(57)【要約】      （修正有）【課題】薄片部を有する試料を加工する際、薄片部の厚みを精度よく制御することができる集束イオンビーム装置を提供する。【解決手段】保護膜３が形成された試料の上方から集束イオンビーム２０Ａを照射する集束イオンビーム照射機構と、集束イオンビームにより試料の薄片部２ａとなる領域の両側を除去加工し、集束イオンビームの照射方向と平行な観察面２ｂ、２ｃを順次形成して薄片部を完成させる加工制御手段と、観察面の画像を取得する観察面画像生成手段と、を備えた集束イオンビーム装置であって、加工制御手段は、観察面画像における保護膜の集束イオンビームの照射方向の高さｈが所定の閾値ｈｘ以下になったときに試料の除去加工を終了する。【選択図】図３
2014186896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護膜が形成された試料の上方から集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射機構と、
前記集束イオンビームにより前記試料の薄片部となる領域の両側を除去加工し、該集束イオンビームの照射方向と平行な観察面を順次形成して前記薄片部を完成させる加工制御手段と、
前記観察面の画像を取得する観察面画像生成手段と、
を備えた集束イオンビーム装置であって、
前記加工制御手段は、前記観察面画像における前記保護膜の前記集束イオンビームの照射方向の高さが所定の閾値以下になったときに前記試料の除去加工を終了する、集束イオンビーム装置。
【請求項２】
表面に第１保護膜が形成され、該第１保護膜の上に第２保護膜が形成された試料の上方から集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射機構と、
前記集束イオンビームにより前記試料の薄片部となる領域の両側を除去加工し、該集束イオンビームの照射方向と平行な観察面を順次形成して前記薄片部を完成させる加工制御手段と、
前記観察面の画像を取得する観察面画像生成手段と、
を備えた集束イオンビーム装置であって、
前記加工制御手段は、前記観察面画像における第２保護膜が消失したときに前記試料の除去加工を終了する、集束イオンビーム装置。
【請求項３】
前記加工制御手段は、前記観察面画像における前記保護膜又は前記第２保護膜のコントラストを判定する請求項１又は２記載の集束イオンビーム装置。
【請求項４】
前記前記保護膜又は前記第２保護膜は、カーボンを含む請求項１〜３のいずれかに記載の集束イオンビーム装置。
【請求項５】
保護膜が形成された試料の上方から集束イオンビームを照射し、該集束イオンビームにより前記試料の薄片部となる領域の両側を除去加工し、該集束イオンビームの照射方向と平行な観察面を順次形成して前記薄片部を完成させる加工制御過程と、
前記観察面の画像を取得する観察面画像生成過程と、
を有し、
前記加工制御過程において、前記観察面画像における前記保護膜の前記集束イオンビームの照射方向の高さが所定の閾値以下になったときに前記試料の除去加工を終了する、集束イオンビーム装置を用いた試料の加工方法。
【請求項６】
保護膜が形成された試料の上方から集束イオンビームを照射し、該集束イオンビームにより前記試料の薄片部となる領域の両側を除去加工し、該集束イオンビームの照射方向と平行な観察面を順次形成して前記薄片部を完成させる加工制御過程と、
前記観察面の画像を取得する観察面画像生成過程と、
を有し、
前記加工制御過程において、前記観察面画像における前記保護膜の前記集束イオンビームの照射方向の高さが所定の閾値以下になったときに前記試料の除去加工を終了する、集束イオンビーム装置を用いた試料の加工コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＴＥＭ観察等に用いられる薄片部を有する試料を加工する集束イオンビーム装置、それを用いた試料の加工方法、及び集束イオンビームを用いた試料の加工コンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）観察等に用いるため、従来から集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置により試料をエッチング加工して、薄片部を形成することが行われている（例えば、特許文献１参照）。薄片部の形成は、試料の上方からからＦＩＢを照射して薄片部となる領域の両側を除去加工し、ＦＩＢの照射方向と平行な観察面を順次形成してゆくことで行われる。
