(57)【要約】【課題】本発明の目的は、試料の意図しない損傷を回避し、プローブや試料ステージなどの成分である重金属のスパッタ粒子の試料への飛散や付着を極力低減して、プローブを加工することに関する。【解決手段】本発明は、イオンビームを照射できるイオンビーム装置と、真空試料室内に配置されたプローブを駆動するプローブ制御装置と、を備えたプローブ装置において、プローブをイオンビームで加工するための領域を試料室内に設け、プローブのスパッタ粒子やプローブ近傍を通過したイオンビームを当該領域に捕捉させることに関する。本発明により、プローブへのイオンビーム照射により発生したスパッタ粒子，プローブの破片，プローブの近傍を通過したイオンビームなどによる試料などへの悪影響を低減できる。このため、プローブ形状を試料室内で再生し、長期間プローブを継続使用することが可能となる。【選択図】  図１
2010177063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空試料室と、
真空試料室内に配置され、試料を載置できる試料ステージと、
真空試料室内に配置されたプローブを駆動できるプローブ制御装置と、
イオンビームを照射できるイオンビーム照射装置と、
イオンビームの照射により発生する二次粒子を検出できる二次粒子検出器と、
二次粒子検出器からの信号を処理する演算装置と、
演算装置により画像化されたイオンビーム照射領域の画像を表示できるディスプレイと、を有するプローブ装置において、
プローブにイオンビームを照射してプローブを加工するためのプローブ再生部を真空試料室内に有する装置。
【請求項２】
請求項１記載のプローブ装置において、
前記プローブ再生部が試料ステージに設けられ、試料ステージを移動させてプローブ再生部をイオンビームの照射領域に移動させ、プローブを加工できるように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２記載のプローブ装置において、
前記プローブ再生部が試料ステージに着脱可能であることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１記載のプローブ装置において、
前記プローブ再生部が試料ステージとは独立に駆動でき、試料ステージを動かすことなくプローブ再生部をイオンビームの照射領域に移動し、プローブを加工できるように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１記載のプローブ装置において、
前記プローブ再生部が、イオンビームの上流側に開口部と、イオンビームの下流側に底部を有する凹形状であることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５記載のプローブ装置において、
前記プローブ再生部における底部が、開口部の最長の１辺又は最長の直径の長さより深い位置にあることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１記載のプローブ装置において、
前記プローブ再生部が、少なくともプローブの先端を挿入できる第１の開口と、イオンビームが通過できる第２の開口部と、イオンビームの下流側に底部を有する凹形状であることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７記載のプローブ装置において、
前記プローブ再生部が、開口部より底部の面積が広く、凹形状の内部が広がっている形状であることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１記載のプローブ装置において、
電子ビームを照射する電子ビーム照射装置を備えることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１記載のプローブ装置において、
プローブ再生部における真空試料室内の真空に接する部分がシリコンで形成されていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１記載のプローブ装置において、
前記イオンビームが集束イオンビームであることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１記載のプローブ装置において、
前記イオンビームが投射イオンビームであることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１記載のプローブ装置において、
前記プローブ装置は、プローブをプローブ軸中心に回転可能な機構を有し、
前記演算装置に予め登録したプローブ側面許容形状とプローブの側面形状を演算装置が比較し、プローブの側面形状がプローブ許容側面形状を外れている場合、当該プローブを予め登録したプローブ側面基準形状に加工することを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１記載のプローブ装置において、
前記演算装置がプローブを定期的に観察し、予め登録した再生すべきプローブ形状と比較し、
プローブの形状が再生すべきプローブ形状を外れている場合、当該プローブを予め登録した再生プローブ形状に再生加工することを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１記載のプローブ装置において、
前記演算装置がプローブを観察し、予め登録した基準プローブの許容寸法範囲と比較し、プローブの寸法が登録されたプローブの許容寸法範囲を外れている場合、当該プローブを予め登録した再生プローブ形状に再生加工することを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１記載のプローブ装置において、
前記演算装置がプローブを定期的に観察し、予め登録した再生すべきプローブ形状と比較して、プローブ形状が再生すべきプローブ形状を外れている場合、当該プローブの交換又は再生を促す表示をディスプレイに表示することを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１記載のプローブ装置において、
