(57)【要約】【課題】微細化、集積化の進んだデバイスの積層構造を確認する場合、走査電子顕微鏡観察では、分解能が不足する。透過電子顕微鏡観察では、透過電子顕微鏡観察のための試料作製をする必要があり、高いスループットを実現することができないという課題があった。【解決手段】試料表面を加工して小片試料を作製する集束イオンビーム装置と、小片試料をピックアップするピックアップ装置と、ピックアップした小片試料を固定する小片試料固定台５と、小片試料固定台５に固定された小片試料の表面をアルゴンイオンビーム７にてエッチングするアルゴンイオンビーム照射装置と、小片試料固定台に固定された小片試料の表面を観察する走査プローブ顕微鏡からなる。【選択図】    図１
2004245660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束エネルギービームを試料に照射して、所定箇所の周囲および底部をエッチングして小片試料とする第一の工程と、前記小片試料を前記試料から取り出す第二の工程と、前記取り出された小片試料の壁面を走査プローブ顕微鏡にて観察する第三の工程と、からなることを特徴とする小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項２】
前記集束エネルギービームが集束イオンビームであることを特徴とする請求項１記載の小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項３】
前記第一の工程において、走査プローブ顕微鏡にて観察する面が材質の相違に基づいた段差を形成するよう加工することを特徴とする請求項２記載の小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項４】
集束エネルギービームを試料に照射して、所定箇所の周囲および底部をエッチングして小片試料とする第一の工程と、前記小片試料を前記試料から取り出す第二の工程と、前記取り出された小片試料の壁面を走査プローブ顕微鏡にて観察する第三の工程と、前記取り出された小片試料の走査プローブ顕微鏡による被観察面を前記集束エネルギービームの照射によってエッチング加工する第四の工程と、再び第三の工程以降を必要な回数繰り返すことからなることを特徴とする小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項５】
前記集束エネルギービームが集束イオンビームであることを特徴とする請求項４記載の小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項６】
前記第一の工程において、走査プローブ顕微鏡にて観察する面が材質の相違に基づいた段差を形成するよう加工することを特徴とする請求項５記載の小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項７】
第一の集束エネルギービームを試料に照射して、所定箇所の周囲および底部をエッチングして小片試料とする第一の工程と、前記小片試料を前記試料から取り出す第二の工程と、前記取り出された小片試料の走査プローブ顕微鏡による被観察面となる特定の壁面を第二の集束エネルギービームを照射してエッチングする第三の工程と、前記小片試料の前記第二の工程にて前記第二の集束エネルギービームによるエッチングを行った壁面を走査プローブ顕微鏡にて観察する第四の工程と、からなることを特徴とする小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項８】
前記第一の集束エネルギービームが集束イオンビームであり、前記第二の集束エネルギービームがアルゴンイオンビームであることを特徴とする請求項７記載の小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項９】
前記第一の工程の工程において、走査プローブ顕微鏡にて観察する面が材質の相違に基づいた段差を形成するよう加工することを特徴とする請求項８記載の小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項１０】
