(57)【要約】【課題】  プローブから試料までの距離を取得し、その距離に応じた最適なプローブ速度でプローブ駆動し、プローブから試料までの距離がゼロになった時にプローブ駆動を停止させる。【解決手段】  試料のほぼ同一点を観察できる２台以上の顕微鏡１，２と、試料６を載置する試料台と、試料に接近又は接触させることを目的とした機械的プローブ３と、機械的プローブを駆動する駆動機構１４と、２台以上の顕微鏡から得られる画像から試料とプローブとの見かけの距離の測長を行う測長処理部１０と、その２つ以上の測長値と顕微鏡の姿勢情報（θ）を元に、試料とプローブとの実際の距離を計算する測長データ処理部１２を備え、試料とプローブとの距離を正確に把握する。【選択図】  図１
2005167146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料のほぼ同一点を観察できる第１及び第２の顕微鏡と、
試料を載置する試料台と、
機械的プローブと、
前記機械的プローブを駆動するプローブ駆動機構と、
顕微鏡による観察画像を解析し前記プローブと試料との間の見かけの距離を測長する測長処理部と、
前記測長処理部による測長値と顕微鏡の姿勢情報をもとに前記プローブと試料との間の実際の距離を計算する測長データ処理部とを含むことを特徴とするプローブ付き複合顕微鏡。
【請求項２】
請求項１記載のプローブ付き複合顕微鏡において、前記プローブ駆動機構は、前記プローブが試料に接近するほど駆動速度が遅くなるように、前記プローブと試料との間の実際の距離に応じて複数の速度を段階的に切り替えて前記プローブを試料に接近する方向に駆動することを特徴とするプローブ付き複合顕微鏡。
【請求項３】
請求項１又は２記載のプローブ付き複合顕微鏡において、前記プローブを試料方向に接近駆動中に前記プローブと試料との間の実際の距離を測定し、当該距離が前記プローブ駆動機構による前記プローブの駆動速度から予想される距離と一致しなくなったとき、前記プローブ駆動機構による前記プローブの駆動を停止させることを特徴とするプローブ付き複合顕微鏡。
【請求項４】
試料表面上の基準点に対する機械的プローブの高さ方向距離を求める方法において、
第１及び第２の顕微鏡を用い、前記基準点が、前記第１及び前記第２の顕微鏡による観察画像の中心に来るように調整する第１ステップと、
前記プローブの先端を前記基準点の直上に位置付ける第２ステップと、
前記第１の顕微鏡による観察画像及び／又は前記第２の顕微鏡による観察画像上で、前記基準点と前記プローブの先端との間の見かけの距離を測長する第３ステップと、
前記見かけの距離と、前記第１の顕微鏡及び／又は第２の顕微鏡の姿勢情報とを用いて前記プローブの前記基準点に対する高さ方向距離を算出する第４ステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、
前記第１の顕微鏡と第２の顕微鏡は、前記第１の顕微鏡の光軸が前記プローブを試料方向への駆動する時の駆動方向と一致し、前記第２の顕微鏡の光軸は前記駆動方向と一致しない位置関係にあり、
前記第２ステップは、前記第１の顕微鏡による観察画像の中心に前記プローブの先端を位置付けるステップからなり、
前記第３のステップは、前記第２の顕微鏡による観察画像から前記基準点と前記プローブの先端との間の見かけの距離を測長するステップからなり、
前記第４ステップは、前記見かけの距離と前記第２の顕微鏡の姿勢情報とを用いて前記高さ方向の距離を算出するステップからなることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４記載の方法において、
前記第１の顕微鏡と第２の顕微鏡は、共に光軸が前記プローブを試料方向へ駆動する時の駆動方向と一致せず、かつ、前記第１の顕微鏡の光軸を含み試料面に垂直な第１の平面と前記第２の顕微鏡の光軸を含み試料面に垂直な第２の平面とが一致しない位置関係にあり、
前記第２ステップは、前記第１の顕微鏡による観察画像上で、前記プローブの先端を前記第１の平面に接触させるステップと、前記第２の顕微鏡による観察画像上で、前記プローブの先端を前記第１の平面内で移動して前記第２の平面に接触させるステップとからなり、
前記第３のステップは、前記第１の顕微鏡による観察画像又は前記第２の顕微鏡による観察画像上で、前記基準点と前記プローブの先端との間の見かけの距離を測長するステップからなり、
前記第４のステップは、前記第１の顕微鏡による観察画像上で測長した見かけの距離と前記第１の顕微鏡の姿勢情報を用いて、又は前記第２の顕微鏡による観察画像上で測長した見かけの距離と前記第２の顕微鏡の姿勢情報とを用いて前記高さ方向の距離を算出するステップからなることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項４記載の方法において、
前記第１の顕微鏡と第２の顕微鏡は、共に光軸が前記プローブを試料方向へ駆動する時の駆動方向と一致せず、かつ、前記第１の顕微鏡の光軸を含み試料面に垂直な平面と前記第２の顕微鏡の光軸を含み試料面に垂直な平面が互いに一致する位置関係にあり、
前記第２ステップは、前記第１又は第２の顕微鏡による観察画像上で、前記プローブの先端を前記平面に接触させるステップと、前記第１の顕微鏡による観察画像上で測長した見かけの距離と前記第１の顕微鏡の姿勢情報を用いて第１の高さ距離を算出するステップと、前記第２の顕微鏡による観察画像上で測長した見かけの距離と前記第２の顕微鏡の姿勢情報を用いて第２の高さ距離を算出するステップと、前記第１の高さ距離と第２の高さ距離が等しくなるように前記プローブの先端を前記平面上に移動させるステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