前記制御装置がプローブを観察し、予め登録した基準プローブの許容寸法範囲と比較して、プローブの寸法が登録されたプローブの許容寸法範囲を外れている場合、当該プローブの交換又は再生を促す表示をディスプレイに表示することを特徴とするプローブ装置。
【請求項１８】
真空試料室内で動作可能なプローブの再生方法であって、
演算装置の制御により、再生すべきプローブをイオンビーム照射領域に移動させ、
演算装置の制御により、再生すべきプローブに対してイオンビームの下流側となる位置にプローブ再生部を配置し、
演算装置の制御によりイオンビーム装置からのイオンビームをプローブに照射する方法。
【請求項１９】
真空試料室内で動作可能なプローブの再生方法であって、
演算装置によりプローブ再生部の画像をディスプレイに表示し、
演算装置により再生すべきプローブの画像をディスプレイに表示し、
予め定めたプローブ形状が残るように演算装置にイオンビーム照射領域を設定し、
前記設定に基づいて演算装置の制御によりイオンビーム装置からイオンビームを照射する方法。
【請求項２０】
真空試料室内で動作可能なプローブの再生方法であって、
イオンビーム照射領域を予め演算装置に記憶させ、
イオンビーム照射領域を再生すべきプローブの画像と重なるようにディスプレイに表示し、
演算装置の制御によりイオンビーム装置からのイオンビームをイオンビーム照射領域に合わせて照射する方法。
【請求項２１】
請求項１８記載のプローブ再生方法において、
前記イオンビームが集束イオンビームであり、前記イオンビーム照射領域が、当該集束イオンビームの走査領域であることを特徴する方法。
【請求項２２】
請求項１８記載のプローブ再生方法において、
前記イオンビームが投射イオンビームであり、前記イオンビーム照射領域が、当該投射イオンビームを形成する開口マスクの縮小形状であることを特徴する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブを備えたイオンビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集束イオンビーム装置（Focused Ion Beam装置：ＦＩＢ装置）の真空試料室内にプローブを内蔵し、試料ステージに載置した母試料から微小試料を摘出したり、微小対象物を移動させたり、母試料の配線にコンタクトして電圧を供給したり、信号を検出したりするプローブ装置がある。尚、イオンビーム装置とは、例えば、試料に照射されるイオンビームの直径が１０nm以下に集束される集束イオンビーム（ＦＩＢ）を照射する装置や、イオン源と試料の間に配置した開口マスク形状の縮小された形状のビームである投射イオンビームを照射する装置である。
【０００３】
プローブは、プローブ駆動手段によって真空試料室内を移動できるが、プローブ駆動手段は真空試料室の内外を問わない。真空試料室内の試料やプローブは、イオンビーム照射によって発生する二次電子により画像化するか、同じ装置に搭載された電子ビームカラムの電子ビームによって二次電子像として観察することもある。
【０００４】
真空試料室内で動作するプローブを設置した集束イオンビーム装置は、例えば、特開平５−２８９５０号公報（特許文献１）や特表９９−０５５０６号公報（特許文献２）に開示されている。
【０００５】
特開平５−２８９５０号公報（特許文献１）では、真空試料室内の試料から微小な試料片を、集束イオンビーム加工とプローブを使って分離する方法が開示されている。
【０００６】
国際公開第９９／０５５０６号公報（特許文献２）では、真空試料室内の試料から微小な試料片を、集束イオンビーム加工とプローブを使って摘出し、予め真空試料室内に準備した透過電子顕微鏡の試料ホルダに移設して、透過電子顕微鏡で観察できる薄片に加工する方法と装置が開示されている。
【０００７】
また、特開２００４−２７６１０３号公報（特許文献３）では、集束イオンビームを用いた加工装置において、プローブ先端を集束イオンビームで切断した後、集束イオンビームを照射してプローブ先端を研磨することが開示されている。
【０００８】
また、特開２００５−３００４４２号公報（特許文献４）では、集束イオンビーム装置などの荷電粒子ビーム装置とプローブ顕微鏡が一体システムとなった複合装置において、プローブ先端の磨耗や欠損に対して自前の荷電粒子ビームを用いて加工を施すことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２８９５０号公報
【特許文献２】国際公開第９９／０５５０６号公報
【特許文献３】特開２００４−２７６１０３号公報
【特許文献４】特開２００５−３００４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本願発明者が、イオンビームを用いたプローブ加工について鋭意検討したところ、次のような知見を得るに至った。
【００１１】
集束イオンビーム装置や、集束イオンビーム装置と走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）の混載装置における真空試料室内に先鋭化したプローブを配置して、試料にプローブを接触させて試料に電位を供給する機能や、試料から透過電子顕微鏡観察用の微小試料をプローブで摘出する機能や、真空内で微小な物体をプローブで搬送する機能を持たせた装置がある。このような装置に使われるプローブは、一般に、直径１００nm程度，長さが１０mm程度であり、先端曲率半径が１μｍ程度に先鋭化した金属製微細針（通常、タングステンやモリブデンなど）である。
【００１２】