第一の集束エネルギービームを試料に照射して、所定箇所の周囲および底部をエッチングして小片試料とする第一の工程と、前記小片試料を前記試料から取り出す第二の工程と、前記取り出された小片試料の走査プローブ顕微鏡による被観察面となる特定の壁面を第二の集束エネルギービームを照射してエッチングする第三の工程と、前記小片試料の前記第三の工程にて前記第二の集束エネルギービームによるエッチングを行った壁面を走査プローブ顕微鏡にて観察する第四の工程と、前記取り出された小片試料の走査プローブ顕微鏡による被観察面を前記第一の集束エネルギービームの照射によってエッチング加工する第五の工程と、再び第三の工程以降を必要な回数繰り返すからなることを特徴とする小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項１１】
前記第一の集束エネルギービームが集束イオンビームであり、前記第二の集束エネルギービームがアルゴンイオンビームであることを特徴とする請求項１０記載の小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項１２】
前記第一の工程または／および前記第五の工程において、走査プローブ顕微鏡にて観察する面が材質の相違に基づいた段差を形成するよう加工することを特徴とする請求項１１記載の小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項１３】
第一の集束エネルギービームを試料に照射して、所定箇所の周囲および底部をエッチングして小片試料とする第一の工程と、前記小片試料を前記試料から取り出す第二の工程と、前記取り出された小片試料の走査プローブ顕微鏡による被観察面となる特定の壁面を第二の集束エネルギービームを照射してエッチングする第三の工程と、前記小片試料の前記第三の工程にて前記第二の集束エネルギービームによるエッチングを行った壁面を走査プローブ顕微鏡にて観察する第四の工程と、前記取り出された小片試料の走査プローブ顕微鏡による被観察面を前記第二の集束エネルギービームの照射によってエッチング加工する第五の工程と、再び第四の工程以降を必要な回数繰り返すからなることを特徴とする小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項１４】
前記第一の集束エネルギービームが集束イオンビームであり、前記第二の集束エネルギービームがアルゴンイオンビームであることを特徴とする請求項１３記載の小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項１５】
前記第一の工程において、走査プローブ顕微鏡にて観察する被観察面が材質の相違に基づいた段差を形成するよう加工することを特徴とする請求項１４記載の小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項１６】
請求項１から１５に記載されている前記切り出される小片試料の形状を非対象な形状とし、前記小片試料の走査プローブ顕微鏡による観察の被観察面を識別できるようにしていることを特徴とする小片試料の作製とその壁面の観察方法。
【請求項１７】
試料から小片試料をエッチングによって切り出す集束イオンビーム装置と、前記試料から切り離された前記小片試料を取り上げるピックアップ装置と、前記ピックアップ装置によって取り上げられた前記小片試料を走査プローブ顕微鏡による被観察面を上にして固定する小片試料固定台と、前記小片試料固定台に固定された前記小片試料の被観察面を観察する走査プローブ顕微鏡とからなり、前記小片試料固定台が前記集束イオンビーム装置の集束イオンビーム照射位置に取り付け可能になっていることを特徴とする小片試料の作製とその小片試料の壁面を観察するためのシステム。
【請求項１８】
前記走査プローブ顕微鏡は、少なくとも前記小片試料を固定する前記小片試料固定台を設置して少なくとも３次元空間で移動可能な試料ステージと、前記試料ステージを前記走査プローブ顕微鏡手段から離れた方向に移動した状態で前記小片試料の表面に接線に近い方向からアルゴンイオンビームを照射して前記表面をエッチングするアルゴンイオンビーム照射装置と、前記小片試料の表面を観察する走査プローブ顕微鏡と、それらを真空状態に保持する真空容器と、真空容器を真空排気する真空ポンプシステムとからなることを特徴とする請求項１７記載の小片試料の作製とその小片試料の壁面を観察するためのシステム。