試料表面上の基準点に機械的プローブの先端を接触させるためのプローブ駆動方法において、
請求項４〜７のいずれか１項記載の方法によって前記基準点に対する前記プローブの高さ方向距離を求めるステップと、
前記プローブを前記基準点に接近する方向に駆動するステップと、
前記プローブの前記基準点への接近駆動中に前記プローブの先端と前記基準点との間の実際の距離を測定し、当該距離が前記プローブの駆動速度から予想される距離と一致しなくなったとき前記プローブの駆動を停止させるステップとを含むことを特徴とするプローブ駆動方法。
【請求項９】
請求項８記載のプローブ駆動方法において、前記プローブの先端が前記基準点に接近するほど駆動速度が遅くなるように、前記プローブの先端と前記基準点との間の実際の距離に応じて複数の速度を段階的に切り替えて前記プローブを前記基準点に接近する方向に駆動することを特徴とするプローブ駆動方法。
【請求項１０】
機械的プローブと、前記プローブを試料方向への駆動する時の駆動方向と一致する光軸を有する顕微鏡と、前記駆動方向と一致しない光軸を有する集束イオンビーム装置を備えるプローブ付き複合顕微鏡を用い、試料から前記集束イオンビーム装置を用いて摘出され前記プローブの先端に接着された試料片を試料固定台に接近させ、接触させるプローブ駆動方法において、
前記試料固定台が、前記顕微鏡による観察画像の中心及び前記集束イオンビーム装置による観察画像の中心に来るように調整するステップと、
前記顕微鏡による観察画像の中心に前記試料片を位置付けるステップと、
前記集束イオンビーム装置による観察画像から前記試料固定台と前記試料片端部との間の見かけの距離を測長するステップと、
前記見かけの距離と前記集束イオンビーム装置の姿勢情報とを用いて前記試料固定台に対する前記試料片の高さ方向の距離を算出するステップと、
前記プローブを前記試料固定台に接近する方向に駆動するステップと、
前記プローブの前記試料固定台への接近駆動中に前記試料片端部と前記試料固定台との間の実際の距離を測定し、当該距離が前記プローブの駆動速度から予想される距離と一致しなくなったとき前記プローブの駆動を停止させるステップとを含むことを特徴とするプローブ駆動方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のプローブ駆動方法において、前記試料片が前記利用固定台に接近するほど駆動速度が遅くなるように、前記試料固定台に対する前記試料片の高さ方向の距離に応じて複数の速度を段階的に切り替えて前記プローブを前記試料固定台に接近する方向に駆動することを特徴とするプローブ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブ付き顕微鏡に関し、特に、複数の顕微鏡を用いて試料から機械的プローブまでの実際の距離を正確に取得することで、効率良い速度で試料表面にプローブを接触させることができるプローブ付き複合顕微鏡装置、並びにプローブの高さ算出方法及びプローブ駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロプロセッサや半導体メモリなどの半導体集積回路の製造過程において、製品特性の検査のために、電子顕微鏡による配線寸法の計測や、配線パターン上の異物・欠陥検出などが行われている。試料内部にある異常個所の検査には、集束イオンビーム装置（Focused Ion Beam : FIB）と走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscopy : SEM）が組み合わされたＦＩＢ−ＳＥＭ装置を用いることがある。ＦＩＢ−ＳＥＭ装置では、ＦＩＢを照射した際のスパッタ現象を用いて微細加工を行い、試料内部に存在する欠陥箇所を露出させた後で、ＳＥＭを用いて欠陥箇所を観察することができる。また、このＦＩＢ−ＳＥＭ装置に機械的プローブを備えた装置では、試料からＦＩＢで切り出した微小試料片を機械的プローブで摘出し、高分解能なＳＥＭやＴＥＭで観察することが可能である。機械的プローブ付きＦＩＢ−ＳＥＭ装置に関しては特開２００２−１５０９９０号公報に、微小試料片を摘出するプロセスは特開２００１−２１４６７号公報に詳細に示されている。
【０００３】
機械的プローブを用いて試料を摘出するプロセスには、(1) プローブ先端と、プローブ先端を接触させたい試料部位との位置関係を、顕微鏡像から把握し、プローブが試料に接触するまでプローブを駆動するステップと、(2) 微小試料片をプローブ先端に接着して、試料から試料片を摘出した後に、試料片を試料固定台に固定するために、試料片と共にプローブを試料固定台に接近させるステップとがある。この２つのステップにおける共通の作業として、プローブを試料や試料固定台に接近させる動作と、プローブが試料や試料固定台に接触したのを検知した後すぐに、プローブの駆動を停止させる動作がある。
【０００４】
上記動作に関して、プローブを試料や試料固定台に接近又は接触させる際に注意すべきことは、プローブ速度の設定と接触の検知である。従来は、プローブ速度の設定は作業者が顕微鏡像を目視して行っている。接触の検知方法としては、接触抵抗の変化やプローブに流す電流変化などの電気信号から接触を検知する方法や、顕微鏡像のコントラスト変化を捉えて接触を検知する方法がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５０９９０号公報