これら装置において、図２に示すように、試料や他構成部品への接触によりプローブ先端が変形したり（ａ）、プローブ先端に異物３３が付着したりする場合がある（ｂ）。この場合、初期の先鋭化した先端形状とは異なるため、所望の作業ができない場合がある。このような場合には、新品のプローブに交換することが最善策であるが、僅かな変形や異物付着の度にプローブを交換することは不経済である。そこで、プローブ先端の変形や異物の付着が起こると、その都度、集束イオンビームによってプローブ先端を切断や整形し、又は異物をスパッタ除去して急場を凌ぐことがある。
【００１３】
しかしながら、試料の清浄性に厳しい半導体ウエハやデバイスなどの試料を扱うプローブ装置において、試料を導入する真空試料室内でプローブ（通常、タングステンやモリブデンなどの重金属製）を集束イオンビームによって再生すると、新たな問題が発生することを本願発明者は見出した。これについて、図３を用いて説明する。
【００１４】
集束イオンビーム装置においては、スキャナ（図示せず）によって集束イオンビームを走査してプローブを加工する。イオンビーム照射部からのプローブのスパッタ粒子は四方に飛散し、一部は試料に付着する。また、イオンビーム照射によってプローブ先端部が分離した場合、プローブ先端小片が試料面に落下する。更に、プローブを照射せずに近傍を通過したイオンビームが試料や試料ステージ面に到達し、試料や試料ステージに意図しない照射穴を開けてしまう。更に、プローブ近傍を通過したイオンビームが試料や試料ステージのスパッタ粒子を飛散させてしまい、試料に意図しない物質を付けてしまう。試料ステージはステンレスなどの金属であるために、スパッタ金属粒子の半導体ウエハへの付着は、ウエハの金属汚染をもたらし、試料の電気特性に影響を及ぼしたり、分析に誤った情報を与えたりするなどの波及的問題を新たに引き起こす可能性がある。このような問題は、集束イオンビームに限らず、投射イオンビームにおいても発生する。
【００１５】
本発明の目的は、試料の意図しない損傷を回避し、プローブや試料ステージなどの成分である重金属のスパッタ粒子の試料への飛散や付着を極力低減して、プローブを加工することに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、イオンビームを照射できるイオンビーム装置と、真空試料室内に配置されたプローブを駆動するプローブ制御装置と、を備えたプローブ装置において、プローブをイオンビームで加工するための領域を試料室内に設け、プローブのスパッタ粒子やプローブ近傍を通過したイオンビームを当該領域に捕捉させることに関する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、プローブへのイオンビーム照射により発生したスパッタ粒子，プローブの破片，プローブの近傍を通過したイオンビームなどによる試料などへの悪影響を低減できる。このため、プローブ形状を試料室内で再生し、長期間プローブを継続使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例におけるプローブ装置の全体構成の概略図。
【図２】プローブにおける問題点の説明図。
【図３】プローブ装置におけるプローブ再生方法の説明図。
【図４】プローブ再生方法における新たな問題点の説明図。
【図５】実施例におけるプローブ再生部の拡大断面図。
【図６】プローブ再生部の効果の説明図。
【図７】プローブ再生部の変形例の拡大断面図。
【図８】プローブ再生部の変形例における効果の説明図。
【図９】プローブ再生部の第２の変形例の拡大断面図（効果の説明図も兼ねる）。
【図１０】実施例におけるプローブ再生部の別形態を示す拡大断面図。
【図１１】集束イオンビームを用いたプローブ再生方法の説明図。
【図１２】投射イオンビームを用いたプローブ再生方法の説明図。
【図１３】プローブ再生方法（側面）の説明図。
【図１４】プローブ再生手順を示すフロー図。
【図１５】実施例におけるプローブ装置の操作画面の概略図。
【図１６】実施例におけるプローブ装置の操作画面の概略図（プローブ操作画面）。
【図１７】実施例におけるプローブ装置の操作画面の概略図（ステージ操作画面とプローブ再生画面）。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施例では、真空試料室と、真空試料室内に配置され、試料を載置できる試料ステージと、真空試料室内に配置されたプローブを駆動できるプローブ制御装置と、イオンビームを照射できるイオンビーム照射装置と、イオンビームの照射により発生する二次粒子を検出できる二次粒子検出器と、二次粒子検出器からの信号を処理する演算装置と、演算装置により画像化されたイオンビーム照射領域の画像を表示できるディスプレイと、を有し、プローブにイオンビームを照射してプローブを加工するためのプローブ再生部を真空試料室内に有するプローブ装置を開示する。
【００２０】
また、実施例では、プローブ再生部が試料ステージに設けられ、試料ステージを移動させてプローブ再生部をイオンビームの照射領域に移動させ、プローブを加工できるように構成されていることを開示する。
【００２１】
また、実施例では、プローブ再生部が試料ステージに着脱可能であることを開示する。
【００２２】
また、実施例では、プローブ再生部が試料ステージとは独立に駆動でき、試料ステージを動かすことなくプローブ再生部をイオンビームの照射領域に移動し、プローブを加工できるように構成されていることを開示する。
【００２３】
また、実施例では、プローブ再生部が、イオンビームの上流側に開口部と、イオンビームの下流側に底部を有する凹形状であることを開示する。
【００２４】
また、実施例では、プローブ再生部における底部が、開口部の最長の１辺又は最長の直径の長さより深い位置にあることを開示する。
【００２５】
また、実施例では、プローブ再生部が、少なくともプローブの先端を挿入できる第１の開口と、イオンビームが通過できる第２の開口部と、イオンビームの下流側に底部を有する凹形状であることを開示する。
【００２６】
また、実施例では、プローブ再生部が、開口部より底部の面積が広く、凹形状の内部が広がっている形状であることを開示する。
【００２７】
また、実施例では、プローブ装置が電子ビームを照射する電子ビーム照射装置を備えることを開示する。