【請求項１９】
前記走査プローブ顕微鏡のプローブと小片試料間に発生する相互作用のさまざま物理量を検出することにより小片試料の特性を計測する走査プローブ顕微鏡を持つことを特徴とする請求項１７記載の小片試料の作製とその小片試料の壁面を観察するためのシステム。
観察システム
【請求項２０】
前記物理量が、試料の導電性、ドーパント濃度、誘電率、電位、漏洩磁界、スピン相互作用などの試料の電気物性に関する物理量であることを特徴とする請求項１９記載の小片試料の作製とその小片試料の壁面を観察するためのシステム。
【請求項２１】
前記物理量が、試料の硬さ、摩擦、粘弾性などの試料の力学的物性に関する物理量であることを特徴とする請求項１９記載の小片試料の作製とその小片試料の壁面を観察するためのシステム。
【請求項２２】
前記小片試料を追加工する目的で、ダイアモンド針にて試料表面を削る切削手段があることを特徴とする請求項１７記載の小片試料の作製とその小片試料の壁面を観察するためのシステム。
【請求項２３】
前記小片試料を追加工する目的で、小片試料に電圧を印加し、陽極酸化することにより小片試料の表面に絶縁層を形成することを特徴とする請求項１７記載の小片試料の作製とその小片試料の壁面を観察するためのシステム。
【請求項２４】
試料から小片試料をエッチングによって切り出す集束イオンビーム装置と、前記試料から切り離された前記小片試料を取り上げるピックアップ装置と、前記ピックアップ装置によって取り上げられた前記小片試料を走査プローブ顕微鏡による被観察面を上にして固定する小片試料固定台と、前記小片試料固定台に固定された前記小片試料の被観察面の接線に近い方向からアルゴンイオンビームを照射するアルゴンイオンビーム照射装置と、前記小片試料固定台に固定された前記小片試料の被観察面を観察する走査プローブ顕微鏡とからなり、前記小片試料固定台が前記集束イオンビーム装置の集束イオンビーム照射位置に取り付け可能になっていることを特徴とする小片試料の作製とその小片試料の壁面を観察するためのシステム。
【請求項２５】
前記小片試料固定台が、前記小片試料を固定する場所が端面に位置し、前記小片試料固定場所は作業者が目視可能な形状と大きさをしていることを特徴とする請求項１７から２４記載の小片試料の作製とその小片試料の壁面を観察するためのシステム。
【請求項２６】
前記小片試料固定台の表面は、導電性の金属がコートしてあり、前記小片試料を貫通して流れる電流や、小片試料を接地できること特徴とする請求項１７から２４記載の小片試料の作製とその小片試料の壁面を観察するためのシステム。
【請求項２７】
前記小片試料固定台の表面にインジュームなどの低融点金属を有し、前記小片試料固定台と小片試料を過熱し低融点金属を溶かし、小片試料の固定と小片試料固定台とに良好な導電性を得る機構を有する請求項１７から２４記載の小片試料の作製とその小片試料の壁面を観察するためのシステム。
【請求項２８】
前記小片試料固定台の表面に低融点ポリマーを有し、前記小片試料固定台と小片試料を過熱し低融点ポリマー溶かし、小片試料の固定と小片試料固定台との絶縁機構を有する請求項１７から２４記載の小片試料の作製とその小片試料の壁面を観察するためのシステム。
【請求項２９】
前記小片試料固定台上としてマコールなどの平坦な絶縁物の基板上に複数個の電極を有し、この複数個の電極から小片試料の電極へワイヤボンダリングなどで配線が可能になっていることを特徴とする請求項１７から２４記載の小片試料の作製とその小片試料の壁面を観察するためのシステム。
【請求項３０】
試料を載置して少なくとも３次元空間にて移動可能な試料ステージと、試料ステージに載置された小片試料を遠隔操作によって挟んで摘み上げるピンセットと、前記ピンセットの３次元的な位置を制御可能なマニピュレータと、これらの位置を観察可能な顕微鏡からなることを特徴とするピックアップ装置。
【請求項３１】