【特許文献２】特開２００１−２１４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の技術には以下のような問題点がある。
(1) プローブと試料との距離が既知ではない。距離が既知でなければ、プローブ駆動速度の決定が難しい。つまり、もしプローブと試料との距離が近いにも関わらずプローブ速度を速く設定した場合、プローブや試料片が試料や試料固定台に急速に接触し、プローブや試料片が破損してしまう恐れがある。また、もしプローブと試料との距離が遠いにも関わらず、プローブ速度を遅く設定した場合、接近にかかる時間が長くなりすぎる。このために、プローブと試料との距離に応じて、プローブを望ましい速度で駆動する必要がある。
(2) 接触抵抗の変化や電流変化を用いる接触検知は、試料や試料片が絶縁体の場合には非常に難しくなる。また、顕微鏡像からのコントラスト変化による接触検知は、作業者が顕微鏡像を目視して接触の判断を行うために、接触瞬間の検出が曖昧である。もし接触したことに気づかずにプローブ駆動を続ければ、プローブや試料片が破損する恐れがある。
【０００７】
上記２つの問題を解決するためには、プローブから試料までの距離を取得し、その距離に応じた最適なプローブ速度でプローブ駆動し、プローブから試料までの距離がゼロになった時にプローブ駆動を停止させることが重要となる。本発明は、このような要請に応えることのできる装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明によるプローブ付き複合顕微鏡は、試料のほぼ同一点を観察できる２台以上の顕微鏡と、試料を載置する試料台と、試料に接近又は接触させることを目的とした機械的プローブと、機械的プローブを駆動する駆動機構と、２台以上の顕微鏡から得られる画像から試料とプローブとの見かけの距離の測長を行う測長処理部と、その２つ以上の測長値と顕微鏡の姿勢情報を元に、試料とプローブとの実際の距離を計算する測長データ処理部を備え、試料とプローブとの距離を正確に把握する。顕微鏡の姿勢情報とは、例えば、試料面と顕微鏡光軸のなす角度θ，ω（図１、図１０参照）である。
【０００９】
プローブと試料との実際の距離に応じて、プローブを試料に接近させる際のプローブ駆動速度の決定を行うプローブ駆動コントローラを備え、プローブが試料方向に接近している最中に、プローブから試料までの距離を測定し、その距離に応じて、プローブ駆動速度を変更するのが好ましい。そして、プローブが試料方向に接近している最中に、プローブから試料までの距離を測定し、その距離が変化しなくなった時、又はその距離が予想された距離と比べて大きく異なった時をプローブが試料に接触したとして、プローブ駆動を停止させるのが好ましい。
【００１０】
試料表面上の基準点に対する機械的プローブの高さ方向距離を求める本発明の方法は、第１及び第２の顕微鏡を用い、前記基準点が、第１及び第２の顕微鏡による観察画像の中心に来るように調整する第１ステップと、プローブの先端を基準点の直上に位置付ける第２ステップと、第１の顕微鏡による観察画像及び／又は第２の顕微鏡による観察画像上で、基準点とプローブの先端との間の見かけの距離を測長する第３ステップと、見かけの距離と、第１の顕微鏡及び／又は第２の顕微鏡の姿勢情報とを用いてプローブの基準点に対する高さ方向距離を算出する第４ステップとを含む。
【００１１】
この方法の一態様としては、第１の顕微鏡と第２の顕微鏡は、第１の顕微鏡の光軸がプローブを試料方向への駆動する時の駆動方向と一致し、第２の顕微鏡の光軸は前記駆動方向と一致しない位置関係にあり、前記第２ステップは、第１の顕微鏡による観察画像の中心にプローブの先端を位置付けるステップからなり、前記第３のステップは、第２の顕微鏡による観察画像から基準点とプローブの先端との間の見かけの距離を測長するステップからなり、前記第４ステップは、前記見かけの距離と第２の顕微鏡の姿勢情報とを用いて高さ方向の距離を算出する。
【００１２】
他の態様によると、第１の顕微鏡と第２の顕微鏡は、共に光軸がプローブを試料方向へ駆動する時の駆動方向と一致せず、かつ、第１の顕微鏡の光軸を含み試料面に垂直な第１の平面と第２の顕微鏡の光軸を含み試料面に垂直な第２の平面とが一致しない位置関係にあり、前記第２ステップは、第１の顕微鏡による観察画像上で、プローブの先端を第１の平面に接触させるステップと、第２の顕微鏡による観察画像上で、プローブの先端を第１の平面内で移動して第２の平面に接触させるステップとからなり、前記第３のステップは、第１の顕微鏡による観察画像又は第２の顕微鏡による観察画像上で、基準点とプローブの先端との間の見かけの距離を測長するステップからなり、前記第４のステップは、第１の顕微鏡による観察画像上で測長した見かけの距離と第１の顕微鏡の姿勢情報を用いて、又は第２の顕微鏡による観察画像上で測長した見かけの距離と第２の顕微鏡の姿勢情報とを用いて高さ方向の距離を算出するステップからなる。
【００１３】
