(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を載置する試料ステージと、
前記試料に荷電粒子線を照射する照射光学系と、
前記試料より発生する二次電子または反射電子を検出する検出器と、
前記試料に接触させるプローブと、
前記プローブの駆動を制御するプローブ制御部と、
前記検出器からの信号を解析し、前記プローブの前記試料の表面からの高さを決定する解析装置と、
前記検出器からの信号の画像を表示する表示装置とを備え、
前記解析装置は、前記プローブが前記試料の表面から所定の距離まで接近することにより、前記プローブの外縁に沿って出現する前記プローブの影の領域の画像の輝度変化を検出し、前記輝度変化から前記プローブの前記試料の表面からの高さを決定し、
前記表示装置は、前記プローブの前記試料の表面からの高さの情報を表示することを特徴とするプローブ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプローブ装置において、前記表示装置に前記解析装置で決定された高さの数値を表示することを特徴とするプローブ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のプローブ装置において、前記解析装置は前記高さに応じて前記プローブの駆動速度を算出することを特徴とするプローブ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のプローブ装置において、前記駆動速度に基づいて前記プローブを駆動させるプローブ制御装置を備えることを特徴とするプローブ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のプローブ装置において、前記プローブを手動で駆動させるプローブ操作装置を備えることを特徴とするプローブ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のプローブ装置において、プローブを操作するための入力装置を備えることを特徴とするプローブ装置。
【請求項７】
請求項６に記載のプローブ装置において、前記入力装置は、押しボタンまたはジョイスティックまたはマウスであることを特徴とするプローブ装置。
【請求項８】
請求項１に記載のプローブ装置において、前記高さが予め設定した値に達したときに警告するブザーまたはインジケータを備えることを特徴とするプローブ装置。
【請求項９】
請求項４に記載のプローブ装置において、前記試料の表面と前記プローブとの距離が所定の高さになったらプローブ駆動速度を遅くすることを特徴とするプローブ装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のプローブ装置において、前記プローブを駆動させるプローブ制御装置と、前記プローブを手動で駆動させるプローブ操作装置とを備え、前記プローブ制御装置と前記プローブ操作装置とを切り替えるスイッチを備えることを特徴とするプローブ装置。
【請求項１１】
試料を載置する試料ステージと、
前記試料に荷電粒子線を照射する照射光学系と、
前記試料より発生する二次電子または反射電子を検出する検出器と、
前記試料に接触させるプローブと、
前記プローブの駆動を制御するプローブ制御部と、
前記検出器からの信号を解析し、前記試料の表面と前記プローブとの距離を決定する解析装置と、
前記検出器からの信号の画像を表示する表示装置とを備え、
前記解析装置は、前記プローブが前記試料の表面から所定の距離まで接近することにより、前記プローブの外縁に沿って出現する前記プローブの影の領域の画像の輝度変化を検出し、前記輝度変化から前記試料の表面と前記プローブとの距離を決定し、
前記表示装置は、前記試料の表面と前記プローブとの距離の情報を表示することを特徴とするプローブ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械的プローブを試料表面に接触させるプローブ装置、例えば試料基板の特定領域を含む微小な試料片をイオンビームとプローブを用いて分離摘出して微小領域分析用の試料片作製や微小デバイスの作製を行う試料作製装置や、試料表面にプローブで電圧印加等を行い試料特性を測定する試料診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
機械的プローブを用いてμｍオーダの微小な試料片を分離摘出する試料作製方法について、特開平５−５２７２１号公報『試料の分離方法及びこの分離方法で得た分離試料の分析方法』（文献１）に開示されている。この文献では、基板へのプローブ接触によるプローブ電位変化を走査イオン像（以下、ＳＩＭ像という）の輝度変化として捉えることで、プローブの基板表面への接触を判定している。
【０００３】
また、機械的プローブを試料表面の特定位置に接触させ、プローブにより電圧を印加することにより試料の特性を測定する試料診断方法について特開平９−３２６４２５号公報『不良検査方法及び装置』（文献２）に開示されている。この方法について図２６を用いて説明する。この方法は、４本のプローブ３０１，３０２，３０３，３０４を試料表面上の電極３０５，３０６，３０７，３０８にそれぞれ接触させ、プローブ間の電気特性を測定することで試料電気特性を得るものである。始めに、一次電子ビーム３０９により試料表面を走査し、二次電子検出器３１０で二次電子３１１を取り込むことで試料表面を観察しながらプローブ３０１，３０２，３０３，３０４を電極３０５，３０６，３０７，３０８上に移動させる。次に、プローブ３０１を電極３０５に接触させる。プローブ接触法は以下の通りである。接触直前をプローブ・試料間のトンネル電流検出又は原子間力検出により検知し、プローブ接近を一時停止する。その後、プローブを小さな速度で再接近させ、接触によりプローブを停止する。プローブの試料への接触は、プローブ電流モニタによる接触電流検知やエネルギーフィルタ付き二次電子検出器による電極３０５の電位変化モニタにより判定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