ここで、リフトアウト法と呼ばれるエッチング加工は、ビーム電流を大きくしてＦＩＢを照射し、薄片部となる領域の両側を削って概形を作製する荒加工をした後、試料面を傾けて薄片部の底辺にＦＩＢを照射して切れ込みを入れる。次に、試料面をもとに戻し、ビーム電流を小さくしたＦＩＢを試料の上方から照射して観察面の仕上げ加工を行い、観察面の間隔が所定の値となったところで加工を終了し、所定厚みの薄片部が完成する。最後に薄片部の両側辺に上方からＦＩＢを照射して切れ込みを入れ、薄片部を試料から切り離し、適宜ＴＥＭ観察等に供する。
又、試料をＦＩＢ加工する際、ＦＩＢのビームに横断面方向（照射方向と垂直な方向）の強度分布があるため、試料表面に垂直にＦＩＢを照射しても試料の角部がエッチングされ、正確な断面形状が得られない。そこで、試料の表面に金属膜やカーボン膜からなる保護膜を形成し、ＦＩＢによる横方向へのエッチングを防止することも行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９４６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、ＴＥＭで観察する対象物の微細化に伴い、薄片部の厚さもより薄くなってきており、例えば厚さを数１０ｎｍ以下（例えば５０ｎｍ以下）にすることが求められている。さらに、試料作製の作業の省力化、スキルレス化の要望もあり、ＴＥＭ試料をＦＩＢ装置で自動的に作製することが必要となっている。
しかしながら、薄片部の厚みが薄くなるほど仕上げ加工の時間が長くなり、保護膜がＦＩＢに曝される時間も長くなるため、加工中に保護膜が削られて消失することがある。保護膜が消失すると、試料の加工速度（試料が除去される速度）が急激に増加し、薄片部を削り過ぎて目標厚みに制御することが難しくなったり、上述のビーム横断面方向の強度分布によって断面形状が不正確になる。
又、加工中の薄片部に電子ビームを照射し、その後方散乱電子信号の強度変化（コントラストの減少率）から薄片部の厚みを直接測定することも行われている。しかし、この場合、その試料の種類毎の膜厚とコントラストとの関係を予め求めておく必要があり、前準備に手間がかかる。また、観察面の状態、電子ビームの照射条件や薄片部の厚み等によってコントラストが変化するので、薄片部の厚みを精度よく測定することが難しい。
このように、薄片部の厚みが薄くなるにつれ、除去加工の終点の見極めが難しくなってくる。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、薄片部を有する試料を加工する際、薄片部の厚みを精度よく、かつ自動で制御することができる集束イオンビーム装置、それを用いた試料の加工方法、及び集束イオンビームを用いた試料の加工コンピュータプログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の集束イオンビーム装置は、保護膜が形成された試料の上方から集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射機構と、前記集束イオンビームにより前記試料の薄片部となる領域の両側を除去加工し、該集束イオンビームの照射方向と平行な観察面を順次形成して前記薄片部を完成させる加工制御手段と、前記観察面の画像を取得する観察面画像生成手段と、を備え、前記加工制御手段は、前記観察面画像における前記保護膜の前記集束イオンビームの照射方向の高さが所定の閾値以下になったときに前記試料の除去加工を終了する。
この集束イオンビーム装置によれば、保護膜が集束イオンビームによって削られて消失する前（又は消失する時）に除去加工を終了するので、薄片部を削り過ぎることがなく、薄片部を目標厚みに精度よく制御することができる。