更に他の態様によると、第１の顕微鏡と第２の顕微鏡は、共に光軸が前記プローブを試料方向へ駆動する時の駆動方向と一致せず、かつ、第１の顕微鏡の光軸を含み試料面に垂直な平面と第２の顕微鏡の光軸を含み試料面に垂直な平面が互いに一致する位置関係にあり、前記第２ステップは、第１又は第２の顕微鏡による観察画像上で、プローブの先端を前記平面に接触させるステップと、第１の顕微鏡による観察画像上で測長した見かけの距離と第１の顕微鏡の姿勢情報を用いて第１の高さ距離を算出するステップと、第２の顕微鏡による観察画像上で測長した見かけの距離と第２の顕微鏡の姿勢情報を用いて第２の高さ距離を算出するステップと、第１の高さ距離と第２の高さ距離が等しくなるようにプローブの先端を前記平面上に移動させるステップとを含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、顕微鏡の向きや配置に関わらず、複数の顕微鏡の観察画像をもとにプローブと試料の三次元的位置配置を得、プローブから試料までの距離を正確に測ることができる。また、プローブと試料との距離に応じたプローブ速度が設定できるため、短時間最適なプローブ速度でプローブを試料に接近又は接触させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。理解を容易にするために、以下の図において、同等の部材には同じ符号を付して説明する。プローブの位置や数は任意であるが、以下では説明を簡単にするためプローブの数は１つとして説明する。また、各実施の形態において、顕微鏡１と顕微鏡２の組み合わせは任意であり、例えば顕微鏡１を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、顕微鏡２を集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）とすることができるが、それに限らず、例えば顕微鏡１をＦＩＢ、レーザー顕微鏡又は光学顕微鏡とし、顕微鏡２をＳＥＭ、レーザー顕微鏡又は光学顕微鏡とすることもできる。
【００１６】
［実施形態１］
図１は、本発明によるプローブ付き顕微鏡の一例を示す概念図である。試料６は試料台に載置されて移動可能である。図１に示した通り、顕微鏡１は試料面に対して垂直方向（Ｚ方向）に位置し、顕微鏡２は試料面からθの角度に位置しているとする。ここでは、プローブ３の先端を試料６の部位７に接触させる方法について説明する。プローブ３の先端を試料６の部位７に接触させる操作は、プローブ３を試料６に対して垂直方向上方から接近させることにより行う。つまり、本例のプローブ付き顕微鏡は、プローブ３を試料６に接触させる時にプローブ３を移動させる方向（Ｚ方向）と顕微鏡１の光軸とが一致している例である。
【００１７】
顕微鏡１がＳＥＭで、顕微鏡２がＦＩＢである場合、ＳＥＭを使用して信号検出器４で得た２次電子や反射電子などのアナログ情報は、アナログ信号線５を通り、Ａ／Ｄ変換部９でデジタル変換される。このデジタル変換されたデータを画像表示器１１に取り込み２次元画像とする。この画像を以下ＳＥＭ像と呼ぶ。また、ＦＩＢからも同様な方法で２次元画像を取得する。この画像を以下ＳＩＭ像と呼ぶ。ＳＥＭ像とＳＩＭ像を取得する際は共に信号検出器４を用いる。例えば、ＳＥＭ像からＳＩＭ像に切り替える際は、ＳＥＭからの電子ビーム照射を停止し、ＦＩＢからのイオンビーム照射を開始することで、ＳＩＭ像に切り替わる。
【００１８】
本実施形態では、顕微鏡２で得られた画像を用いて、プローブ３の先端８から、プローブ３を接触させたい試料６の部位７までの見かけの長さＬを測長する。測長は、画像表示器１１で得られた画像を解析することで行う。また、この測長は測長処理部１０にて行う。この測長値のデータ処理やデータ蓄積は測長データ処理部１２にて行う。また、プローブ速度はプローブ駆動コントローラ１３で決定し、そのプローブ駆動速度をもとに、プローブ駆動機構１４にてプローブ３を駆動する。
【００１９】
以下、プローブ駆動前に行う操作方法の詳細を示す。まず、図２に示すように、顕微鏡１の画像を用いて、試料部位７が観察画像の中心位置１５にくるように試料台位置や顕微鏡１を調整する。この結果、顕微鏡１の画像は、最初例えば図２（ａ）のように中心位置１５から外れていた試料部位７が、図２（ｂ）に示すように観察画像の中心位置１５に位置するようになる。この操作により、顕微鏡１の倍率を拡大しても縮小しても、顕微鏡１の画像中心位置１５に接触させたい試料部位７が位置していることになる。
【００２０】
次に、顕微鏡１を用いて、図３に示すように、観察画像上にプローブ３とプローブ先端８を映し出す。図３（ａ）のようにプローブ先端８を画像で確認できたら、図３（ｂ）のように、プローブ先端８が観察画像の中心位置１５に位置するように、プローブ３をＸＹ方向に駆動する。この操作により、プローブ先端８が試料部位７の真上に移動したことになる。
【００２１】
図４のフローチャートにより、プローブ先端８を画像中心１５へ自動駆動する方法を説明する。まず、顕微鏡１の視野内にプローブ先端８が入るように調整し、プローブ先端８を観察する（Ｓ１１）。次に、顕微鏡１の画像にてプローブ先端８を画像認識し（Ｓ１２）、図３（ａ）に示すように、画像中心位置座標（０，０）からのずれ（Ｘ１，Ｙ１）を測定する（Ｓ１３）。次に、そのずれ（Ｘ１，Ｙ１）の分、プローブ駆動機構１４にてプローブ３を駆動する（Ｓ１４）。このように、プローブ先端８を自動画像認識し、画像中心に対するプローブ先端８の位置を測定することにより、画像中心へプローブ先端８を自動駆動することが可能である。
【００２２】
以下、プローブ駆動開始から接触直前までのプローブ駆動方法を説明する。画像表示器１１に表示する画像を顕微鏡２の画像に切り替える。試料部位７が画像中心に位置するように顕微鏡２を調整すると、図５（ａ）に示すように、プローブ先端８が画像中心縦軸１６に上にある画像が取得できる。この画像からプローブ先端８と試料部位７との見かけの距離の測長を行う。この距離をＬ１とすると、図６に示した関係から、プローブ先端８と試料部位７の実際の高さ方向の距離Ｚ１は、次式（１）のように求まる。