μｍやサブμｍオーダサイズの試料特定領域にプローブを接触させる際に留意すべきことの一つは、プローブや試料を損傷させないということである。このために上記文献１，２に記載されているような接触検知技術が少なくとも必要になる。しかし、両者の破損を防ぐためにはプローブを停止する際に行き過ぎ量を小さくする更なる工夫が必要である。上記の文献１ではプローブ接触時の検知は可能であるが、接触するまでのプローブの試料までの距離が不明であり、上記理由で全体的にプローブ接近速度を小さくする必要が有り、接触に長時間を要する。一方、上記の文献２ではトンネル電流や原子間力の検知により試料への接触直前を検知できるため、接触直前を検知した後は低速接近させるが、接触直前までの接近速度を大きく設定することにより短時間での接触が可能となる。
【０００５】
しかし、トンネル電流検知は試料が導電性である必要があり、接触領域が絶縁物や浮遊電極の場合には検知できない。また、原子間力検知の場合にはプローブを微小力検知用カンチレバーに作製する必要があり、作製が難しくコストがかかる。また、トンネル電流や原子間力検知の場合、検知までに試料にｎｍオーダまで接近することが求められるため、粗微動組み合わせによる複雑で精度の高いプローブ制御装置が必要である。また圧電素子を使用するためクリープ現象等により接触後の単一位置を保持するのが難しいという欠点がある。以上の理由のため、容易に可能な接触直前検知が必要とされる。
【０００６】
また、上記文献では試料表面と平行な平面内でのプローブ位置を観察像でモニタしているが、プローブと試料間の距離については接触直前の領域部しかモニタできていない。プローブ移動を安全に行うためには、更に任意の位置でのプローブと試料の間の距離を容易に検知できる手法が必要となる。
【０００７】
また、複数本のプローブを使用する場合には複数のプローブが互いに干渉しないように移動する必要があるが、上記文献には試料表面と平行な平面内で複数のプローブを移動させる方法について記載されていない。一般にいって個々のプローブの３次元位置関係をモニタしながらの移動制御は難しい。このためプローブ間の干渉を容易に除ける移動手法が必要となる。
【０００８】
また、プローブの接触目標位置の直上への試料表面と平行な面内での移動については、従来は観察像をモニタしながらマニュアル的に行っているが、オペレータの負担を減らすためには自動で移動することが望まれる。このため、プローブ先端と接触目標の位置座標を自動的に検出して移動させる手法が必要となる。
【０００９】
従って、本発明の第１の目的は、容易なプローブ制御によりプローブと試料の損傷を抑制し、短時間での接触を実現できるプローブ駆動方法およびプローブ装置を提供することにある。第２の目的は、プローブと試料間の距離を認識でき、オペレータが容易にプローブを試料に接触可能なプローブ駆動方法およびプローブ装置を提供することにある。第３の目的は、プローブと試料の座標を自動認識し、試料の目的位置に自動で接触可能なプローブ装置を提供することにある。第４の目的は、プローブ接触による損傷を抑え、確実に摘出試料が作製可能な試料作製装置を提供することにある。第５の目的は、プローブを試料に確実に接触させ、試料特性をプローブにより正確に取得するプローブ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の一態様では、試料にプローブが接触する直前にＳＩＭ像に発生するプローブの影を検出することによって、試料表面に対するプローブの高さ情報を獲得し、その情報をもとにプローブの駆動速度や駆動距離を制御して安全かつ効率的に試料表面にプローブを接触させる。また、本発明の他の態様では、イオンビームの照射角度を変えたときＳＩＭ像に現れるプローブ像と試料像の相対位置の変化から試料表面に対するプローブの高さ情報を獲得し、その情報をもとにプローブの駆動速度や駆動距離を制御して安全かつ効率的に試料表面にプローブを接触させる。更に、本発明の他の態様では、予めプローブを試料表面に接触させて、その時のプローブ先端座標（試料面接触時のプローブ高さ位置情報）を計測・記憶しておき、試料の上方に位置する現在のプローブの高さ位置と比較することで正確なプローブの高さ情報を獲得し、その情報をもとにプローブの駆動速度や駆動距離を制御して安全かつ効率的に試料表面にプローブを接触させる。
【００１１】
すなわち、本発明の一態様によるプローブ駆動方法は、試料及びプローブに荷電粒子ビームを照射し、荷電粒子ビーム照射によって放出された２次粒子又は反射粒子を検出して得られるプローブ像を含む試料像をモニターしながらプローブを試料に接近する方向に第１の速度で駆動する工程と、試料像中のプローブ像近傍領域の輝度の低下を検知したときプローブの駆動速度を第１の速度より小さな第２の速度に変更することを特徴とする。この方法によると、浮遊電極等の上でもプローブ接触の直前検知が可能である。
【００１２】