【００２８】
また、実施例では、プローブ再生部における真空試料室内の真空に接する部分がシリコンで形成されていることを開示する。
【００２９】
また、実施例では、イオンビーム照射装置の照射するイオンビームが集束イオンビームであることを開示する。
【００３０】
また、実施例では、イオンビーム照射装置の照射するイオンビームが投射イオンビームであることを開示する。
【００３１】
また、実施例では、プローブ装置が、プローブをプローブ軸中心に回転可能な機構を有し、演算装置に予め登録したプローブ側面許容形状とプローブの側面形状を演算装置が比較し、プローブの側面形状がプローブ許容側面形状を外れている場合、当該プローブを予め登録したプローブ側面基準形状に加工することを開示する。
【００３２】
また、実施例では、演算装置がプローブを定期的に観察し、予め登録した再生すべきプローブ形状と比較し、プローブの形状が再生すべきプローブ形状を外れている場合、当該プローブを予め登録した再生プローブ形状に再生加工することを開示する。
【００３３】
また、実施例では、演算装置がプローブを観察し、予め登録した基準プローブの許容寸法範囲と比較し、プローブの寸法が登録されたプローブの許容寸法範囲を外れている場合、当該プローブを予め登録した再生プローブ形状に再生加工することを開示する。
【００３４】
また、実施例では、演算装置がプローブを定期的に観察し、予め登録した再生すべきプローブ形状と比較して、プローブ形状が再生すべきプローブ形状を外れている場合、当該プローブの交換又は再生を促す表示をディスプレイに表示することを開示する。
【００３５】
また、実施例では、制御装置がプローブを観察し、予め登録した基準プローブの許容寸法範囲と比較して、プローブの寸法が登録されたプローブの許容寸法範囲を外れている場合、当該プローブの交換又は再生を促す表示をディスプレイに表示することを開示する。
【００３６】
また、実施例では、演算装置の制御により、再生すべきプローブをイオンビーム照射領域に移動させ、演算装置の制御により、再生すべきプローブに対してイオンビームの下流側となる位置にプローブ再生部を配置し、演算装置の制御によりイオンビーム装置からのイオンビームをプローブに照射する、真空試料室内で動作可能なプローブの再生方法を開示する。
【００３７】
また、実施例では、演算装置によりプローブ再生部の画像をディスプレイに表示し、演算装置により再生すべきプローブの画像をディスプレイに表示し、予め定めたプローブ形状が残るように演算装置にイオンビーム照射領域を設定し、前記設定に基づいて演算装置の制御によりイオンビーム装置からイオンビームを照射する、真空試料室内で動作可能なプローブの再生方法を開示する。
【００３８】
また、実施例では、イオンビーム照射領域を予め演算装置に記憶させ、イオンビーム照射領域を再生すべきプローブの画像と重なるようにディスプレイに表示し、演算装置の制御によりイオンビーム装置からのイオンビームをイオンビーム照射領域に合わせて照射する、真空試料室内で動作可能なプローブの再生方法を開示する。
【００３９】
また、実施例では、プローブを再生するためのイオンビーム照射領域が、集束イオンビームの走査領域であることを開示する。
【００４０】
また、実施例では、プローブを再生するためのイオンビーム照射領域が、投射イオンビームを形成する開口マスクの縮小形状であることを開示する。
【００４１】
以下、上記及びその他の本発明の新規な特徴と効果について図面を参酌して説明する。尚、図面は専ら説明のために用いるものであり、権利範囲を減縮するものではない。また、実施例に開示されている複数の実施形態は適宜組み合わせることが可能である。
【００４２】
〔実施例〕
図１を用いて本実施例におけるプローブ装置の構成を示し、後に、図５から図１０を用いて本実施例におけるプローブの再生方法について説明する。
【００４３】
（１）プローブ装置全体構成
図１は、本実施例におけるプローブ装置の概略構成図であり、装置の一部内部を透視して描画したものである。
【００４４】
プローブ装置１００は、試料やプローブを観察し加工するイオンビームを発生するイオンビームカラム１，試料やプローブの表面形状を観察するための電子ビームを発生する電子ビームカラム２，真空試料室３，試料を載置する試料ステージ４，先鋭化したプローブ５，プローブ５を真空試料室３内で微動させるプローブ駆動部６，検出器８，ディスプレイ９、及び計算処理部１０を備える。そして、プローブ装置１００は、プローブ先端部をイオンビームによって加工するためのプローブ再生部７を有する。
【００４５】
電子ビームカラム２は、電子源（図示せず）で発生した電子をビーム状にして試料１１やプローブ５に照射することにより、試料１１やプローブ５の表面を観察することができる。電子ビームカラム２からの電子ビームの照射位置を、イオンビームカラム１からのイオンビームの照射位置とほぼ同じとなるように両カラムを配置することにより、イオンビームによる加工部を電子ビームにより観察することができる。図１では、イオンビームカラム１が垂直方向に配置され、電子ビームカラム２は水平面に対して傾斜した方向に配置されている。しかし、この配置に限られず、例えば、電子ビームカラム２を垂直方向に配置し、イオンビームカラム１を水平面に対して傾斜した方向に配置してもよい。
【００４６】
試料ステージ４は、試料１１を載置することが可能であり、イオンビームの加工や観察に必要な箇所をイオンビーム照射位置に移動させたり、電子ビームによる観察位置に移動させたりできる。
【００４７】
プローブ５は、プローブ駆動部６によって真空試料室３内を移動でき、試料表面に接触させて試料へ電位を供給したり、試料に形成された微小な試料片の摘出したりすることに利用する。
【００４８】
検出器８は、イオンビームや電子ビームの照射によって試料やプローブなどの照射部から発生する二次電子や二次イオン，後方散乱電子やＸ線，反射電子，透過電子などの検出器である。これらの検出信号を計算処理部１０によって演算処理して画像化し、ディスプレイ９に、二次電子像，二次イオン像，特性Ｘ線による元素マップ、及び透過電子像などを表示する。