前記マニピュレータが前記ピンセットの位置を、水平方向に移動させる第一の駆動軸と、垂直方向に移動させる第二の駆動軸と、前記第一および第二の駆動軸によって形成される面の法線方向に移動させる第三の駆動軸と、第三の駆動軸を中心として回転させる第四の駆動軸からなることを特徴とする請求項３０記載のピックアップ装置。
【請求項３２】
前記顕微鏡が光学顕微鏡であることを特徴とする請求項３０記載のピックアップ装置。
【請求項３３】
前記顕微鏡が走査電子顕微鏡であり、前記各構成要素を真空状態に保持する真空容器を持つことを特徴とする請求項３０記載のピックアップ装置。
【請求項３４】
前記顕微鏡が走査イオン顕微鏡であり、前記各構成要素を真空状態に保持する真空容器を持つことを特徴とする請求項３０記載のピックアップ装置。
【請求項３５】
少なくとも前記小片試料を固定する前記小片試料固定台を設置して少なくとも３次元空間で移動可能な試料ステージと、前記試料ステージを前記走査プローブ顕微鏡手段から離れた方向に移動した状態で前記小片試料の表面に接線に近い方向からアルゴンイオンビームを照射して前記表面をエッチングするアルゴンイオンビーム照射装置と、前記小片試料の表面を観察する走査プローブ顕微鏡と、それらを真空状態に保持する真空容器と、真空容器を真空排気する真空ポンプシステムとからなることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
近年、半導体デバイスや表示デバイスなどの各種デバイスは、機能向上を実現するため、その構造は微細に、そして複雑になっている。特に、各種デバイスを形成する素子や配線が数原子層レベルの薄膜を重ねた積層構造になっており、その構造を観察する需要は高い。
【０００２】
本発明は、ウエーハなどの試料の所望箇所を小片試料として切り出し、その小片試料の側壁または底面を走査プローブ顕微鏡にて観察できるようにし、各種デバイスの研究開発、製造工程管理、不良解析など行なうことにより、各種デバイスの発展に寄与することを目的になされている。
【０００３】
【従来の技術】
第一の技術として、集束イオンビームにて試料表面の所望箇所に断面構造露出部を形成し、露出した断面を集束イオンビームによる走査イオン顕微鏡像や電子ビーム走査による走査電子顕微鏡像にて観察する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
第二の技術として、集束イオンビームにて試料表面の所望箇所をエッチング加工して小片試料を取り出し、取り出した小片試料を透過電子顕微鏡にて観察する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−５２７２１号（第４−５頁、図１）
【０００６】
【非特許文献１】
Ｋａｉｔｏ他著“Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ＩＣ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｉｔｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”１９８８年１ｓｔ  Ｍｉｃｒｏ  ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の第一の技術では、走査イオンビーム顕微鏡像や、走査電子顕微鏡像を用いて試料の断面構造を観察するが、その観察分解能が不足しているという課題があった。走査電子顕微鏡像の空間分解能は、１ｎｍ程度が最高性能のものとして知られているが、試料を形成する最も薄い膜構造の厚さが１ｎｍ程度であることから、膜の厚さを管理するに不十分であるという課題があった。
【０００８】
従来の第二の技術は、試料の断面構造観察に透過電子顕微鏡像を用いる。透過電子顕微鏡では、膜構造を形成する素粒子を観察できることから、空間分解能は十分である。しかしながら、透過電子顕微鏡は極めて高価であるという課題があった。
【０００９】