又、薄片部の厚みを観察面画像の保護膜の高さから簡便に推測するので、後方散乱電子信号の強度変化等によって薄片部の厚みを直接測定する場合に比べ、厚みの測定時間が大幅に減少する。
【０００７】
本発明の集束イオンビーム装置は、表面に第１保護膜が形成され、該第１保護膜の上に第２保護膜が形成された試料の上方から集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射機構と、前記集束イオンビームにより前記試料の薄片部となる領域の両側を除去加工し、該集束イオンビームの照射方向と平行な観察面を順次形成して前記薄片部を完成させる加工制御手段と、前記観察面の画像を取得する観察面画像生成手段と、を備え、前記加工制御手段は、前記観察面画像における第２保護膜が消失したときに前記試料の除去加工を終了する。
この集束イオンビーム装置によれば、第２保護膜が消失する時を除去加工の終点とすることで、終点の検出が容易となる。しかも、第２保護膜の下層には第１保護膜が存在するので、第２保護膜が消失する時を除去加工の終点としつつも、薄片部を第１保護膜が保護し、薄片部を削り過ぎることを確実に防止できる。
又、薄片部の厚みを観察面画像の保護膜の高さから簡便に推測するので、後方散乱電子信号の強度変化等によって薄片部の厚みを直接測定する場合に比べ、厚みの測定時間やコンピュータの処理時間が大幅に減少する。
【０００８】
前記加工制御手段は、前記観察面画像における前記保護膜又は前記第２保護膜のコントラストを判定してもよい。
前記前記保護膜又は前記第２保護膜は、カーボンを含んでもよい。
【０００９】
本発明の集束イオンビーム装置を用いた試料の加工方法は、保護膜が形成された試料の上方から集束イオンビームを照射し、該集束イオンビームにより前記試料の薄片部となる領域の両側を除去加工し、該集束イオンビームの照射方向と平行な観察面を順次形成して前記薄片部を完成させる加工制御過程と、前記観察面の画像を取得する観察面画像生成過程と、を有し、前記加工制御過程において、前記観察面画像における前記保護膜の前記集束イオンビームの照射方向の高さが所定の閾値以下になったときに前記試料の除去加工を終了する。
【００１０】
本発明の集束イオンビーム装置を用いた試料の加工コンピュータプログラムは、保護膜が形成された試料の上方から集束イオンビームを照射し、該集束イオンビームにより前記試料の薄片部となる領域の両側を除去加工し、該集束イオンビームの照射方向と平行な観察面を順次形成して前記薄片部を完成させる加工制御過程と、前記観察面の画像を取得する観察面画像生成過程と、を有し、前記加工制御過程において、前記観察面画像における前記保護膜の前記集束イオンビームの照射方向の高さが所定の閾値以下になったときに前記試料の除去加工を終了する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、集束イオンビーム装置を用いて薄片部を有する試料を加工する際、薄片部の厚みを精度よく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る集束イオンビーム装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】試料の除去加工を行う方法を示す図である。
【図３】仕上げ加工中の薄片部の断面形状を示す図である。
【図４】保護膜の高さｈと観察面の削り代Δｄとの相関を示す図である。
【図５】試料の除去加工の制御のフローを示す図である。
【図６】仕上げ加工中の薄片部の断面形状を示す別の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態に係る集束イオンビーム装置１００の全体構成を示すブロック図である。図１において、集束イオンビーム装置１００は、真空室１０と、イオンビーム照射系（特許請求の範囲の「集束イオンビーム照射機構」）２０と、電子ビーム照射系（電子ビーム照射機」）３０と、アルゴンイオンビーム照射系４０と、試料ステージ６０と、二次荷電粒子検出器７０と、反射電子検出器７２と、ガス銃８０と、制御部９０とを備えている。真空室１０の内部は所定の真空度まで減圧され、集束イオンビーム装置１００の各構成部分の一部又は全部が真空室１０内に配置されている。