【００４９】
プローブ再生部７は、試料ステージ４において、試料と重ならない位置に配置されている。尚、本実施例では、試料ステージ４の片隅に一つ配置されているが、配置場所や配置数はこれに限られるものではなく、例えば、４隅にそれぞれ配置してもよい。
【００５０】
本実施例では、プローブ先端が損なわれた場合に、真空試料室外に取り出してプローブを交換するのではなく、真空試料室内のプローブ再生部においてプローブ先端をイオンビームによって整形する。イオンビーム照射の際、プローブに当たらずにプローブ近傍を通過したイオンビームが試料に直接当たらないように、また、イオンビームの照射を受けたプローブから発生するスパッタ粒子や、プローブ近傍を通過したイオンビームの照射部から発生するスパッタ粒子が試料表面に付着しないように工夫がされている。
【００５１】
（２）プローブ再生部
以下、本実施例におけるプローブ再生部の具体的構造について、図５から図１０を用いて説明する。
【００５２】
図５は、プローブ再生部５１の縦断面図である。試料ステージ３４面側に存在する開口部５２，対向側に存在する底部５３、及び開口部５２と底部５３をつなぐ側面部５４から成り、試料ステージ３４に着脱できる。開口部５２上面が試料（ウエハ）面とほぼ同一面になるように配置する。これにより、プローブへのイオンビーム照射時に、イオンビームの焦点を調整する必要がなくなる。プローブ再生時のイオンビーム照射範囲は高々５０μｍ2程度であるため、開口部５２を直径１mmの円形、もしくは一辺１mmの正方形の穴とすると、プローブ近傍を通過するイオンビームは全て開口部５２から入射し底部５３に到達することになる。底部５３に到達したイオンビームによって発生するスパッタ粒子が開口部５２から飛び出さないように底部までの深さを１０mmと十分深くしてある。尚、側面の外径を５mm，内径を４mmとし、人手で取り扱い易い大きさとしてある。また、試料ステージに着脱可能としてある。上記寸法のプローブ再生部では、頻繁にプローブ再生を行ったとしても、再生部の内部はプローブの破片で満杯になることはまずなく、２年に１回程度の頻度で交換すれば十分である。尚、プローブ再生部の寸法は、これらの数値に限定されることは無く、目的に応じて適宜設計できるものである。
【００５３】
このプローブ再生部５１を用いたプローブの再生作業時の様子を図６に示す。
【００５４】
イオンビーム３５がプローブ３１を照射することにより発生するスパッタ粒子３６のうち、イオンビーム３５の照射方向分の大半はプローブ再生部内部に至る。プローブと試料面の成す角度と、開口部の直径を考慮することにより、プローブ先端を開口部上端より少しでも内部で再生加工することにより、プローブからのスパッタ粒子の捕獲量を更に増やすことができる。底部５３の形状は平坦であってもよいが、中央部がやや高くなった円錐形状にすることにより、底部５３を照射するイオンビーム４１によって発生するスタッパ粒子４２Ｂの大半を側面部５４の内壁に付着させ、開口部５２から飛び出すスタッパ粒子４２Ｂ数を低減できる。符合５５は、側面部５４内部に堆積したプローブ３１や底部５３からのスパッタ粒子３６，４２Ｂである。また、プローブ３１先端を切断した小片３１′は、底部５３又は側面５４内部に付着するため、試料や、試料ステージの精密な機構部に付着することはない。更に、プローブ再生部５１のうち、直接イオンビーム照射を受ける可能性が特に高い開口部５２と底部５３はシリコンで作製されており、プローブ近傍を通過したイオンビーム４１の照射部から発生するスパッタ粒子４２Ｂが、たとえ試料に付着しても金属汚染は発生しない。尚、シリコンで作製する箇所は開口部５２と底部５３に限られず、全体をシリコンで作製してもよい。また、材質はシリコンに限られず、金属汚染を発生させない材料を適宜利用することができる。
【００５５】
次に、プローブ再生部の変形例を図７に示す。図５に開示したプローブ再生部との大きな相違は、開口部５２Ａを制限する蓋５６と側面部５４にプローブを挿入できる開口部５２Ｂである。蓋５６上面が試料３３面より少し高い位置にあるが、この高低差はウエハ厚さに相当しており、蓋５６の上面と試料３３の上面は同一面となるように配置されている。また、再生を受けるプローブを側面部５４からプローブ再生部５１内部に入れやすいという利点がある。
【００５６】
このプローブ再生部の使い方と効果について、図８を用いて説明する。プローブ３１を開口部５２Ｂから挿入し、プローブ３１先端が開口部５２Ａの中央に位置するところで止める。イオンビーム３５をプローブ３１に照射して再生加工を施すが、イオンビーム照射部から発生するスパッタ粒子３６の一部は蓋５６の内側に付着するため、試料面に到達するスパッタ粒子は前実施例よりも更に軽減される。なお、開口部５２Ａ，５２Ｂの寸法は、プローブ３１における再生加工部の画像を確認するのに十分な二次電子が検出器に到達できる程度の大きさとする。
【００５７】
また、プローブ再生部の第２の変形例を図９に示す。本変形例は、図７の変形であり、開口部上面を試料ステージ面と同一面としている。開口部５２Ｂにプローブが挿入可能なように、開口部５２Ｂ周辺の試料ステージ表面にスロープを設けている。尚、当該プローブの形状や配置領域は図７に限定されず、目的に応じて適宜設計する。
【００５８】
（３）プローブ再生部の設置箇所
上記、図５，図７、及び図９に示したプローブ再生部は、試料ステージに着脱可能に搭載されている共通点がある。ここでは、プローブ再生部の別の設置例として、試料ステージとは離間して設置し、試料ステージとは独立して移動できる駆動機構にプローブ再生部を搭載した構成例を図１０で説明する。
【００５９】