本発明の一態様によるプローブ駆動方法は、また、試料及びプローブに第１の角度から荷電粒子ビームを照射し、荷電粒子ビーム照射によって放出された２次粒子又は反射粒子を検出して得られるプローブ像を含む試料像上で、プローブの先端位置と試料上の特定位置との間の距離（第１の距離）を求める工程と、試料及びプローブに第１の角度と異なる第２の角度から荷電粒子ビームを照射し、荷電粒子ビーム照射によって放出された２次粒子又は反射粒子を検出して得られるプローブ像を含む試料像上で、プローブの先端位置と試料上の前記特定位置との間の距離（第２の距離）を求める工程と、第１及び第２の角度と第１及び第２の距離とに基づいて試料とプローブ間の距離を算出する工程と、算出された試料とプローブ間の距離に応じてプローブを試料の方向に駆動する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様によるプローブ駆動方法は、また、試料に接触しているプローブの先端の試料表面と交差する方向の座標を予め計測手段で計測して記録する工程と、記録したプローブ先端座標と前記計測手段で計測した現在のプローブ先端座標からプローブと試料との間の現在の距離を求める工程と、求めた距離に応じてプローブの駆動距離と駆動速度を制御して前記プローブを試料に接触させることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様によるプローブ装置は、試料を載置する可動の試料台と、試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子光学系と、荷電粒子ビームの照射によって試料から放出された２次粒子又は試料から反射された反射粒子を検出する検出器と、試料表面に機械的に接触させるプローブと、プローブの駆動を制御するプローブ制御装置と、検出器による検出情報を画像として表示する表示装置と、検出器による検出情報を解析する検出情報解析装置とを含み、プローブ制御装置は検出情報解析装置の解析結果に基づいてプローブ駆動装置を制御することを特徴とする。
【００１５】
検出情報解析装置は画像中のプローブ近傍領域の輝度変化を検出する機能を有するものとすることができる。
プローブ制御装置は、プローブを試料方向に第１の速度で駆動中に検出情報解析装置がプローブ近傍領域の輝度の減少を検知したとき、プローブの試料方向への駆動速度を前記第１の速度より小さな第２の速度に変更する制御を行う。
【００１６】
また、プローブ制御装置は、プローブを試料方向に第１の速度で駆動中に検出情報解析装置がプローブ近傍領域の輝度の減少を検知したとき、プローブの試料方向への駆動速度を第１の速度より小さな第２の速度に変更し、プローブを試料方向に第２の速度で駆動中に検出情報解析装置がプローブ近傍領域の輝度の急激な増加を検知したとき、プローブの駆動を停止する制御を行う。
【００１７】
検出情報解析装置は、また、荷電粒子ビームをプローブ及び試料表面に対して異なる複数の角度から照射して得られる複数の画像におけるプローブの先端位置と試料の特定位置の座標を基にプローブと試料間の距離を算出する機能を有するものとすることができる。
【００１８】
プローブ装置は、試料の一部を分離した摘出試料を別の部材に移し変えるためのプローブと、摘出試料を固定する試料ホルダを保持する試料ホルダ保持具とを備えることができる。
表示装置には試料表面に対するプローブの距離の情報も表示することができる。
【００１９】
本発明の一態様によるプローブ装置は、試料を載置する可動の試料台と、試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子光学系と、荷電粒子ビームの照射によって試料から放出された２次粒子又は試料から反射された反射粒子を検出する検出器と、検出器による検出情報を画像として表示する表示装置と、試料表面に機械的に接触させるプローブと、プローブの駆動を制御するプローブ制御装置と、予め前記プローブを試料に接触させて得られたプローブ先端座標を記録するプローブ基準座標記録装置とを含み、プローブ制御装置はプローブ基準座標記録装置の記録座標とプローブを接触させるべき試料上の座標を基にプローブの駆動距離と速度とを制御することを特徴とする。
【００２０】
本発明の一態様によるプローブ装置は、試料を載置する可動の試料台と、試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子光学系と、荷電粒子ビームの照射によって試料から放出された２次粒子又は試料から反射された反射粒子を検出する検出器と、検出器による検出情報を画像として表示する表示装置と、試料表面に機械的に接触させる複数のプローブと、プローブを試料表面に平行に移動させる際にプローブ毎に互いに異なる固有の試料表面までの距離範囲内で移動させるプローブ制御装置とを含むことを特徴とする。
【００２１】
また、複数のプローブと、プローブへの電圧印加又は試料の電気特性測定等の電気制御を行うためのプローブ電気制御装置を有する場合、プローブ電気制御装置が任意のプローブの電気制御をそれ以外の任意のプローブの電気制御と切り替えるプローブ間電気制御切替装置を有する構成とすると、プローブの対称性を確保できるためプローブ制御が容易になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
＜実施の形態１＞
図１は、本発明による集束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）により微小な分析試料や微小なデバイスを作製する試料作製装置の一実施形態を示す構成ブロック図である。
【００２３】
分析される半導体ウエハや半導体チップ等の試料４は、可動の試料台５上に載置され、試料４の診断位置を特定するするため試料台５の位置を制御する試料台制御装置６により位置決めされる。摘出試料を載置する摘出試料ホルダ１８は、試料台５上の摘出試料ホルダ押え１７で固定されている。プローブ電気制御装置１３の制御により試料４への電圧供給や試料４の抵抗、電流測定等の素子の特性を検知するプローブ７は、プローブ制御装置９により制御されたプローブ駆動装置８により駆動される。
