前記探索点とする前記セル領域を決定し、
前記領域更新判定工程において更新条件を満たしていると判定された場合に前記更新工程を実行し、
新たな前記測定対象領域として、現在の前記測定対象領域に含まれる領域であって、直前の前記ベイズ最適化において導かれた期待値が最大又は最小と予測される位置を含む前記セル領域を含み、現在の前記測定対象領域よりも狭い領域を設定するインデンテーションマッピング装置。 an indenter that is pressed into the sample surface;
a control unit that determines a search point as a pressing position of the indenter;
a measuring unit for measuring a compressive load acting on the indenter and an indentation depth of the indenter;
a storage unit that stores mapping data including the search points and the measurement results measured by the measurement unit,
The control unit
a dividing step of setting a measurement target area on the sample surface and dividing the measurement target area into a plurality of cell areas;
an updating step of updating the current measurement target area to a new measurement target area and updating the cell area to an area smaller than the current area;
a position determination step of determining a cell area to be a search point from among the plurality of cell areas;
an area update determination step of determining whether or not an update condition for the measurement target area is satisfied;
In the position determination step, Bayesian optimization is performed based on the mapping data, and the cell area to be the next search point is determined based on the position where a value of an acquisition function related to a predetermined characteristic is maximized;
When it is determined that the update condition is satisfied in the area update determination step, the update step is executed;
An indentation mapping device that sets a new measurement target area as an area that is included in the current measurement target area, and includes the cell area that includes the position where the expected value derived in the previous Bayesian optimization is predicted to be maximum or minimum, and is narrower than the current measurement target area.
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