図１０において、プローブ再生部５１は、直線的に移動できる直線導入機５９の先端に保持されている。直線導入機５９は真空試料室３に設けられたポートに真空シールを介して固定されている。プローブ再生部５１の直線移動方法は、圧縮空気やパルスモータなど公知技術を用いることができる。要点は、プローブ再生を行わない場合には、直線導入部の突き出し長さを短くしてイオンビーム照射部から退避とし、プローブ再生が必要な場合には、プローブ再生部５１をイオンビーム照射部に位置するように、直線導入部の突き出し長さを長くすることである。このような構成によって、プローブ再生部を試料ステージに組み込めない場合でも、プローブ装置１００にプローブ再生部を組み込むことができる。また、プローブ再生部を、試料ステージとは独立に設計や製作できる。また、開口部に電圧供給するなど、プローブ再生部に電気配線が必要な場合の設計や製作が容易となる。更に、プローブ再生部を交換する際、試料ステージにアクセスすることなく簡便に交換できる。
【００６０】
（４）イオンビームカラム
本実施例におけるプローブ装置において、プローブの再生に用いるイオンビームの形態は集束イオンビームまたは投射イオンビームである。
【００６１】
集束イオンビームでは、試料上で直径数nmに集束されたイオンビームを所望の形状に走査することにより試料面を観察もしくは加工する。イオンビームはデジタルスキャンされるため、照射領域は任意形状が可能である。また、集束イオンビームの直径は微小であるため、観察像の分解能がよく鮮明な画像が得られる。
【００６２】
一方、投射イオンビームでは、イオン源と試料の間に配置された開口パターンにイオンビームを通過させて、開口パターンの縮小形状のビームを試料上に投射させる。投射イオンビームの加工形状は開口パターン数で決まってしまう。多種の形状に加工することは不得意であるものの、同じ形状を数多く加工することに向いている。また、開口パターンとしてピンホールを用いたビームを走査することにより、集束イオンビームと同様に試料表面を観察することもできるが、普通、集束イオンビームより観察分解能が悪い。
【００６３】
１個のイオンビームカラムで集束イオンビームと投射イオンビームを選択して照射できる複合光学系もあるが、集束イオンビームか投射イオンビームのいずれかを形成することがそれぞれのビーム性能を最大限に引き出す良い方法であるため、集束イオンビーム光学系と投射イオンビーム光学系をそれぞれ装置に設ける場合もある。
【００６４】
図１１は、集束イオンビームによるプローブ先端の再生方法を示す図である。（ａ）は、正常な先鋭化されたプローブ６１の先端部６２を示し、先端半径は１μｍ程度である。（ｂ）は、プローブ先端が欠けた状態を示しており、先端の曲率半径は１０μｍを越えている例である。（ｃ）は、（ｂ）のプローブ先端の両側を集束イオンビームで除去する例であり、符合６５は集束イオンビーム走査領域を示す。集束イオンビーム走査領域は、予め加工ファイルとして計算処理機にデータ保存しておき、再生すべきプローブ先端形状に合わせて、加工ファイルを選択して再生する。（ｄ）は、プローブ再生を施したプローブ先端形状を示している。
【００６５】
図１２は、投射イオンビームによるプローブ先端の再生方法を示す図である。（ａ）は、イオンビームカラム内に設置したステンシルマスク７１の開口パターン７２の１例を示している。イオンビームがこの開口パターン７２を通過することにより、この開口パターン７２の縮小形状のビームが成形され、当該形状に対象物を加工できる。（ｂ）は、再生すべきプローブ６４の先端部の２箇所に少しの間隔を開けて同じパターンの投射イオンビーム７３が照射されている様子を示している。（ｃ）は、開口パターン７６の別の例であり、ブリッジ部７５を有した開口パターン７６により、１個の開口パターン７６で細いプローブに加工することができる、（ｄ）は、この開口パターン７６を用いて成形した投射イオンビームが、再生すべきプローブ６４先端に照射されている様子を示している。（ｅ）は、（ｂ）や（ｄ）のような加工によって得られた再生プローブ６７であり、その先端部は細幅プローブ７９となっている。尚、上記の加工形状は一例であり、これに限ることはなく、開口パターン７２，７６を変形させることにより、プローブ先端部の形状は変形できる。
【００６６】
（５）プローブ側面加工
図１１と図１２にて細幅に先鋭化された再生プローブ形状を示した。図示された視点では先端は細く加工されている。しかし、視点を９０°変えて、つまり、紙面に平行に再生プローブを眺めると、プローブ先端は決して先鋭化されていない。図１３を用い、図１１や図１２にて加工した再生プローブ６７について、視点を変えて加工する例を説明する。
【００６７】
図１３（ａ）は、再生プローブ６７をイオンビームの照射方向（紙面に垂直）から見たプローブ形状であり、図１２（ｅ）に対応する。図１３（ｂ）は、イオンビームの照射方向と９０°違えた方向（紙面に平行）から見たプローブ形状である。便宜上、プローブ軸８０を横方向に記載しているが、装置にプローブを搭載した場合は、プローブ軸８０は傾斜している。（ａ）における細幅の先端部７９は、（ｂ）では、高さ方向に厚みを持つ形状になっており、この幅は再生前のプローブ、例えば、図１１（ｂ）の先端部６３に対応する。このようなプローブ先端に厚みを持つようなプローブでは、試料の目的位置に接触させる際、イオンビームや電子ビームによる観実方向からは、プローブ先端の正確な接触位置が判断し難い。そこで、９０°回転させたプローブの先端部に更にイオンビーム照射して、（ｃ）の符合８１の領域をイオンビームにより削除し、試料との接触部とは反対側を再トリミングする。（ｄ）は、再トリミングされた再生プローブを装置に設置した様子である。試料面には（水平方向）プローブ先端８２で接触することがわかる。
【００６８】
図１４は、上記の加工手順を示すフロー図である。
【００６９】