【００２３】
Ｚ１＝Ｌ１／cosθ    （１）
【００２４】
この式（１）の計算は測長データ処理部１２にて行う。算出した高さ方向の距離Ｚ１のデータをプローブ駆動コントローラ１３に送る。プローブ駆動コントローラ１３にはＺのデータに対応したプローブ駆動速度ｖが設定されている。例えば、プローブ先端８と試料部位７との実際の高さ方向の距離Ｚが１０μｍ〜１００μｍの時はプローブ駆動速度を１０μｍ／ｓに設定し、プローブ先端８と試料部位７との高さ方向の距離が１０μｍ〜１μｍの時はプローブ駆動速度を１μｍ／ｓに設定する。このように、プローブ駆動速度ｖを高さ方向の距離Ｚに応じて何段階かに分けて予めプローブ駆動コントローラ１３に登録しておく。この複数のプローブ駆動速度の登録により、プローブが試料表面から遠いときは速い速度で接近させ、試料表面に近づくに従って速度を緩めて接近させることができ、プローブ３を試料に急激に衝突させることなく、プローブ先端を試料に自動的に接近させることが可能となる。
【００２５】
図７は、プローブ駆動開始後、プローブ駆動速度が設定可能な最低値に設定されるまでの処理を示すフローチャートである。まず、測定した高さ方向の距離Ｚ１に対応したプローブ駆動速度ｖ１の情報をプローブ駆動機構部１４に送り、プローブ高さ方向（Ｚ方向）下方への駆動を開始する（Ｓ２１）。そのプローブ駆動速度ｖの情報は測長データ処理部１２にも送られ、測長データ処理部１２にてプローブの下降速度を常に監視する。Ｚ方向下方へのプローブ駆動開始後は、プローブ先端８と試料部位７との見かけの距離Ｌを周期的に自動測長する。測定周期はＴ［ｓ］とする。すなわち、顕微鏡２を用いてプローブ先端８と試料部位７との間の見かけの距離Ｌｉを測定する（Ｓ２２）。測長データを測長データ処理部１２に保存し（Ｓ２３）、その後、測長データ処理部１２で高さ方向の距離Ｚを算出する（Ｓ２４）。距離Ｚのデータはプローブ駆動コントローラ１３に渡され、プローブ駆動コントローラ１３では距離Ｚに対応した下降速度ｖを決定する（Ｓ２５）。決定された速度ｖのデータは測長データ処理部１２に送信される（Ｓ２６）。次に、決定された速度ｖは最低速度かどうか判定し（Ｓ２７）、最低速度でない場合には決定された速度ｖでプローブ３を下降させる（Ｓ２８）。その後、時間Ｔ［ｓ］が経過すると、ｉを１だけインクリメントして見かけの距離Ｌｉを測長し（Ｓ２９）、ステップ２３に戻る。
【００２６】
図７に示した処理例では、ステップ２８とステップ３０の間のタイミングで、観察画像を顕微鏡１の画像に切り替える。顕微鏡１によって試料の垂直上方からプローブ先端８と試料部位７の位置関係を観察した時、図８（ａ）のようにプローブ先端８が画像中心点１５からずれて観察された場合は、図８（ｂ）のようにプローブ先端８を画像中心点１５に合わせ直す。なお、プローブ先端と画像中心点１５との位置関係を確認するために観察画像を顕微鏡１の画像に切り替えるタイミングや、回数は任意であってよい。
【００２７】
プローブ先端８とプローブ先端７との見かけの距離Ｌによっては、図５に示すように、顕微鏡２の倍率を拡大して距離Ｌの測長を行ってもよい。例として、図５（ａ）にｉ回目に測定した測長データＬｉを倍率×１０００で、図５（ｂ）に（ｉ＋１）回目に測定した測長データＬｉ＋１を倍率×２０００で、図５（ｃ）に（ｉ＋２）回目に測定した測長データＬｉ＋２の測定を倍率×３０００で行った測定例をそれぞれ示した。このように、倍率を上げて観察を行うことで、より精度の高い測長が可能となる。周期的に測定した測長データＬｉは、そのつど測長データ処理部１２に保管する。また、測長の際はプローブ駆動を停止してもよいし、プローブ駆動を行いながら測長してもよい。
【００２８】
次に、プローブ先端と試料との接触を自動検知する方法に関して以下に説明する。図９は、プローブ接触検知方法を示すフローチャートである。本実施形態では、プローブの高さ方向の駆動速度は何段階かに分かれているとする。この何段階かに分かれている駆動速度の設定値の中で、これ以下の速度には設定することはない最低速度ｖｍｉｎになった時、次式（２）を満たすかどうかを測長データ処理部１２で確認する（Ｓ３１）。
【００２９】
｜（ｖｍｉｎ×Ｔ）−（Ｚｉ−１−Ｚｉ）｜≦α    （２）
【００３０】
ここで、Ｔ［ｓ］は測長を行う時間間隔の周期であり、Ｚｉ−１は（ｉ−１）回目に測定した測長値で、Ｚｉはｉ回目に測定した測長値である。また、測長の測定誤差を考慮し、任意の定数αを計算にいれる必要がある。プローブ先端８と試料部位７が接触していないときは式（２）が成立するのでプローブを駆動し続け（Ｓ３２）、再度Ｔ［ｓ］後にプローブ先端８と試料部位７との距離Ｚを測長する（Ｓ３３）。プローブ先端８が試料に接触した際は、式（２）が成立しなくなるので、この時にプローブ高さ方向の駆動を自動停止させる（Ｓ３５）。このような自動接触検知により、試料やプローブの損傷を最小にしてプローブ先端を試料部位７に接触させることが可能となる。
【００３１】
この接触検知方法と併用して、従来からプローブと試料との接触検知に用いられている接触抵抗の測定や試料からプローブに流れる電流の測定などの接触検知を行ってもよい。
【００３２】
［実施形態２］