また、透過電子顕微鏡は電子が試料を透過することによって得られる情報に基づいて観察像を形成することから、多くの原子層からなる形状の平均した、または積分された情報しか得ることができないという課題があった。さらに試料断面の形状情報以外に、試料の導電性、ドーパント濃度、誘電率、電位、漏洩磁界、スピン相互作用などの試料の電気物性に関す情報、試料の硬さ、摩擦、粘弾性などの試料の力学的物性は得られず、小片試料の総合的な分析はできない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の問題点を解決するために発明されたものである。
【００１１】
試料表面の所望の箇所に、集束エネルギービームを走査照射してエッチング加工を行って、小片試料を試料から切り出す。切り出した小片試料をピックアップ装置にて取り上げる。取り上げた小片試料の表面、側壁または底面を多機能の走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）にて観察する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の方法を説明する。
【００１３】
図１ａに示すように、小片試料１を形成する試料の所定箇所の周囲に集束イオンビーム（ＦＩＢ）２を照射し、エッチング加工を行って穴３を製作する。小片試料１の大きさは、大きければ小片試料の作製時間が長くなり、小さいと摘み上げる作業が困難になる。後述するピックアップ装置を用いた摘み上げるための工程を光学顕微鏡で行う場合、幅１０μｍ程度が適当と考えられる。走査プローブ顕微鏡による被観察面が側壁の場合、被観察面である側壁にエッチングガスを吹き付け、集束イオンビーム加工によって形成された損傷層を除去することができる。さらに、このとき、電子ビームやレーザービームを同時に照射しても良い。また、材質によってエッチング速度が異なることを利用して、被観察面を構成する材質の差に基づいた段差を形成しても良い。
【００１４】
図１ｂに示すように、試料の所定箇所を小片試料として切り出すために、集束イオンビーム２を図１ａに示した加工実施時とは異なる入射角度で照射してエッチング加工を行い、小片試料１を試料から分離する。
【００１５】
このとき、図１ｃに示すように、小片試料１を、被観察面６に向かって、左右非対象形に加工することにより、走査プローブ顕微鏡の被観察面を明らかにすることも有効である。
【００１６】
図１ｄに示すように、切り離された小片試料１をマイクロピンセット４にて摘み上げる。
【００１７】
そして、図１ｅに示すように、摘み上げた小片試料１を走査プローブ顕微鏡の被観察面を上にして小片試料固定台５に固定する。被観察面の確認は、図１ｃにて示した非対称な小片試料形状にて行う。このとき小片試料固定台５は、例えば図２に示すように、小片試料の取り付けられている側が、作業者が肉眼で確認できる大きさがあるようにする。小片試料１の小片試料固定台５への固定は、接着剤によって行うことができる。
【００１８】
続いて、図１ｆに示すように、小片試料１の固定された小片試料固定台５をアルゴンイオンビーム照射装置に設置し、アルゴンイオンビーム７を小片試料１の被観察面６の接線方向から小片試料１の被観察面６に照射する。アルゴンイオンビーム照射により、集束イオンビーム加工による走査プローブ顕微鏡の被観察面６への損傷層の除去を行う。ただし、走査プローブ顕微鏡による観察を行う際に、損傷層の影響がない場合は行う必要がない。しかし、例えば、走査型キャパシタンス顕微鏡で観察する場合、損傷層の影響を無視することができないため、本工程を削除することはできない。
【００１９】
そして、図１ｇに示すように、小片試料１の固定された小片試料固定台５を走査プローブ顕微鏡８の試料台上に設置し、被観察面の顕微鏡観察を行う。この観察によって、所定の顕微鏡観察像を得ることができた場合は、作業を終了する。
【００２０】
所定の顕微鏡観察像を得ることができなかった場合や、被観察面の下を観察する場合は、図１ｈに示すように、小片試料１の固定された小片試料固定台５を集束イオンビーム照射装置に設置し、集束イオンビーム２を小片試料１の被観察面の接線方向から照射して被観察面の表面を追加エッチング加工する。このとき、小片試料固定台５は、固定されている小片試料１が、図１ｈに示されているように、集束イオンビーム２の照射側になるようにする。これにより、被加工領域を集束イオンビームの焦点位置に設置することができるようにする。