【００２４】
イオン源１０００から放出されるイオンビームを試料４に照射するイオンビーム光学系１は、イオン源から放出されるイオンビームを所定の大きさに制限するビーム制限アパーチャ１００１と、イオンビームを集束させる集束レンズ１００２と、試料上の所定の位置に偏向するための偏向器１００３と、偏向されたビームを試料に照射させるために試料手前に配置された対物レンズ１００４を備えており、イオンビーム制御装置２で制御される。試料４表面の像やプローブ７の像は、イオンビーム光学系１からのイオンビーム３を試料又はプローブに照射した際に発生する２次電子を２次電子検出器１０で検出し、偏向器１００３へ印加する走査信号に同期して表示装置１２に輝度信号として入力することで、画像として表示される。このとき、２次電子情報解析装置１１が後に詳しく説明するように２次電子情報中の特定の情報を識別することで、プローブ制御装置９を制御する。デポジションガス源（以下、デポ源と略す）１４は、デポ源制御装置１５により制御され、例えばタングステンカルボニルガスを試料４上に供給し、イオンビーム３を照射することで、照射部にタングステン膜を形成し、保護膜形成やプローブ７と摘出試料との接着や摘出試料と摘出試料ホルダ１８との接着等を行う。
【００２５】
イオンビーム制御装置２、デポ源制御装置１５、プローブ電気制御装置１３、プローブ制御装置９、２次電子情報解析装置１１、試料台制御装置６、表示装置１２は計算処理部１６により制御される。また、計算処理部１６は、イオンビーム制御装置２、デポ源制御装置１５、プローブ電気制御装置１３、プローブ制御装置９、２次電子情報解析装置１１、試料台制御装置６の機能を含んでパーソナルコンピュータやワークステーションで実現することも可能である。
【００２６】
次に、プローブ駆動法について図２〜図５により説明を行う。ここでは、プローブの試料表面への接近、接触について説明する。図２、図３、図４は表示装置１２に表示される２次電子像である。５１はプローブ７を接触させるパッドであり、５２は絶縁領域である。表示装置１２に表示される観察像からは、プローブ７と試料４の間の距離は通常は直接認識できない。プローブ７の試料４表面への接触時の両者の損傷を抑えるためには、接触時のプローブ接近速度を小さくすることが望まれる。しかし、プローブと試料の間の距離が不明の場合には、プローブ移動全距離についてプローブ接近速度を小さくすることになり、プローブ接触作業に長時間を要する。ここで、接触直前を検知することができれば、距離に合わせたプローブの速度制御が可能となり、短時間で非損傷の接触が可能となる。本実施の形態では、この接触直前の検知にプローブ７の影５４を利用する。
【００２７】
本実施の形態では、正イオンＦＩＢ照射による２次電子信号を表示装置１２で画像化している。この時、プローブ自身はプローブ電気制御装置１３に接続されているため、ＦＩＢ照射されても帯電を起こさない。しかし、接触パッド５１が電気的に浮いている場合には、パッド５１が正に帯電する。なぜなら、正のイオンの入射と負の２次電子の放出が主プロセスとなるためである。このため、プローブ７が試料表面から充分離れた領域では、ＦＩＢ照射によって試料から放出された２次電子は２次電子検出器に行く前に試料に引き戻される方向に力が働くため、２次電子信号、即ち表示装置１２の輝度が図２のように暗く観察される。
【００２８】
プローブ７が試料表面に接近すると、プローブ近傍の試料４表面から発生する２次電子の２次電子検出器１０への到達を更に遮蔽するため、図３に示されるように影５４が観察される。この影５４が観察される理由は以下の通りである。図６は、プローブ７が存在する場合の二次電子検出器１０の引き込み電界を試料４表面に平行な方向から描いた模式図である。イオンビーム照射により試料表面のプローブ７から離れた位置８３で生成された二次電子は、等電位面８４で示される二次電子検出器１０の引き込み電界により二次電子検出器１０に引き込まれる。しかし、試料表面のプローブ７の下近傍の位置８１で生成された二次電子は、二次電子検出器１０の引き込み電界がプローブ７により遮蔽されるため二次電子検出器１０に引き込まれ難くなり、ＳＩＭ像では暗く表示される。図７は、プローブ７が試料表面に接近した時の電界を試料表面に垂直な方向から描いた模式図である。試料表面上のプローブ７から離れた位置８３で生成された二次電子は、等電位面８４で示される二次電子検出器１０の引き込み電界により加速され、二次電子検出器１０に取り込まれる。しかし、プローブ７が試料表面に接近していると、引き込み電界８４がプローブ近傍に入り込み難くなるため、試料表面上のプローブ近傍の領域８６や領域８７の位置で生成された二次電子は、二次電子検出器１０の方に加速され難いため二次電子検出器１０で検出されず、二次電子像上では暗く影として表示される。図３の影５４は、例えば、プローブ７が試料表面から２０μｍ程度の距離まで接近すると出現する。
【００２９】
プローブ７が更に試料に接近し、プローブ７がパッド５１に接触すると、パッド５１の帯電がプローブ７から注入される電子により緩和されるため、図４のように観察像上でパッド５１の輝度が増加する。このため図２に示すように、表示装置１２上で輝度モニタ領域５３を例えばマウス等で指定し、その領域５３の輝度をモニタすると、図５左上に示すような輝度変化となる。ここで、横軸はプローブのＺ移動距離であり、縦軸は輝度モニタ領域５３の輝度である。位置ｚ１は図２に対応するプローブが試料から充分離れている領域内の位置、位置ｚ２は図３に対応する影が観察される領域内の位置、位置ｚ３は図４に対応する試料表面位置である。具体的距離の例としては、例えば位置ｚ３から位置ｚ１までは５００μｍ程度、位置ｚ３から位置ｚ２までは１０μｍ程度である。位置ｚ３では、プローブ７が試料に接触することにより接触パッド５１の帯電が緩和されるため、観察像上で輝度が急激に増加する。