プローブの再生が必要となった場合、まず、第１の工程１０１として、プローブ再生部を呼出す。プローブ再生部は、イオンビーム照射直下に移動し、配置される。次に、第２の工程１０２として、ディスプレイ上に再生すべきプローブを呼出し、プローブ先端を表示する。この場合、プローブの背面には、プローブ再生部が位置している。次に、第３の工程１０３として、予め登録した第１の再生プローブパターン群から所望の第１の再生プローブパターンを選択する。登録されている再生パターンはファイル名でも、特徴的形状を示す線画でもよい。第４の工程１０４は、呼出した第１加工パターンを画像表示部に出力してプローブ画像に重ねる。再生加工パターン形状に対する照射イオンビーム条件も予め登録されているため、第３の工程１０３でプローブ画像とパターンとの重なりに大きなズレが無ければ、第５の工程１０５としてイオンビーム照射による加工を開始する。予め決められた加工時間に達すると第１の再生プローブパターンに関する加工が終了する。次に、第６の工程１０６として、プローブを９０°軸回転させて、第５の工程１０５での加工面が見えるように配置する。この時、図１３（ｂ）で見たのと類似の画像が観察できる。ここで、第７の工程１０７で、９０°軸回転した視点からの第二の再生パターンを選択する。第４の工程１０４と同様に、第８の工程１０８としてプローブ画像と再生加工パターンを重ね合わせる。第二の再生パターンは画面上プローブの上半分を除去するパターンである。プローブ画像とパターンとの重なりに大きなズレが無ければ、イオンビーム照射を行う。第二の再生パターンでの加工が完了すれば、第１０の工程１１０としてプローブを軸中心に−９０°戻して元の配置にする。先鋭化され、厚みも薄いプローブが画面上に表示される。これを確認することで、プローブ再生に関する一連の手順は終了１１１する。
【００７０】
これらの手順は、装置の操作者が順に行っても良い。また、予め計算処理部にシーケンスを記憶させておき、開始１１２の指令を下すことにより、上記第１の工程から終了までの一連の作業を自動的に行うようにプログラム化しておいてもよい。
【００７１】
（６）プローブ装置の操作画面
次に、本実施例のプローブ装置においてプローブ再生を行う際に用いる操作画面について説明する。
【００７２】
プローブ再生作業は、ディスプレイから指示を下して行う。ディスプレイからの指示は、計算処理部を通じて、イオンビーム制御部，電子ビーム制御部，試料ステージ制御部、及びプローブ駆動制御部などへ伝わる。計算処理部は、各制御部をコントロールするとともに、検出器からの信号を受取り、試料やプローブの表面状態を画像化してディスプレイに表示できる。図１５はディスプレイの表示画面２０１における表示例である。
【００７３】
表示画面２０１は、光，電子ビーム、又はイオンビームの照射によって得られた検出信号を画像化した画像やビームの選択を行う画像表示シート２０２を表示できる。画像表示シート２０２は、光，電子ビーム、又はイオンビームによる画像を表示する画像表示部２０３を有する。また、これらＯＭ（光学顕微鏡像），ＳＥＭ（走査電子顕微鏡像），ＳＩＭ（走査イオン顕微鏡像），ＳＴＥＭ（走査透過電子像），ＥＤＸ（特性Ｘ線による元素マップ）のそれぞれの画像を選択表示させる画像選択ボタン２０４を画像表示シートは有する。ＯＭ，ＳＥＭ，ＳＩＭの各ボタンを押した時に、光，電子ビーム、又はイオンビームが対象物の画像を適正に表示するように照射制御される。
【００７４】
図１６は、プローブ操作画面２０５を示し、真空試料室内でのプローブの動きを操作する画面である。プローブを使用しない場合、プローブが真空試料室内の各種部材との不意の衝突を避けるために、通常、試料面から約２０mm離れた位置にプローブは退避している。そこで、必要に応じて画面内にプローブを呼出すための呼出しボタン２０６と、退避位置にプローブを退避させる退避ボタン２０７が、プローブ操作画面２０５に配置されている。移動開始ボタン２０８は、表面画像２０９上にてプローブ２１０の行き先をポインタ２１１の指定により移動させるためのボタンである。なお、表面画像２０９上の符合２１２は試料上のパターンである。プローブの移動先は、マウス，トラックボール，タッチペンなどのポインティングデバイスでも指定できるし、プローブの移動方向（画面上Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）指示ボタン２１０によっても制御できる。また、プローブは、プローブ軸を中心に回転できる軸回転制御部を駆動部に有しており、軸回転の回転角を指示する回転角度指示部２１３をプローブ操作画面２０５は有している。表面画像の観察手段を選択することにより、再生すべきプローブの形状を様々な視点から観察し、加工することができる。プローブ再生部とプローブの上下間隔は、傾斜配置された電子ビームから得られたＳＥＭ像（傾斜観察像）を基に、ＳＥＭ光軸の傾斜角度，観察倍率，計測寸法から算出できる。算出に当たっては、計算処理部に予め計算式が記憶されているため、画像上で知りたい間隔の両端をティングデバイスで指示すると、即座に間隔がμｍ単位で示される。この間隔値と、ＳＥＭ像，ＳＩＭ像を参考とすることで、プローブ先端を開口の端に正確に接触できる。尚、プローブの動作中、プローブを緊急停止させなければならない場合は停止ボタン２１４を押す。
【００７５】
図１７は、ステージ操作画面２２１とプローブ再生画面２２２を示す。
【００７６】
ステージ操作画面２２１は、ステージの移動先のＸ，Ｙ，Ｚ座標値，Ｒ（回転角度），Ｔ（傾斜角度）を入力する座標入力部２２３と、ステージを所定位置に移動開始させるためのプローブ再生部ボタン２２４を有している。
【００７７】
プローブ再生画面２２２は、移動開始ボタンとも言えるプローブ再生部ボタン２２４を有する。プローブ再生部は特別に確保された座標に位置しているため、計算処理機に予めこの座標値を記憶させておくことにより、Ｘ，Ｙ座標値をそれぞれ入力する必要はなく、プローブ再生部ボタン２２４を押すだけで、プローブ再生部がイオンビームもしくは電子ビームの観察視野に位置するようにステージ移動制御される。試料やプローブの観察画像は表示領域２２５に表示される。図示されていないが、観察ビームの選択用ボタンも備え、当該ボタンを操作することにより、ＳＥＭ観察像，ＯＭ観察像，イオンビーム観察像も表示できる。加工位置を設定する場合は、イオンビームによる観察像の方が精度面から好ましい。
【００７８】