【００２１】
以後、図１ｆに示した工程以降を必要な回数繰り返す。
【００２２】
以上の一連の工程を図３のフローチャートに示す。
【００２３】
また、これらの工程を実行するシステムを構成する各装置の概念図を図４に示す。
【００２４】
図４ａに集束イオンビーム装置の概念図を示す。集束イオンビーム装置は、少なくとも集束イオンビーム照射系１１と、試料１２を固定してＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動し、Ｘ−Ｙ平面にて回転し、さらにＸ−Ｙ平面を傾斜することのできる試料ステージ１３と、これらを取り付けて真空に保持する図示されていない真空容器とからなる。試料ステージ１３に載置された試料１２の表面に集束イオンビームを照射し、スパッタエッチングにより小片試料を作製する。
【００２５】
図４ｂにピックアップ装置の概念図を示す。ピックアップ装置は、少なくとも小片試料を観察可能な顕微鏡２１と、小片試料を摘み上げるためのピンセット２２と、ピンセットの位置を３次元空間にて移動し、Ｙ軸を中心として回転させることが可能なマニピュレーター２３と、集束イオンビーム装置によって加工された試料２４および摘み上げた小片試料を固定する小片試料固定台２５を載置する試料台２６とからなる。試料台２６は、試料台２６に載置された小片試料や小片試料固定台２５を顕微鏡２１にて観察可能な位置に移動可能となっている。顕微鏡２１は、小片試料の大きさが１０μｍ程度であれば、光学顕微鏡で良いが、１０μｍより小さな試料を扱う場合は、さらに高分解能顕微鏡を用いる必要がある。例えば、走査電子顕微鏡や走査イオン顕微鏡を用いる。この場合、マニピュレータや試料台は真空状態に保持できるようにする。試料から切り離されている小片試料を、顕微鏡にて観察しながらピンセットにて摘み上げ、小片試料固定台２５に移動させる。このとき、試料２４に複数の小片試料が形成されている場合には、それに対応した数の小片試料固定台２５を試料台２６に載置する。
【００２６】
図５ｄに光てこ方式を用いた走査プローブ顕微鏡の概念図を示す。走査プローブ顕微鏡は、小片試料固定台３１を載置する試料台３２と、小片試料３３の被観察面を鋭利な先端を持ったプローブを走査させて試料表面を顕微鏡観察する走査プローブ顕微鏡系からなる。カンチレバー３４の先端に装着されたプローブを試料の被観察面上を走査させ、被観察面表面の段差に倣った高さの変化を、カンチレバー背面に、レーザ光源４０から鏡３７を経て照射されているレーザー光３５の反射光が鏡３８を経て光センサ３６に入射する位置の変化から求める。ここでは、光てこ方式の一例を示すが、一般的に知られている他の光てこ方式や、カンチレバーに歪み検出センサを装着した自己検出方式などいずれの方式でも採用することができる。走査プローブ顕微鏡は、例えば、米国特許第４、９３５、６３４号に詳述されている接触方式ＡＦＭやＪ．Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，６１（１０），１５  Ｍａｙ，１９８７にマーティンらが報告した非接触方式ＡＦＭなど各種方式が知られているが、どの方式にも制限されない。試料表面の形状他、極微小領域の各種情報を２次元的に顕微鏡観察できるものであればいずれの方式でも良い。
【００２７】
ここで前記小片試料より得たい情報により、つまり観察の目的などに合わせて最適な測定モードの顕微鏡が選択できる。以下に電気・磁気的測定、力学的測定、高分解能形状測定について説明する。
【００２８】
第一に小片試料の電気・磁気的測定例として、ドーパンド濃度あるいは誘電率測定は、プローブ近傍に、高感度のキャパシタンス検出器を配備し、バイアス電源より交流電圧を試料に印加し、プローブ直下のキャパシタンス変化を同期検出する。このキャパシタンス変化より試料のドーパンド濃度あるいは誘電率を算出する。また、小片試料を貫通するの電流を測定する場合は、導電性プローブを被測定部に接触させ、バイアス電源より電圧を走査し、その時流れる電流を前記微小電流計により検出し、接触点でのＩ／Ｖカーブを測定する。あるいはバイアス電圧一定で、プローブを走査させ、電流像マッピングを行なう。さらに小片試料の電位を測定する場合は、試料面に交流電圧を印加し、この交流電界の周波数で振動するカンチレバーの振幅がゼロになるようにバイアス電源電圧を制御し、この制御電圧から試料の表面電位を測定する。最後に磁性体プローブを用いて小片試料表面より漏洩している磁区を磁気力顕微鏡により測定する。