【００１４】
又、試料ステージ６０は、試料台６１を移動可能に支持し、試料台６１上には試料２が載置されている。そして、試料ステージ６０は、試料台６１を５軸で変位させることができる移動機構を有している。この移動機構は、試料台６１を水平面に平行で且つ互いに直交するＸ軸及びＹ軸と、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸とに沿ってそれぞれ移動させるＸＹＺ移動機構６０ｂと、試料台６１をＺ軸回りに回転させるローテーション機構６０ｃと、試料台６１をＸ軸（又はＹ軸）回りに回転させるチルト機構６０ａとを備えている。試料ステージ６０は、試料台６１を５軸に変位させることで、試料２をイオンビーム２０Ａの照射位置に移動させる。
【００１５】
制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵと、データやプログラムなどを格納する記憶部（ＲＡＭおよびＲＯＭ）９３と、外部機器との間で信号の入出力を行う入力ポートおよび出力ポートとを備えるコンピュータで構成することができる。制御部９０は、記憶部９３に格納されたプログラムに基づいてＣＰＵが各種演算処理を実行し、集束イオンビーム装置１００の各構成部分を制御する。そして、制御部９０は、イオンビーム（以下、適宜、集束イオンビームを「イオンビーム」と略記する）照射系２０、電子ビーム照射系３０、アルゴンイオンビーム照射系４０、ナノピンセット５０、二次荷電粒子検出器７０、反射電子検出器７２、及び試料ステージ６０の制御配線等と電気的に接続されている。
制御部９０は、加工制御手段９０Ａ、観察面画像生成手段９０Ｂを有する。
また制御部９０は、ソフトウェアの指令やオペレータの入力に基づいて試料ステージ６０を駆動し、試料２の位置や姿勢を調整して試料２表面へのイオンビーム２０Ａの照射位置や照射角度を調整できるようになっている。
なお、制御部９０には、オペレータの入力指示を取得するキーボード等の入力手段９２が接続されている。
【００１６】
加工制御手段９０Ａは、試料ステージ６０、イオン源２１及びイオンビーム照射系光学系１２を制御してイオンビーム２０Ａの照射を制御する。具体的には、加工制御手段９０Ａは、イオン源１１から出射されるイオンビーム２０Ａの出力を制御すると共に、偏向器２２ｂを制御して、イオンビーム２０Ａの照射条件を制御する。又、加工制御手段９０Ａは、偏向器２２ｂでイオンビーム２０Ａを移動させながらイオンビーム２０Ａを照射して試料２の所定部分を除去加工し、薄片部を形成する。
【００１７】
この除去加工は、例えば図２のように行う。まず、試料２の表面に保護膜３を形成する。保護膜３は薄片部２ａとなる領域の上面（図２のハッチング）にのみ形成してもよく、試料２の全面に形成してもよい。そして、試料２（保護膜３）の表面に垂直な方向からイオンビーム２０Ａを照射し、薄片部２ａとなる領域の試料２の両側を深さ方向にトレンチ状（溝状）に除去し、表面から傾斜する斜面４ｂ、４ｃを形成して薄片部２ａの概形を作製する（荒加工）。次に、試料２の表面を傾けて薄片部２ａの底辺にイオンビーム２０Ａを照射して切れ込みを入れる。次に、試料２の表面をもとに戻し、ビーム電流を小さくしたイオンビーム２０Ａを試料の上方から照射し、イオンビーム２０Ａの照射方向と平行な観察面２ｂ、２ｃを順次形成する仕上げ加工を行い、観察面２ｂ、２ｃの間隔が所定の値ｔとなったところで加工を終了し、厚みｔの薄片部２ａが完成する。最後に薄片部２ａの両側辺に上方からイオンビーム２０Ａを照射して切れ込みを入れ、薄片部２ａを試料から切り離し、適宜ＴＥＭ観察等に供する。
なお、仕上げ加工では、例えばまず左側の観察面２ｂを形成した後、観察面２ｂと平行に、かつ試料２に対して相対的に図２の右から左にＬｃ方向へイオンビーム２０Ａを順次ライン走査して移動させ、観察面２ｃを観察面２ｂ側へ近づけるように順次新たに形成してゆき、観察面２ｂ、２ｃの間隔が所定の値ｔとなったところを加工の終点とする。