【００３０】
ここで、プローブ電気制御装置１３からプローブ７に試料４に対して正の電圧を印加すると、プローブ７が二次電子を引き込んでしまうため視野が全体的に暗くなり、プローブの影５４が識別し難くなる。逆にプローブ７に試料４に対して負の電圧を印加すると、プローブ７がより明るく観察され、影５４が識別し易くなる。
【００３１】
上記の現象を用いることで、図５右下に示すフローによりプローブの効率的な接触が実現できる。図５右下は、横軸がプローブ７の試料への接近開始からの時間を表し、それに対する輝度モニタ領域５３の輝度Ｉの変化と設定するプローブ接近速度ｖの関係を示したものである。始め輝度ＩがＩｓ＜Ｉ＜Ｉｃの領域では、プローブ接近速度ｖを高速（ｖｈ）に設定し試料に接近させる。輝度モニタ領域５３の輝度Ｉが減少し始め（ｔ１）、Ｉ＜Ｉｓになると同時に（ｔ２）プローブ接近速度ｖを低速（ｖｌ）に変更する。そして接触により輝度Ｉが増加し、Ｉ＞Ｉｃになると、プローブ接近速度ｖを０に設定し停止する（ｔ３）。Ｉｓ，Ｉｃは、例えばプローブが試料表面から充分離れている領域Ｚ１での輝度Ｉ(Ｚ１)に対して、Ｉｓ＝０．８×Ｉ(Ｚ１)、Ｉｃ＝２×Ｉ(Ｚ１)に設定される。以上のフローにより、短時間で且つプローブと試料を損傷しない接触が可能となる。また、輝度モニタ領域５３の輝度変化が少ない場合には、図５左下に示すように、輝度Ｉの距離微分を取り、変化を強調すると位置情報を得る上で有効である。このため、この輝度Ｉの距離微分グラフを表示装置１２に表示するとオペレータもプローブ位置を判断し易くなる。
【００３２】
上記例では説明し易くするために、接触パッド５１が存在する場合についての例を用いたが、接触パッドが無い場合でもプローブの影５４は観察されるため、プローブ接触直前モニタが可能である。即ち、このフローでは対象試料が絶縁物の場合でも接触の直前を認識することが可能である。また、この方式はトンネル電流検出方式や原子間力検出方式と比較して試料表面からの距離が大きな段階で接触前を検知できるため、プローブのブレーキ精度をそれほど要求しない。従って、プローブ駆動装置やプローブ制御装置を安価に作製可能である。
【００３３】
また、試料が導電性の場合には、以下のフローによってプローブの試料への接触を安全に行うことができる。まず、プローブ７に高抵抗を介してバイアス電圧を印加しておく。プローブ７が試料４から遠く離れている場合には、プローブ近傍の輝度モニタ領域はプローブ７の影響を受けず、試料そのものの二次電子輝度を有する。プローブ７を試料４に接近させて行くと、図６，７で説明したとおり、プローブ近傍に二次電子検出器１０の二次電子引き込み電界が入り込めないため、プローブ近傍の輝度モニタ領域の輝度が減少する。これにより、プローブ接近速度を小さくする。更にプローブ７が試料４に接近し、プローブ７が試料４に接触すると、プローブ７が高抵抗を介して試料電位まで下がるため、二次電子引き込み電界の遮蔽が緩和され、プローブ近傍の試料輝度が復活する。これを検知することで、プローブ７の試料４への接触を判別することができ、プローブの駆動を停止する。このように、試料が導電性の場合でも、本装置により効率的なプローブ接触を行うことが可能となる。
【００３４】
この輝度モニタ領域５３における輝度Ｉの変化はプローブ７と試料間の距離に対応付けることが可能であるため、図８に示すように、表示装置１２にプローブの試料表面からの高さ情報を表示することが可能となる。即ち、図８の表示画面３００１にＳＩＭ像表示部３００７とプローブ高さ表示部３００２とプローブ試料間距離の表示部３００３を子画面として表示することができる。プローブ高さ表示部３００２には、試料表面を表す記号３００５と、プローブを表す記号３００４と、サイズを表示するサイズ表示バー３００６が表示される。プローブ高さの具体的数値はプローブ試料間距離の表示部３００３に表示され、これらの画面によってオペレータはプローブと試料の間の距離を直感的に認識することが可能である。
【００３５】
図９は、２次電子情報解析装置１１の信号授受を説明する図である。イオンビーム制御装置２からの偏向器走査信号と２次電子検出器１０からの２次電子輝度情報に基づいてＳＩＭ画像生成部２１で生成された画像が表示装置１２に表示される。ここで、マウス等のポインティングデバイスにより輝度モニタ領域５３（図２〜図４参照）を指定することにより、輝度モニタ位置座標をモニタ部輝度積算部２２に設定し、その座標領域に相当する輝度信号を積算する。積算された輝度情報は、予め設定された比較輝度情報部２４比較対象輝度（図５のＩｓ，Ｉｃ等）と輝度比較部２３で比較され、高さ情報を得て、計算処理部１６で適する接近速度を設定する。この結果信号を元に、図５で説明した通りプローブ制御装置９がプローブ７の駆動を制御する。輝度比較部２３からの高さ情報は表示装置１２に表示される。この装置構成により、効率的なプローブ制御が可能となる。
【００３６】