図１０及び図１１は、本発明によるプローブ付き顕微鏡の他の例を示す概念図である。図１０の側面図に模式的に示すように、顕微鏡１は試料面からωの角度に位置し、顕微鏡２は試料面からθの角度に位置する。また、図１１の上面図に示すように、顕微鏡１の光軸を通り試料面に垂直な平面１７と、顕微鏡２の光軸を通り試料面に垂直な平面１６が等しくない時を考えるものとする。一例として顕微鏡１はＳＥＭ、顕微鏡２はＦＩＢとすることができる。ここで、図１０及び図１１には、機器の向きや詳細に幾分の相違があるが、それは説明を理解しやすくするためのものであり、本質的なものではない。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図１０、図１１のように規定する。
【００３３】
プローブ３の先端を試料６の部位７に接触させる際は、プローブ３を試料６にＺ方向上方から接近させる。つまり、本例のプローブ付き顕微鏡は、プローブ３を試料６に接触させる時にプローブ３を移動させる方向（Ｚ方向）が、顕微鏡１の光軸とも顕微鏡２の光軸とも一致しておらず、かつ、顕微鏡１の光軸を通り試料面に垂直な平面１７と、顕微鏡２の光軸を通り試料面に垂直な平面１６が等しくない例である。ここでは、説明の都合上、顕微鏡１はＸ軸に沿って位置し、顕微鏡２はＹ軸に沿って位置していると仮定する。しかし、平面１６と平面１７が等しくない限りは、顕微鏡１と顕微鏡２がどの位置にあっても、以下の手順によってプローブ３を効率的に試料６に接近させ、試料上の目的とする部位７に緩やかに接触させることができる。
【００３４】
本実施形態は、試料部位７の直上にプローブ先端８を待ってくる方法が実施形態１と異なる。そこで、以下では実施形態１との相違を中心に説明するものとし、既述の構成要素、実施方法と同等の場合には実施形態１の説明を援用する。
【００３５】
まず初めに、両方の顕微鏡１，２の観察画像の画像中心位置１５に、接触させたい試料部位７が来るように試料台位置や顕微鏡１，２を調整する（図２）。次に、一方の顕微鏡１の画像に切り替え、プローブ３とプローブ先端８を観察画像上に映し出す。プローブ３とプローブ先端８の画像が確認できたら、図１２や図１４に示すようにプローブ３をＹ方向に駆動して、画像中心縦軸、つまりＸＺ平面１７にプローブ先端８を接触させる。この時のプローブの３次元的な概略位置を図１４に示す。図１４からわかるように、プローブ先端８は平面１７に接触箇所１８で接したことになる。この操作を自動的に行うには、実施形態１で説明したように、顕微鏡１の観察画像においてプローブ先端８の画像認識を行い、プローブ先端のＹ座標が０になるようにプローブ駆動を行えばよい。
【００３６】
次に、他方の顕微鏡２に切り替えて、プローブ３とプローブ先端８を観察画像上に映し出す。次に、図１３に示すようにプローブ３をＸ方向に駆動し、ＹＺ平面１６にプローブ先端８を接触させる。ただし、このプローブ駆動の際は、プローブ３をＹ方向に動作させないようにする。この時のプローブ位置を図１５に示す。図１５からわかるように、プローブ先端８がＹＺ平面１６に接触箇所１９で接したことになる。この操作を自動的に行うには、顕微鏡２の観察画像においてプローブ先端８の画像認識を行い、プローブ先端８のＸ座標が０になるようにプローブ駆動を行えばよい。これらの操作により、プローブ先端８がＹＺ平面１６とＸＺ平面１７が交わった線上に移動したことになる。このＹＺ平面１６とＸＺ平面１７が交わった線はＺ軸と等しいので、プローブ先端８は試料部位７の真上に移動したことになる。このように２つの顕微鏡１，２を切り替えて使用することで、プローブ３の先端８を正確に、且つ高速に試料部位７の直上に移動することが可能となる。
【００３７】
もし、２つの顕微鏡１，２を同時に使って異なる方向から観察した画像を２枚取得できる装置構成であるならば、上記プローブのＸＺ平面１６とＹＺ平面１７への接触は同時に行ってもよい。
【００３８】
プローブ駆動開始からプローブ接触までの動作は、実施形態１と同様である。顕微鏡１の観察画像から測長したプローブ先端８と試料部位７との見かけの距離をＬ１とすると、図６に示した関係から、プローブ先端８と試料部位７までの実際の高さ方向の距離Ｚは、次式（３）のように求まる。また、顕微鏡２の観察画像から測長したプローブ先端８と試料部位７との見かけの距離をＬ２とすると、プローブ先端８と試料部位７までの実際の高さ方向の距離Ｚは、同様に次式（４）のように求まる。
【００３９】
Ｚ＝Ｌ１／cosω    （３）
Ｚ＝Ｌ２／cosθ    （４）
【００４０】
顕微鏡１又は顕微鏡２を用いて、周期的に試料部位７からプローブ先端８までの距離Ｚを測定し、図７にて説明したようにプローブ駆動の開始を行い、図９にて説明したようにしてプローブ先端と試料表面の接触を検知し、プローブの駆動停止を行う。
【００４１】
ただし、図１６や図１７に示すように、顕微鏡１や顕微鏡２の倍率を上げて画像を取得した際に、プローブ先端８が平面１７や平面１６からずれていることがあれば、プローブ３をＹ方向に駆動してプローブ先端８を平面１７に接触させ、あるいはプローブ３をＸ方向に駆動してプローブ先端８を平面１６に接触させる操作を行い、常にプローブ先端８が試料部位７の直上に位置するように移動する必要がある。
【００４２】
［実施形態３］
図１８及び図１９は、本発明によるプローブ付き顕微鏡の他の例を示す概念図である。本実施の形態では、図１８の側面図に示すように、顕微鏡１は試料面からの角度ωに位置し、顕微鏡２は試料面からの角度θに位置する。かつ、図１９の上面図に示すように、顕微鏡１の光軸を通り試料に垂直な平面と、顕微鏡２の光軸を通り試料に垂直な平面が等しい場合を考える。以下、この平面をＹＺ平面２０とする。一例として、顕微鏡１はＳＥＭ、顕微鏡２はＦＩＢとすることができる。
【００４３】
本装置構成の場合、実施形態２で説明した平面１６と平面１７が相等しいために、プローブ位置の取得方法や、試料部位７の直上にプローブ先端８を移動させる方法が実施形態１や実施形態２とは異なる。以下に、プローブ位置の取得方法とプローブ移動方法を説明する。