【００２９】
第二に小片試料の力学的性質の測定を説明する。試料面の摩擦情報は、摩擦力顕微鏡により測定する。摩擦力の違いにより積層された物質のコントラストがつき積層された膜厚が測定できる。また小片試料表面の摩擦力の違いより、積層された物質中の異物などが検出できる。つぎに小片試料面の硬さ情報は、試料面にプローブを接触させ微小振動を与える。この微小振動を与えている電源とプローブの振動位相差より試料面の硬さ情報が求まる。
【００３０】
また上記の小片試料を固定し、ＳＰＭの測定を簡単に行なうために、さまざまな小片試料固定台が必要になる。まず小片試料固定台の表面は、導電性の金属がコートしてあり、前記小片試料を貫通して流れる電流や、小片試料を接地できる固定台、また小片試料固定台の表面にインジュームなどの低融点金属を有し、測定に先立って小片試料固定台と小片試料を過熱し低融点金属を溶かし、小片試料の固定と小片試料固定台とに良好な導電性を得る機構を有する固定台、小片試料固定台の表面に低融点ポリマーを有し、小片試料固定台と小片試料を過熱し低融点ポリマー溶かし、小片試料の固定と小片試料固定台との絶縁をする固定台、  マコールなどの平坦な絶縁物の基板上に小片試料を固定し、この小片試料を取り巻くように複数個の電極を配し、この複数個の電極から小片試料の電極へワイヤボンダリングなどで配線ができる小片試料固定台を有する。
【００３１】
図４ｃにアルゴンイオンビーム照射装置の概念図を示す。アルゴンイオンビーム照射装置は、小片試料固定台４１を載置した試料台４４と、アルゴンイオンビーム照射系４３と、図示されていないこれらを真空状態に保持する真空容器とからなる。そして、アルゴンイオンビームを小片試料４２の被観察面の接線方向から照射し、被観察面の表面を薄くエッチングする。アルゴンイオンビームを被観察面の接線方向から照射することにより、被観察面に残るアルゴンイオンビーム照射による損傷を最小限に抑制し、被加工物が被観察面上に残ることを回避することができる。
【００３２】
また、アルゴンイオンビーム照射装置は、図６に示すように走査プローブ顕微鏡に複合化されても良い。走査プローブ顕微鏡は、上述した構成とアルゴンイオンビーム照射系６１の他に、図示されていないこれらを真空状態に保持する真空容器からなる。図６ａは、試料ステージ６２が小片試料６３の被観察面が走査プローブ顕微鏡にて観察できる位置にあることを示す。図６ｂは、試料ステージ６２が移動して、小片試料６３を走査プローブ顕微鏡による観察位置から待避し、アルゴンイオンビーム７１が照射される位置にある。これにより、アルゴンイオンビーム照射による走査プローブ顕微鏡のプローブへの損傷発生を回避する。この場合、アルゴンイオンビーム照射によって露出した新しい被観察面を大気に晒すことなく走査プローブ顕微鏡にて観察することができる。
【００３３】
走査プローブ顕微鏡によって小片試料の被観察面を顕微鏡観察し、さらに、観察面の下にある領域を観察する場合、集束イオンビーム装置またはアルゴンイオンビーム照射装置にて被観察面をエッチングして新しい被観察面を露出させる。
【００３４】
集束イオンビーム装置を用いる場合、集束イオンビーム装置は図５ｅに示すように、小片試料固定台５２をその試料ステージ５４に、小片試料固定台保持部５３を介して小片試料５１の被観察面の接線方向から集束イオンビームが照射されるような位置に取り付けられるようになっている。このとき、小片試料を作製するために用いた集束イオンビーム装置が、例えばウエーハ専用装置であった場合、本作業に対応した別の集束イオンビーム装置を用いることができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明には以下の効果がある。
【００３６】