この全体の信号の流れを視覚的に示したものが図１０である。ＦＩＢ３の走査により生じる二次電子を二次電子検出器１０を取り込み、輝度モニタ領域５３の輝度を２次電子情報解析装置１１で解析して輝度情報からプローブと試料の距離を算出する。算出結果はモニタ１２に表示される。２次電子情報解析装置１１では更にプローブ試料間距離に適するプローブ駆動速度を算出し、プローブ制御装置９に速度指示を与える。この速度命令を受けたプローブ制御装置９はプローブ駆動装置８を制御してプローブ７を駆動し、効率的かつ安全な試料接触を可能とする。この時、切替えスイッチ２４０１は２次電子情報解析装置１１の方に接続されている。ここで、もし手動でプローブ接近を行う場合には、切替えスイッチ２４０１をプローブ操作装置２４００の方に接続する。プローブ操作装置２４００は、例えば押しボタンやジョイスティックやマウス等の入力装置から構成される。切替えスイッチ２４０１でプローブ操作装置２４００を選択した場合には、オペレータが表示装置１２のプローブ高さ情報を認識して手動でプローブを操作することになる。また、例えば２次電子情報解析装置１１が速度変更をすべき輝度あるいは輝度変化を検出したとき、インジケータやブザー等によりオペレータに知らせる機能を付加すると手動操作が容易となる。
【００３７】
図１１は、本装置を利用した試料作製方法の一実施形態を説明する図である。始めに、ＦＩＢ３を照射して目標位置識別のためのマーク４０３，４０４を形成し、その後その両外側に矩形穴４０１，４０２を試料４に形成する（図１１（ａ））。次に、ＦＩＢ３により支持部４０５を残して矩形溝４０６を形成する（図１１（ｂ））。次に、図１の試料台５を傾けてＦＩＢ３を試料表面に斜めから照射することにより、斜溝４０８を形成し、試料４と一部の支持部４０５のみで接続された摘出試料４０７を形成する（図１１（ｃ））。試料台傾斜を戻し、プローブ駆動装置８をプローブ制御装置９により制御し、図５を用いて説明したプローブ駆動フローによりプローブ７を摘出試料４０７の一部に接触させる。この摘出試料の支持部４０５は後程ＦＩＢにより切断するわけであるが、プローブドリフト等を考慮した場合、短時間で切断することが望ましいため、支持部体積は小さくする必要がある。このため、プローブ７の接触により支持部４０５が破壊される恐れがあるため、上記プローブ制御法を使用して損傷をできるだけ抑えて接触させる。接触させたプローブ７と摘出試料４０７とをＩＢＡＤ膜４０９を用いて固定する（図１１（ｄ））。次に、支持部４０５をＦＩＢ３で切断する（図１１（ｅ））。
【００３８】
こうして、試料４から摘出試料４０７を切り出し、プローブ７をプローブ駆動装置８によって上昇させ摘出する（図１１（ｆ））。次に、この切り出された摘出試料４０７を摘出試料ホルダ１８に形成された溝４１１への接触を行う（図１１（ｇ））。このときの接触は、摘出試料４０７が破壊されたりＩＢＡＤ膜４０９部で摘出試料４０７が外れて消滅してしまわないように充分小さな速度で接触させる必要があり、上記接触法が必要となる。ここで、摘出試料の摘出試料ホルダへの接近時にも、図３により説明したプローブの影５４に対応する摘出試料の影が出現する。このため、摘出試料近傍の輝度モニタを行うことにより高さ認識が可能であり、プローブ接近速度を図５のように制御することが可能である。こうして接触させた後、ＩＢＡＤ膜４１２を用いて両者を固定する（図１１（ｈ））。固定後、プローブ７接続部にＦＩＢを照射し、スパッタ加工を行い、プローブを摘出試料４０７から分離する（図１１（ｉ））。摘出試料４０７をＴＥＭ試料とする場合には最後に、再度ＦＩＢ３を照射して、最終的に観察領域４１０を厚さ１００ｎｍ以下程度に薄く仕上げ加工を施す（図１１（ｊ））。他の分析、計測の試料の作製に用いる場合、観察領域を薄く仕上げる加工は必ずしも必要ではない。
【００３９】
また、この手法により、分析試料の作製のみならず、デバイス作製も可能である。例えば、デバイス単位セルを作製した試料基板から、上記摘出試料４０７を摘出するフローを利用して単位セルを摘出し、別のデバイスの一部に移植することで新たなデバイスを作製することが可能となる。ここでも微小単位セルを破壊させずに摘出、搬送、固定を行う必要があるため、接触直前を検知可能な上記プローブ駆動法が有効である。
【００４０】
また、微小機械の作製にも応用できる。例えば、図１２に示すようにＦＩＢ加工やリソグラフィー技術を用いて基板に形成したミクロンオーダの微小機械の歯車部品１５１を上記摘出フローを利用して摘出し、軸受け１５２に差し込むことにより、微小部品を組み立てていくことが可能となり微小機械を作製できる。ここでも微小歯車部品１５１や軸受け１５２を破壊させずに摘出、搬送、固定を行う必要があり、上記プローブ駆動法が有効である。
【００４１】
＜実施の形態２＞
図１３〜図１６により、プローブ・試料間距離モニタについて説明する。実施の形態１により試料表面の接触直前を識別する手法を説明したが、本実施の形態ではプローブの現在の試料までの距離を識別する方法について述べる。
【００４２】
図１３は、ＦＩＢ光学系のイオン放出部６２とプローブ７と試料４の位置関係を示す模式図である。この時、表示装置１２に表示される観察像が図１４である。６１は試料表面上の特定位置を示し、試料上の特徴ある構造でもよいが、本実施の形態ではＦＩＢ加工によるマーキングを用いている。ここで、図１３に示すように光学系の光軸との為す角がθ１になるようにＦＩＢを傾斜してプローブ７と試料４に照射して観察すると、観察ＳＩＭ像では図１４に示すようにプローブ７の先端とマーキング６１の距離がｄ１に観察される。次に、図１５に示すように図１３の場合と逆側に角度θ２だけＦＩＢを傾斜させて観察すると、観察ＳＩＭ像では図１６に示されるようにプローブ先端とマーキング６１の距離が逆側にｄ２として観察される。この２つの観察結果から、プローブと試料の間の距離ｈは次式（１）のように表される。
【００４３】
ｈ＝（ｄ１＋ｄ２）・cosθ１・cosθ２／sin(θ１＋θ２)    …(1)
ＦＩＢ傾斜角θ１とθ２が等しくθである場合には、式（１）は次式（２）のように単純になる。
【００４４】
ｈ＝（ｄ１＋ｄ２）／（２・tanθ）    …(2)
ここで、偏向電圧ＶとＦＩＢ傾斜角θの関係は、以下の通り求められる。装置により規定される偏向定数Ｃｄを、偏向量をｘとして、次式（３）のように定義する。