【００１８】
観察面画像生成手段９０Ｂは、順次形成される各観察面２ｃの画像を生成する。ここで、本実施形態では、電子ビーム照射機構３０から観察面２ｃに電子ビーム３０Ａを照射して生じる反射電子を反射電子検出器７２で検出する。そして、観察面画像生成手段９０Ｂは、反射電子検出器７２の検出したデータに基づき、観察面２ｃの反射電子像（観察面画像）を生成する。
ここで、反射電子像においては、原子番号が大きいほど、反射電子が多く放出されたことになり、（原子番号×密度）積が大きいほど（重い元素ほど）コントラストが明るくなる。従って、観察面画像におけるコントラストの差から試料２と保護膜３とを区別することができる。なお、反射電子像のコントラストは、像の明るさを段階的に分けて数値化したものである。反射電子像は白黒画像であるから、例えば、白色のグレイスケール値を２５６、黒色のグレイスケール値を１とするグレイスケール値で規定することができ、各画素が所定のグレイスケール値に対応する。従って、保護膜３に対応するコントラスト（グレイスケール値）の範囲を予め設定しておき、観察面画像において上記範囲のコントラストを有する領域（画素）を取得することで、保護膜３の高さ（試料２の表面に垂直な方向の保護膜３の厚み）を自動的に測定することができる。
【００１９】
又、コントラストの設定は、最初の観察面２ｃの反射電子像上で、操作者が入力手段９２を操作して保護膜３の領域を指定して設定することができる。指定領域が複数の画素を含む場合、その領域のコントラストの決め方は特に限定されず、例えばそれら画素のグレイスケール値の平均値としてもよく、各画素のグレイスケール値のうち最大値を採用してもよい。又、操作者が領域内の一点（一画素）を選択すると、その周囲の所定領域の複数画素を自動的に取得し、コントラストを設定してもよい。
一方、観察面２ｃの反射電子像を観察せずに、保護膜３のコントラストを初期値として設定してもよい。例えば操作者が入力手段９２を操作してグレイスケール値を入力して設定することができる。この場合は、例えば保護膜３の種類（組成）が予めわかっていて、その不純物の反射電子像上のコントラストも既知である場合が相当する。かかる場合は、操作者がグレイスケール値を入力する代わりに、所定の画面上で保護膜３の種類を指定すると、その保護膜３に対応したグレイスケール値が自動的に指定されるようにすることもできる。
【００２０】
反射電子像の代わりにＳＥＭ像を用いても、試料２と保護膜３のコントラストが明瞭に区別できる場合には、観察面画像生成手段９０Ｂは反射電子検出器７２の代わりに二次荷電粒子検出器７０を用いてＳＥＭ像を観察面画像として生成すればよい。
又、反射電子像の代わりにＳＩＭ像を用いても、試料２と保護膜３のコントラストが明瞭に区別できる場合には、観察面画像生成手段９０Ｂは二次荷電粒子検出器７０を用いてＳＩＭ像を観察面画像として生成すればよい。二次荷電粒子検出器７０は、試料２へイオンビーム２０Ａが照射された際に、試料２から発生する二次電子を検出する。但し、この場合、ＳＩＭ像を生成する際には、集束イオンビーム照射機構２０を試料２の直上の位置から、観察面２ｃに対して傾ける必要がある。又、集束イオンビーム照射機構２０を傾ける代わりに、第２の集束イオンビーム照射機構をさらに設置し、この第２の集束イオンビーム照射機構を用いてＳＩＭ像を生成してもよい。
第２の集束イオンビーム照射機構はガス電界電離イオン源を備えたイオンビーム照射機構であって、例えば、水素、ヘリウム、酸素、窒素、アルゴン、キセノンなどをイオン種として用いると、ビーム径の小さいイオンビームを照射することができるので、分解能の高い観察像を得ることができる。
【００２１】
なお、観察面画像は、制御部９０に接続された表示装置（ディスプレイ、特許請求の範囲の「表示手段」）９１に出力されると共に、画像データ（ビットマップデータ）として記憶部９３に記憶される。
【００２２】