イオンビーム、又は電子ビームの走査範囲に対してプローブ再生部の開口部の寸法が大きいため、表示領域２２５に表示される像におけるプローブ２２６の背景がプローブ再生部の底部であると、二次電子ができないために黒色に表示される。一方、開口部の端部の一部が画像表示画面の一部に表示されると上記黒色ではなくなり、プローブ再生部の開口領域がどの位置にあるかが明確に理解できる。
【００７９】
プローブ再生時の加工形状は、予め複数個の加工パターンが登録されている。登録パターングループのうちのひとつを選択画面２２７から選択ことにより、加工パターン形状が小画面２２８に線画パターン２２９で表示される。操作者が、その加工パターン形状で良いと判断すれば適用ボタン２３０を押すことにより、ＳＩＭ画面上に線画の加工パターンが重畳表示される。それら各加工パターンは、加工形状（イオンビーム照射領域）だけでなく、イオンビーム形成時の絞りや各レンズへの印加電圧も記憶されているため、加工形状に合わせた最適なイオンビームで素早く正確に再生加工ができる。その他、加工開始ボタン２３１，加工停止ボタン（図示せず）を有して、随時再生開始と停止ができる。
【００８０】
プローブを試料に接触させるなどの通常通りのプローブ使用により先端形状が変形し、通常通りの形状に再生できると操作者が判断できれば、自動ボタン２３２を押すだけで、プローブ退避，ステージ移動，プローブ呼出し，開口部への接触，再生パターン設定，イオンビーム照射開始，照射停止，プローブ退避，ステージ移動，プローブ呼出しまでの一連動作を連続的に行う。これによって、操作者がプローブ再生を必要と判断した後、一定時間経過後に再生されたプローブが画面に表示される。
【００８１】
（７）プローブ再生の判断
本実施例のプローブ装置は、プローブ先端形状のデータベースを有しており、該当のプローブ装置に搭載されているプローブの現状形状とデータベースとを比較して、再生すべきか交換すべきかの判断ができる。再生すべきか交換すべきかの判断を下した後は、ディスプレイ上に再生または交換すべき旨を表示して、装置の操作者に注意を促す。プローブの再生を促した後、現行プローブの使用継続するか再生するかを操作者の判断に任される半自動機能と、操作者の判断を考慮せずに計算処理部が再生必要と判断した後、直ちに上記再生フローに移行する完全自動機能を有している。半自動機能か完全自動機能のいずれを選択するかは操作者の判断に任される。
【００８２】
尚、プローブ交換の判定が下された場合、プローブの呼出し機能は動作せず、このプローブ装置でプローブを用いた作業をすることはできなくなる。プローブ交換後はリセットされ、通常通りにプローブ操作することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本実施例のプローブ装置を用いることにより、先端が破損や変形したプローブを再生することができる。ウエハやチップなどの母試料からＴＥＭやＳＴＥＭ試料を摘出する微小試料作製装置や、独立に駆動する複数本のプローブを用いて半導体デバイス回路の配線の接続や切断を行って当該回路の動作を確認できる配線修正装置、さらには、真空試料室内で微小部品の形成や搬送，組み立てを行うＭＥＭＳ（微小電気機械システム）組み立て装置などに適用できる。
【符号の説明】
【００８４】
１  イオンビームカラム
２  電子ビームカラム
３  真空試料室
４  試料ステージ
５，３１，２１０，２２６  プローブ
６  プローブ駆動部
７，５１  プローブ再生部
８  検出器
９  ディスプレイ
１０  計算処理部
１１  試料
１２  電子ビーム
１３，３５  イオンビーム
３２  屈曲先端部
３４  試料ステージ
３６，４２Ｂ  スパッタ粒子
３６Ａ，３８，５５  スパッタ粒子堆積部
３７  照射痕
４１  イオンビーム
４３  筒部
４４  開口
５２，５２Ａ，５２Ｂ  開口部
５３  底部
５４  側面部
５６  蓋
５７  溝
６１，６４  プローブ
６２  正常なプローブの先端部
６３  破損プローブの先端部
６５  集束イオンビーム走査領域
６６  段
１００  プローブ装置
１０１  第１の工程
１０２  第２の工程
１０３  第３の工程
１０４  第４の工程
１０５  第５の工程
１０６  第６の工程
１０７  第７の工程
１０８  第８の工程
１０９  第９の工程
１１０  第１０の工程
１１１  終了
１１２  開始
２０１  表示画面
２０２  画像表示シート
２０３  画像表示部
２０４  画像選択ボタン
２０５  プローブ操作画面
２０６  呼出しボタン
２０７  退避ボタン
２０８  移動開始ボタン
２０９  表面画像
２１１  ポインタ
２１２  試料上のパターン
２１３  回転角度指示部
２１４  停止ボタン
２２１  ステージ操作画面
２２２  プローブ再生画面
２２３  座標入力部
２２４  プローブ再生部ボタン
２２５  表示領域
２２７  選択画面
２２８  小画面
２２９  線画パターン
２３０  適用ボタン
２３１  加工開始ボタン
２３２  自動ボタン
【図１】
2010177063.tif 000003
【図２】
2010177063.tif 000004
【図３】
2010177063.tif 000005
【図４】
2010177063.tif 000006
【図５】
2010177063.tif 000007
【図６】
2010177063.tif 000008
【図７】
2010177063.tif 000009
【図８】
2010177063.tif 000010
【図９】
2010177063.tif 000011
【図１０】
2010177063.tif 000012
【図１１】
2010177063.tif 000013
【図１２】
2010177063.tif 000014
【図１３】
2010177063.tif 000015
【図１４】
2010177063.tif 000016
【図１５】
2010177063.tif 000017
【図１６】
2010177063.tif 000018
【図１７】
2010177063.tif 000019