【００４５】
Ｃｄ＝ｄＶ／ｄｘ                      …(3)
この時の偏向中心から試料面までの距離をＬｗとすると、
Ｌｗ・tanθ＝ｘ                      …(4)
であるから、角度θ１，θ２に対応する偏向電圧をそれぞれＶ１，Ｖ２とすると、
θ１＝arctan(Ｖ１／(Ｌｗ・Ｃｄ))       …(5)
θ２＝arctan(Ｖ２／(Ｌｗ・Ｃｄ))       …(6)
であるため、Ｖ１，Ｖ２，ｄ１，ｄ２より、プローブと試料の間の距離ｈが求められる。Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ（θ１＝θ２＝θ）の場合には、
ｈ＝（ｄ１＋ｄ２）・Ｌｗ・Ｃｄ／（２Ｖ）  …(7)
であり、偏向電圧Ｖで偏向した時の距離ｄ１，ｄ２を計測することにより、プローブと試料の間の距離ｈを求めることができる。
【００４６】
この求められた距離ｈと、プローブと試料間の位置関係を、例えば図８に示すように表示装置１２上の子画面としてリアルタイムで表示することにより、オペレータは現在のプローブと試料の間の距離を視覚的に認識することが可能となる。
【００４７】
以上では、距離認識性能を向上させるためにＦＩＢを光軸の両側に斜めに振った場合を説明したが、試料表面に垂直照射と片側斜め照射でも距離認識は可能であり、この場合にはθ２＝０としたものと同じであり、垂直照射時のずれ量をｄ２とすれば、
ｈ＝（ｄ１＋ｄ２）／tanθ１           …(8)
であり、この時の偏向電圧がＶ１であれば、
ｈ＝（ｄ１＋ｄ２）・Ｌｗ・Ｃｄ／Ｖ１  …(9)
である。
上記により求められたプローブ試料間の距離は、実施の形態１で説明した通り図８で示される表示装置１２に表示することでオペレータは直感的に認識可能となる。
【００４８】
図１７は、このＦＩＢ斜照射時の２次電子情報解析装置１１の信号授受を説明した図である。イオンビーム制御装置２からの偏向器走査信号と２次電子検出器１０からの２次電子輝度情報によりＳＩＭ画像生成部２１により生成された画像が表示装置１２に表示される。このＳＩＭ像を元にプローブずれ量認識部２５０１によりＶ１，Ｖ２偏向時のずれ量ｄ１，ｄ２が得られる。このＶ１，Ｖ２，ｄ１，ｄ２から間隙識別装置２５０２によりプローブ高さｈが算出される。この高さｈは表示装置１２に表示される。このプローブ高さｈに適する速度をプローブ速度選択部２５０３が設定し、プローブ制御装置９に信号を渡す。
【００４９】
本実施の形態によると、現在のプローブと試料間の距離ｈを検知できるため、試料台移動、プローブ移動時にプローブ７を試料４に衝突させないようにすることができる。また、複数本のプローブを使用する場合に、プローブ同士の干渉を除く点でも有効である。
【００５０】
＜実施の形態３＞
プローブ先端を試料表面に平行に移動させて、試料の目的位置の直上に移動するプローブ制御方法について、図１８を用いて説明する。図１８はＳＩＭ像であり、７はプローブ、７３，７４はＦＩＢで形成したマークであり、７８はＦＩＢ加工穴である。７５が摘出する摘出試料である。７１はプローブ先端であり、これを摘出試料７５のプローブ接続部７２に接触させることがプローブ操作の目的である。７６はプローブ先端部の参照画像であり、予めＳＩＭ像から取得しておく。７１はプローブ先端位置である。７７はプローブ接続部を識別するためのＦＩＢマーク参照画像である。この７６，７７を参照画像としてＳＩＭ像と画像照合を行うことにより、参照画像７６中のプローブ先端位置に相当する位置がプローブ先端７１の位置、参照画像７７中のプローブ接続部位置に相当する位置がプローブ接続部７２の位置として識別される。これにより現在のプローブ先端７１とプローブ接続部７２の試料表面平行面内のずれ量Ｌｘ，Ｌｙを取得することができる。このずれ量Ｌｘ，Ｌｙ分プローブ制御装置９がプローブ駆動装置８を駆動することにより、プローブ先端７１をプローブ接続部位置７２の直上に移動することが可能となる。この制御法を実行することで、プローブ先端を自動で目標位置に移動することができる。
【００５１】
＜実施の形態４＞
本発明を、ＦＩＢ装置内でプローブを試料に接触させることにより、２次電子信号輝度分布やプローブで測定される電流電圧特性から試料の電気的特性を評価する試料診断装置に適用した実施の形態について説明する。
【００５２】
図１９に試料診断装置の構成例を示す。診断される半導体ウエハや半導体チップ等の試料４は、可動の試料台５上に載置され、試料４の診断位置を特定するため試料台５の位置を制御する試料台制御装置６により位置決めされる。プローブ電気制御装置１３の制御により試料４への電圧供給や試料４の抵抗、電流測定等を行う４本のプローブ８０１，８０２，８０３，８０４（記載の関係上、図上では８０２，８０３，８０４はプローブ電気制御装置１３と接続されてないように描かれているが、実際は接続されている）は、プローブ制御装置９により制御されたプローブ駆動装置８０５，８０６，８０７，８０８（記載の関係上、図上では８０６，８０７，８０８はプローブ制御装置９と接続されてないように描かれているが、実際は接続されている）により駆動される。
【００５３】
試料４表面やプローブの観察は、イオンビーム制御装置２より制御されるイオンビーム光学系１からイオンビーム３を照射する際に発生する２次電子を２次電子検出器１０で検出し、表示装置１２に画像として表示することにより行う。このとき、２次電子情報解析装置１１が２次電子情報中の特定情報を識別することで、プローブ制御装置９を制御する。デポ源１４は、デポ源制御装置１５により制御され、例えばタングステンカルボニルガスを試料４上に供給し、イオンビーム３を照射することで、照射部にタングステン膜を形成し、配線修正や電極パッド形成等を行うことができる。