イオンビーム照射系２０は、イオンを発生させるイオン源２１と、イオン源２１から流出したイオンを集束イオンビームに成形するとともに走査させるイオン光学系２２とを備えている。イオンビーム鏡筒２３を備えたイオンビーム照射系２０から、真空室１０内の試料ステージ６０上の試料２に荷電粒子ビームであるイオンビーム２０Ａが照射される。このとき、試料２からは二次イオンや二次電子等の二次荷電粒子が発生する。この二次荷電粒子を、二次荷電粒子検出器７０で検出して試料２の像が取得される。また、イオンビーム照射系２０は、イオンビーム２０Ａの照射量を増すことで、照射範囲の試料２をエッチング加工（除去加工）する。
イオン光学系２２は、例えば、イオンビーム２０Ａを集束するコンデンサーレンズと、イオンビーム２０Ａを絞り込む絞りと、イオンビーム２０Ａの光軸を調整するアライナと、イオンビーム２０Ａを試料に対して集束する対物レンズと、試料上でイオンビーム２０Ａを走査する偏向器２２ｂとを備えて構成される。
【００２３】
電子ビーム照射系３０は、電子を放出する電子源３１と、電子源３１から放出された電子を集束させて走査する電子光学系３２とを備えている。電子ビーム照射系３０から射出される電子ビーム３０Ａを試料２に照射することによって、試料２から発生した反射電子を反射電子検出器７２で検出し、上述のように試料２の反射電子像を取得することができる。
【００２４】
アルゴンイオンビーム照射系４０は、アルゴンイオン源４１と、アルゴンイオン光学系４２と、アルゴンイオンビーム鏡筒４３とを備え、さらに、アルゴンイオンビームの照射位置を制御するビーム位置制御手段４４を備えている。アルゴンイオンビーム照射系４０からは、試料２をクリーニングするためのアルゴンイオンビームが照射される。よって、仕上げ加工のイオンビームとして用いることができる。
【００２５】
ガス銃８０は、試料２へエッチングガス等の所定のガスを放出する。ガス銃８０からエッチングガスを供給しながら試料２にイオンビーム２０Ａを照射することで、イオンビーム２０Ａによる試料のエッチング速度を高めることができる。又、ガス銃８０から化合物ガスを供給しながら試料２にイオンビーム２０Ａを照射することで、イオンビーム２０Ａの照射領域近傍に局所的なガス成分の析出（デポジション）を行うことができる。
【００２６】
次に、図３〜図５を参照し、本発明の実施形態に係る集束イオンビーム装置１００による、除去加工の終点の検出について説明する。まず、図２に示すようにして試料２の観察面２ｃを形成する。
図３は、仕上げ加工中の薄片部２ａを、イオンビーム２０Ａの照射方向と平行でかつ観察面２ｃに垂直な面で切断した断面形状を示す。イオンビーム２０Ａの照射により、初期の観察面２ｃ０から観察面２ｂ側へ横方向（図３の左右方向）にΔｄの削り代だけ順次削り、新たな観察面２ｃ（図３の破線）を形成する場合を考える。
上述のように、イオンビーム２０Ａの横断面方向（図３の左右方向）の強度分布によって、薄片部２ａ上部の保護膜３が上面及び側面から削られ、保護膜３も高さ方向（図３の上下方向、イオンビーム２０Ａの照射方向）にΔｈだけ減少し、高さｈとなる。このことは逆に、Δｈ（ｈ）とΔｄに相関があることを示す。
【００２７】
従って、図４に示すように、ｈ（又はΔｈ）とΔｄとの相関を予め測定しておき、観察面画像から保護膜３の高さｈを取得することで、削り代Δｄ、ひいては薄片部２ａの厚みｔを推測することができ、除去加工の終点を検出することができる。つまり、仕上げ加工の初期の観察面２ｃ０と観察面２ｂとの初期の間隔ｔ０を測定しておき、観察面２ｂ側へ近づくように順次新たな観察面２ｃを形成しながら観察面画像の保護膜３の高さｈを取得する。そして、高さｈが所定の閾値ｈｘになったときに加工を終了すれば、厚みｔ＝ｔ０−Δｄｘ（但し、Δｄｘは、ｈｘのときの削り代）により、厚みｔの薄片部２ａが完成する。例えば、図４の関係の一例として、薄片部２ａの厚み50nmのときの保護膜３の高さｈ＝0.2umに対し、薄片部２ａの厚み10nmのときの保護膜３の高さｈ＝0umとなることが挙げられる。
【００２８】