【００４４】
まず始めに、２つの顕微鏡１，２の画像中心位置１５に接触させたい試料６の部位７が来るように、試料台位置や顕微鏡１，２を調整する（図２）。次に、一方の顕微鏡１からの画像に切り替え、図２０（ａ）に示すように、プローブ３とプローブ先端８を観察画像上に映し出す。次に、図２０（ｂ）に示すように、ＹＺ平面２０にプローブ先端８を接触させる。この時に、試料部位７とプローブ先端８との見かけの距離Ｌ１の測定を行う。次に、測長データ処理部１２にてＬ１／cosω計算を行い、その計算結果の実際の距離Ｚ１を保存する。この時のプローブ３と顕微鏡１と試料６との位置関係を図２２に示した。
【００４５】
次に、顕微鏡２に切り替えると、図２１のようにＹＺ平面２０にプローブ先端８が接触している像が観察される。これは、顕微鏡１の光軸を通り試料６に垂直な平面と、顕微鏡２の光軸を通り試料６に垂直な平面が、共にＹＺ平面２０であるためである。次に、プローブ先端８と試料部位７との見かけの距離Ｌ２の測長を行う。このＬ２データ値を用いて、測長データ処理部１２にてＬ２／cosθ計算を行う。この計算結果の実際の距離Ｚ２を保存する。この時のプローブ３と顕微鏡２と試料６の位置関係を図２３に示した。
【００４６】
測長データ処理部１２にてＺ１（＝Ｌ１／cosω）とＺ２（＝Ｌ２／cosθ）の大小比較を行う。もし、Ｚ１とＺ２が異なれば、Ｚ１（Ｌ１／cosω）＝Ｚ２（Ｌ２／cosθ）が成立するようにプローブ駆動を行う。駆動を行う方向は、例えば、Ｚ１＞Ｚ２の時は顕微鏡１の方向に、また、Ｚ１＜Ｚ２の時は顕微鏡２の方向にプローブ３を駆動すればよい。また、２つの顕微鏡を同時に使って、２枚の画像を同時に取得できる装置構成であるならば、距離Ｌ１とＬ２の測定は同時に行ってもよい。
【００４７】
距離Ｚ１とＺ２が等しくなれば、図２４のように、プローブ先端８が試料６の部位７の直上に移動したことになる。このようにして２つの顕微鏡１，２を切り替えて使用することで、プローブ先端８を試料部位７の直上に移動することが可能となる。この後のプローブ駆動はＺ軸方向に駆動するだけでよい。
【００４８】
以下、プローブ駆動開始からプローブ接触までの動作は実施形態１と同様である。また、実施形態２のように顕微鏡１や顕微鏡２の倍率を上げて画像を取得した際に、プローブ先端８がＹＺ平面２０からずれることがあれば、顕微鏡１か顕微鏡２の一方の観察画像で図２０のようにプローブ位置を修正する必要がある。また、プローブ先端８を試料部位７の直上に移動した後は、プローブ先端８と試料部位７との距離Ｌを測長する顕微鏡は顕微鏡１でも顕微鏡２でもかまわない。
【００４９】
［実施形態４］
上記で説明した３つの実施形態では、プローブを試料に接近させ、接触させることを目的としていた。本実施形態では、マイクロサンプリングなどで微小試料を摘出した後に，試料片を固定試料台に接近、接触させる際のプローブ駆動方法を示したものである。本実施形態での装置構成は実施形態１と同等（図１）であるとする。また、顕微鏡１はＳＥＭ、顕微鏡２はＦＩＢであるとする。
【００５０】
プローブに接着された微小試料片を試料固定台に接近させ、接触を行う方法を以下に説明する。基本的な操作は実施形態１と同等である。実施形態１ではプローブ先端８と試料部位７との距離を測長していたが、本実施形態では、プローブ３に接着された微小試料片２２の試料固定台２１に接触させたい部位２３と試料固定台２１との距離を測長する点だけが異なる。そこで、以下では実施形態１との相違を中心に説明するものとし、既述の構成要素、実施方法と同等のものに対しては実施形態１での説明を援用する。
【００５１】
最初に、試料６の切り出したい微小試料片２２の周囲及び底部にＦＩＢ２を用いて溝を加工し、微小試料片のごく一部だけが試料とつながっている状態にまで加工する。次に、実施形態１で説明したようにしてプローブ３を下降し、プローブ先端８を微小試料片２２の上部に接触させる。その後、公知の方法によってプローブ先端８を微小試料片２２の上部に接着する。プローブ先端８が微小試料片２２の上部に接着されたら、ＦＩＢ２によって微小試料片２２を試料６から完全に切り離す。図２５は、微小試料片２２がプローブ８の先端に接着されて試料６から切り離された状態を模式的に示している。
【００５２】
その後、図２６に示すように、プローブ３に接着された微小試料片２２を試料固定台２１に接近させて、試料固定台２１に接触させる。まず初めに、ＳＥＭ１とＦＩＢ２それぞれの観察画像の画像中心位置１５に試料固定台２１が来るように、試料固定台２１の位置やＳＥＭ１及びＦＩＢ２を調整する。次に、ＳＥＭ１を用いて、観察画像上にプローブ３と微小試料片２２を映し出す。微小試料片２２の形状は摘出方法によって異なるが、本実施形態の方法で摘出した微小試料片２２は、図２５のように下面が角度θに傾斜した形状を有する。プローブ３と摘出微小試料片２２を画像で確認したら、ＳＥＭ１の画像上で微小試料片２２が試料固定台２１の真上に来るようにプローブ３を駆動させる。
【００５３】
顕微鏡をＦＩＢ２に切り替えると、図２６や図２７に示すように、微小試料片２２の試料固定台２１に接触させたい下端部位２３と、摘出微小試料片２２のＦＩＢ２に近い部位２４は同じ箇所に重なって観察される。これは図２５に示したように、角度θで微小試料を摘出しているので、角度θに傾斜したＦＩＢ２からの観察では、摘出微小試料片２２の下端部位２３とＦＩＢに近い側の部位２４は光軸方向に重なった箇所として観察されるからである。従って、図２７に示すように、ＦＩＢ２の観察画像上で微小試料片の部位２４と試料固定台２１との見かけの距離Ｌ２を測定すれば、次式（５）によって接触させたい摘出微小試料部位２３と試料台との実際の距離Ｚが求まる。