１．集束エネルギービームを試料に照射して小片試料を作製し、小片試料の側壁を走査プローブ顕微鏡にて観察することにより、試料の所定の箇所の試料表面または試料内部の形状を原子レベルの分解能にて観察することができるという効果がある。
【００３７】
２．集束エネルギービームを試料に照射して小片試料を作製し、小片試料の側壁を走査プローブ顕微鏡にて観察し、続いて、被観察面の接線方向から集束エネルギービームを照射してエッチングし、新たな被観察面を露出させ、再び走査プローブ顕微鏡にて観察する。この作業を繰り返すことにより、試料の所定の箇所の試料表面または試料内部の形状とその三次元分布を原子レベルの分解能にて観察することができるという効果がある。
【００３８】
３．第一の集束エネルギービームを試料に照射して小片試料を作製し、小片試料の側壁の被観察面の集束エネルギービーム照射加工による損傷層を第二の集束エネルギービームを被観察面の接線方向から照射して除去し、小片試料の側壁の被観察面を走査プローブ顕微鏡にて観察することにより、試料の所定の箇所の試料表面または試料内部の形状や、各種特性（抵抗、容量、磁気ほか）の分布を高分解能にて観察することができるという効果がある。
【００３９】
４．第一の集束エネルギービームを試料に照射して小片試料を作製し、小片試料の側壁の被観察面の集束エネルギービーム照射加工による損傷層を第二の集束エネルギービームをし被観察面の接線方向から照射して除去し、小片試料の側壁の被観察面を走査プローブ顕微鏡にて観察し、続いて、被観察面の接線方向から第二の集束エネルギービームを照射してエッチングし、新たな被観察面を露出させ、再び走査プローブ顕微鏡にて観察する。この作業を繰り返すことにより、試料の所定の箇所の試料表面または試料内部の形状や、各種特性（抵抗、容量、磁気ほか）の分布と、その三次元分布を高分解能にて観察することができるという効果がある。
【００４０】
５．第一の集束エネルギービームを試料に照射して小片試料を作製し、小片試料の側壁の被観察面の集束エネルギービーム照射加工による損傷層を第二の集束エネルギービームをし被観察面の接線方向から照射して除去し、小片試料の側壁の被観察面を走査プローブ顕微鏡にて観察し、続いて、被観察面の接線方向から第一の集束エネルギービームを照射してエッチングし、新たな被観察面を露出させ、再び、第二の集束エネルギーにて損傷層を除去し、その後、走査プローブ顕微鏡にて観察する。この作業を繰り返すことにより、試料の所定の箇所の試料表面または試料内部の形状や、各種特性（抵抗、容量、磁気ほか）の分布と、その三次元分布を高分解能にて観察することができるという効果がある。
【００４１】
６．小片試料を作製する集束イオンビーム装置と、小片試料をピックアップするピックアップ装置と、小片試料の被観察面に形成された損傷層を除去するアルゴンイオンビーム照射装置と、小片試料の側壁を観察する走査プローブ顕微鏡と、これらの装置で共通に使用することのできる小片試料固定台からなるシステムを構築することにより、試料の所定の箇所の試料表面または試料内部の形状、各種特性（抵抗、容量、磁気ほか）の分布と、その三次元分布を高分解能にて観察することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法の説明図である。
【図２】小片試料固定台の一例を示す。
【図３】本発明による方法のフローチャートを示す。
【図４】本発明によるシステムを構成する装置の概念図を示す。
【図５】本発明によるシステムを構成する装置の概念図を示す。
【図６】本発明による走査プローブ顕微鏡の概念図を示す。
【符号の説明】
１  小片試料
２  集束イオンビーム
３  穴
４  マイクロピンセット
５  小片試料固定台
７  アルゴンイオンビーム
８  走査プローブ顕微鏡
１３  試料ステージ
２２  ピンセット
２３  マニピュレーター
２５  小片試料固定台
２１  顕微鏡
２６  試料台
３４  カンチレバー
３５  レーザー光
３６  光センサ
４３  アルゴンイオンビーム照射系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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