これにより、保護膜が集束イオンビームによって削られて消失する前（又は消失する時）に除去加工を終了するので、薄片部を削り過ぎることがなく、薄片部を目標厚みに精度よく制御することができる。
又、薄片部の厚みを観察面画像の保護膜の高さから簡便かつ自動的に推測することもできる。そしてこの場合は、後方散乱電子信号の強度変化等によって薄片部の厚みを直接測定する場合に比べ、厚みの測定時間が大幅に減少すると共に、人手を介さずに自動的に薄片部の厚みを制御することができる。
【００２９】
なお、上記した例では、高さｈとΔｄとの関係に基づいて閾値ｈｘを判定したが、高さｈとｔとの関係に基づいて閾値ｈｘを判定してもよい。この場合、ｔ０−ｔ＝Δｄの関係式を用いる。（ｔ０は、薄片部２ａの初期厚み）。以下の例も同様である。
【００３０】
次に、図５を参照し、試料２の除去加工の制御のフローについて説明する。まず、上述のように試料２の荒加工を行い、斜面４ｂ及び対向面２ｂを形成しておく（図２参照）。次に、仕上げ加工として、加工制御手段９０Ａは予め観察面２ｃを形成しておく。
次に、仕上げ加工として、加工制御手段９０Ａは、試料２をイオンビーム２０Ａで除去加工して観察面２ｃを形成する（ステップＳ２）。ステップＳ２の動作は、例えば表示装置９１上の作業設定画面で、操作者が本装置の処理を行うソフトウェアを起動させることで行うことができる。
観察面画像生成手段９０Ｂは、観察面２ｂの観察面画像を生成し、記憶部９３に登録する（ステップＳ４）。
【００３１】
次に、加工制御手段９０Ａは、記憶部９３から観察面２ｃの観察面画像を取得し、保護膜３のコントラストを観察面画像から抽出し、保護膜３の高さを算出する（ステップＳ６）。保護膜３のコントラスト値（コントラストの範囲でもよい）は例えば記憶部９３に予め登録されており、加工制御手段９０Ａは、観察面画像からこのコントラスト値を持つ画素を抽出し、イオンビームの照射方向にこれら画素が並ぶ高さを算出して保護膜３の厚みとすることができる。
そして、加工制御手段９０Ａは、ステップＳ６で算出した保護膜３の高さが、記憶部９３に予め登録された保護膜３の高さの閾値ｈｘ以下であるか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８で「Ｎｏ」であればステップＳ２へ戻り、次の観察面２ｃを形成する。具体的には、加工制御手段９０Ａは上述したように、試料２に対して相対的に図２の右から左にＬｃ方向へイオンビーム２０Ａを走査し、観察面２ｂ側へ近づけるように新たな観察面２ｃを形成する。
一方、ステップＳ８で「Ｙｅｓ」であれば、加工制御手段９０Ａは、イオンビーム２０Ａでよる除去加工を終了する（ステップＳ１０）。
【００３２】
なお、閾値ｈｘは、例えば上記したように、目標とする薄片部の厚みｔ＝ｔ０−Δｄｘ（但し、ｔ０は、初期の観察面２ｃ０と観察面２ｂとの間隔）の関係式から、操作者がΔｄｘを求め、予め図４に示す保護膜３の高さｈとΔｄとの相関から高さｈ、ひいては閾値ｈｘを求める。そして、例えば操作者が入力手段９２を操作して閾値ｈｘを入力して設定することができる。なお、ｈｘ＝ｈ０−ｈで求められる（ｈ０は、初期の観察面２ｃ０における）。
又、閾値ｈｘは０以上であればよい。閾値ｈｘ＞０であれば、保護膜がＦＩＢによって削られて消失する前に除去加工を終了するので、薄片部を削り過ぎることがない。又、閾値ｈｘ＝０であれば、保護膜がＦＩＢによって削られて消失する時に丁度除去加工を終了するので、薄片部を削り過ぎることがない。但し、薄片部を削り過ぎるのを確実に防止するためには、閾値ｈｘ＞０であるのが好ましい。
【００３３】
次に、図６を参照し、試料２の表面に、第１保護膜３ｘ及び第２保護膜３ｙをこの順に形成した場合の、集束イオンビーム装置１００による除去加工の終点の検出について説明する。図６は、図３に対応する図であり、仕上げ加工中の薄片部２ａの断面形状を示す。イオンビーム２０Ａの照射により、初期の観察面２ｃ０から観察面２ｂ側へ横方向（図６の左右方向）にΔｄの削り代だけ順次削り、新たな観察面２ｃ（図６の破線）を形成する場合を考える。