【００５４】
Ｚ＝Ｌ２／cosω    （５）
【００５５】
以下、プローブ３の駆動開始から試料固定台２１に微小試料片２２を接触させるまでの動作は実施形態１と同様である。微小試料片２２の下端部位２３が試料固定台２１に接触したら、公知の方法によって微小試料片２２を試料固定台２１に固定する。その後、微小試料片２２からプローブ３を切り離し、必要に応じて試料固定台２１に固定された微小試料片２２に対しＦＩＢ２を用いた加工が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施形態１に係る装置構成を示す模式図である。
【図２】試料部位を画像中心に映し出す動作を示す顕微鏡像の模式図である。
【図３】試料部位の直上にプローブ先端を移動させる動作を示す顕微鏡１の像模式図である。
【図４】プローブ先端を顕微鏡１の画像中心に駆動させるためのフローチャートを示す。
【図５】プローブ先端を試料部位に接近させながら、画像倍率を上げて測長処理を行なっている際の顕微鏡２像の模式図である。
【図６】実施形態１に係る測長方法を示す模式図である。
【図７】プローブ駆動開始後に、プローブ駆動速度が設定できる最低値になるまでのフローチャートを示す。
【図８】プローブ先端が試料部位の直上になかった時に、プローブ先端を直上に移動させる動作を示す顕微鏡１像の模式図である。
【図９】プローブ接触検知方法のフローチャートを示す。
【図１０】実施形態２に係る装置構成を示す模式図の平面図である。
【図１１】実施形態２に係る装置構成を示す模式図の上面図である。
【図１２】プローブ先端をＸＺ平面に接触させる動作を示す顕微鏡１像の模式図である。
【図１３】プローブ先端をＹＺ平面に接触させる動作を示す顕微鏡２像の模式図である。
【図１４】プローブ先端がＸＺ平面に接触した動作後の装置配置構成図である。
【図１５】プローブ先端がＹＺ平面に接触した動作後の装置配置構成図である。
【図１６】プローブ先端位置がＸＺ平面に接触していなかった時に、プローブ先端を移動させる動作を示す顕微鏡１像の模式図である。
【図１７】プローブ先端がＹＺ平面に接触していなかった時に、プローブ先端を移動させる動作を示す顕微鏡２像の模式図である。
【図１８】実施形態３に係る装置構成を示す模式図の平面図である。
【図１９】実施形態３に係る装置構成を示す模式図の上面図である。
【図２０】プローブ先端をＸＺ平面に接触させる動作を示す顕微鏡１像の模式図である。
【図２１】プローブ先端とＸＺ平面との接触を示す顕微鏡１像の模式図である。
【図２２】実施形態３に係る測長方法を示す模式図である。
【図２３】実施形態３に係る測長方法を示す模式図である。
【図２４】実施形態３に係る測長方法を示す模式図である。
【図２５】微小試料摘出後の模式図である。
【図２６】実施形態４に係る測長方法を示す模式図であり、微小試料片と試料固定台を示した立体図である。
【図２７】実施形態４に係る測長方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
１：顕微鏡（ＳＥＭ）、２：顕微鏡（ＦＩＢ）、３：プローブ、４：信号検出器、５：アナログ信号線、６：試料、７：プローブを接触させたい試料部位、８：プローブ先端、９：Ａ／Ｄ変換機、１０：測長処理部、１１：画像表示器、１２：測長データ処理部、１３：プローブ駆動コントローラ、１４：プローブ駆動機構、１５：画像中心点、１６：ＹＺ平面、１７：ＸＺ平面、１８：ＹＺ平面とプローブ先端８との接触箇所、１９：ＸＺ平面とプローブ先端８との接触箇所、２０：ＸＺ平面、２１：試料固定台、２２：摘出微小試料片、２３：試料固定台に接触する摘出微小試料部位
【図１】
2005167146.tif 000003
【図２】
2005167146.tif 000004
【図３】
2005167146.tif 000005
【図４】
2005167146.tif 000006
【図５】
2005167146.tif 000007
【図６】
2005167146.tif 000008
【図７】
2005167146.tif 000009
【図８】
2005167146.tif 000010
【図９】
2005167146.tif 000011
【図１０】
2005167146.tif 000012
【図１１】
2005167146.tif 000013
【図１２】
2005167146.tif 000014
【図１３】
2005167146.tif 000015
【図１４】
2005167146.tif 000016
【図１５】
2005167146.tif 000017
【図１６】
2005167146.tif 000018
【図１７】
2005167146.tif 000019
【図１８】
2005167146.tif 000020
【図１９】
2005167146.tif 000021
【図２０】
2005167146.tif 000022
【図２１】
2005167146.tif 000023
【図２２】
2005167146.tif 000024
【図２３】
2005167146.tif 000025
【図２４】
2005167146.tif 000026
【図２５】
2005167146.tif 000027
【図２６】
2005167146.tif 000028
【図２７】
2005167146.tif 000029