上述のように、イオンビーム２０Ａの横断面方向（図６の左右方向）の強度分布によって、薄片部２ａ上部の第２保護膜３ｙが上面及び側面から削られ、第１保護膜３ｘが側面から削られる。このため、第２保護膜３ｙが高さ方向（図６の上下方向、イオンビーム２０Ａの照射方向）にΔｈだけ減少する。このとき、Δｈ（ｈ）とΔｄに相関があることは図３の場合と同様である。従って、図４に示すように、ｈ（又はΔｈ）とΔｄとの相関を予め測定しておき、観察面画像から第２保護膜３ｙの高さｈを取得することで、削り代Δｄ、ひいては薄片部２ａの厚みｔを推測することができ、除去加工の終点を検出することができる。
そして、第２保護膜３ｙが消失する（高さｈ＝０となる）時を除去加工の終点とすることで、例えば第２保護膜３ｙのコントラストが終点で０になるので終点の検出が容易となる。しかも、第２保護膜３ｙの下層には第１保護膜３ｘが存在するので、第２保護膜３ｙが消失する時を除去加工の終点としつつも、薄片部２ａを第１保護膜３ｘが保護するので、薄片部を削り過ぎることを確実に防止できる。
【００３４】
なお、試料２としては特に制限されないが、例えばシリコン等の半導体、金属や合金が挙げられる。
そして、保護膜がカーボンを含むものであると、反射電子像、ＳＩＭ像またはＳＥＭ像上で、例えばシリコンを主材料とする試料２とのコントラストとの差が大きくなるので好ましい。コントラストが大きいと保護膜の高さを観察像で明確に検出することができる。カーボンを含む保護膜の原料としては、フェナントレンやナフタレンが挙げられる。又、これら保護膜は、例えばイオンビームによる気相成長法(FIB-CVD)、電子ビームによる気相成長法(EB-CVD)を用いて形成することができる。これらの方法によれば、マスクを用いずに、試料２表面の必要な部分のみに保護膜を形成することができる。EB-CVDは、成膜過程で試料にダメージを与えることがないため好ましい。また、FIB-CVDは、EB-CVDよりも成膜速度が速いので好ましい。
又、保護膜として第１保護膜３ｘ及び第２保護膜３ｙを用いる場合の組み合わせの例としては、第１保護膜３ｘとしてカーボンとタングステンの混合物の層を用い、第２保護膜３ｙとして有機化合物を原料とするカーボンの層を用いることが挙げられる。他の組み合わせとしては、第１保護膜３ｘとしてEB-CVD法によるカーボン単体の層を用い、第２保護膜３ｙとしてFIB-CVD法によるカーボン単体を用いることが挙げられる。これらの組み合わせは、反射電子像やＳＩＭ像上で第１保護膜３ｘと第２保護膜３ｙのコントラストとの差が大きくなり、第１保護膜３ｘと第２保護膜３ｙとの境界を明確に測定することができるので好ましい。また、試料へのダメージがないEB-CVD膜上にFIB-CVDを成膜すると、FIB-CVDの成膜時の試料へのダメージをEB-CVD膜が緩和し、かつ、FIB-CVDは成膜速度が速いので、効率よく保護膜を形成することができる。また、成膜に用いるビームの加速電圧や電流量を変えることによっても観察像における保護膜のコントラストを大きくすることができる。
【００３５】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３６】
２              試料
２ａ            薄片部
２ｂ、２ｃ      観察面
３              保護膜
３ａ            第１保護膜
３ｂ            第２保護膜
２０            集束イオンビーム照射機構
２０Ａ          集束イオンビーム
９０            制御部
９０Ａ          加工制御手段
９０Ｂ          観察面画像生成手段
１００          集束イオンビーム装置
ｈ              保護膜の集束イオンビームの照射方向の高さ
ｈｘ            保護膜の高さの閾値
【図１】
2014186896.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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