【００５４】
イオンビーム制御装置２、デポ源制御装置１５、プローブ電気制御装置１３、プローブ制御装置９、２次電子情報解析装置１１、試料台制御装置６、表示装置１２は計算処理部１６により制御される。また、計算処理部１６は、イオンビーム制御装置２、デポ源制御装置１５、プローブ電気制御装置１３、プローブ制御装置９、２次電子情報解析装置１１、試料台制御装置６の機能を含んでパーソナルコンピュータやワークステーションで実現することも可能である。
【００５５】
ここでは複数プローブの移動法について、図２０により説明する。図２０は、試料４とプローブ８０１，８０２，８０３，８０４を試料４表面に平行な方向から見た位置関係図である。説明を簡略化するために、以下ではプローブと試料の間の距離をプローブ高さと表現することにする。図２０の様に複数のプローブが存在する場合には、任意のプローブが試料表面と平行な面内（以下、ＸＹ面内と略す）で移動する時に、それ以外のプローブと干渉しない様にする必要がある。プローブがＦＩＢ視野内に入っている場合には、実施の形態２のプローブ高さモニタを利用することにより、他のプローブと干渉しないことを確認することが可能であるが、ＦＩＢの視野外にプローブが存在する場合には、プローブの干渉状況の認識が難しい。特にプローブ表面の酸化等による電気特性測定への影響が無視できなくなる場合、プローブを消耗品として交換するため、プローブ駆動装置の絶対座標のみではプローブ先端位置の正確な高さを認識できないため、プローブの干渉状況認識は難しくなる。
【００５６】
プローブがＦＩＢ視野外にある場合でもプローブ同士の干渉を確実に防止するために、本実施の形態では、プローブ８０１をＦＩＢ視野外でＸＹ面内移動させる時は、プローブ高さをｈ１〜ｈ０の領域に限定して移動させる。同様にプローブ８０２はｈ２〜ｈ１領域、プローブ８０３はｈ３〜ｈ２領域、プローブ８０４はｈ４〜ｈ３領域に限定して移動させる。プローブの試料への接触時はｈ０以下の範囲内に降下させる。すなわち、各プローブは各々固有の高さ（例えば、プローブ８０１の場合にはｈ１〜ｈ０）もしくはｈ０以下の領域のみに存在する。ここで、ｈ０，ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４は、プローブ構成部サイズとプローブ取り付け誤差余裕から決定される高さである。
【００５７】
このように、各プローブ毎にプローブのＸＹ面内移動の固有高さを設定することで、他のプローブと干渉せずに目的位置直上へ移動することが可能となる。目標位置の直上への移動後は、試料４にプローブを接近させ、ｈ０の領域で試料に接触させる。但し、ＸＹ面内位置微調整のためのＸＹ面内微小移動についてはｈ０の領域で移動しても他のプローブと干渉する恐れはないためｈ０の領域で微小移動すればよく、必ずしも各プローブに割り当てられた固有高さまで一旦上昇してから移動する必要はない。このプローブ制御法により、複数本のプローブを同時に移動させる場合にも、プローブ間の干渉を排除することが可能となるため、短時間でのプローブ移動が可能となる。
【００５８】
ここで、上記手法を用いた接触フローの例を図２１に示す。まず、試料台を移動して測定目標位置のＦＩＢ観察視野内への導入を行う（Ｓ１１）。次に、上記プローブのＸＹ面内での非干渉移動法（図２０参照）により以下のフローでプローブ８０１をＦＩＢ視野内に導入する。まず、「ｈ０＜（プローブ８０１の高さ）＜ｈ１」の判定を行い（Ｓ１２）、この範囲外の場合（Ｎ）にはプローブ８０１がｈ０以下の領域に存在するためプローブ８０１を上昇させる（Ｓ１３）。ここではプローブが試料に接近する方向を降下、離れる方向を上昇と呼ぶ。こうしてプローブ８０１がｈ０〜ｈ１の範囲に入る（Ｙ）と、次にプローブ８０１のＸＹ面内移動によるＦＩＢ視野内導入を行う（Ｓ１４）。
【００５９】
次に、図１８で説明した参照画像によりプローブ先端位置と接触目標位置の座標を取得する方法を用いて、以下のフローでプローブ８０１を目標位置直上へ移動させる。まず、画像照合による目標位置の座標検出により、目標位置座標（Ｘｓ１，Ｙｓ１）を取得する（Ｓ１５）。次に、画像照合によるプローブ８０１の先端座標検出により、プローブ先端座標（Ｘｐ１，Ｙｐ１）を取得する（Ｓ１６）。この２つの座標の差からＸＹ面内移動量（Ｌｘ，Ｌｙ）＝（Ｘｓ１−Ｘｐ１，Ｙｓ１−Ｙｐ１）を算出する（Ｓ１７）。次に、「ＸＹ面内移動量＜許容誤差量（Ｌｘ＜Ｌｘｅ，Ｌｙ＜Ｌｙｅ）（許容誤差量（Ｌｘｅ，Ｌｙｅ）は予め設定）」の判定を行い（Ｓ１８）、判定が（Ｎ）の場合には、プローブ８０１の面内移動（Ｌｘ，Ｌｙ）を行う（Ｓ１９）。こうしてプローブ先端位置を目標位置直上の誤差範囲内に移動する。
【００６０】
次に、プローブ８０１の接近速度：高速（例えば１ｍｍ／秒）に設定する（Ｓ２０）。次に、表示装置１２上で試料表面が観察でき、且つプローブ輝度が飽和しないようにＳＩＭ像輝度調整を行い（Ｓ２１）、図２に示すようにプローブ８０１近傍に輝度モニタ領域設定を行い（Ｓ２２）、輝度モニタ開始する（Ｓ２３）。次に、プローブ８０１接近開始し（Ｓ２４）、「モニタ領域輝度Ｉ＜Ｉｓ（Ｉｓは予め設定した閾値輝度）」の判定を行う（Ｓ２５）。判定が（Ｎ）の場合は高速のまま接近させ、モニタ領域輝度Ｉ＜Ｉｓになる（Ｙ）と、プローブ８０１の接近速度：低速（例えば０．５μｍ／秒）に切り替えて接近させる（Ｓ２６）。次に、「モニタ領域輝度Ｉ＞Ｉｃ（Ｉｃは予め設定した閾値輝度）」の判定を行い（Ｓ２７）、判定が（Ｎ）の場合はそのまま接近させ、「モニタ領域輝度Ｉ＞Ｉｃ」になり（Ｙ）、接触を検知するとプローブ８０１の接近を停止させる（Ｓ２８）。
【００６１】
ここで再度、画像照合によるプローブ８０１の先端座標検出により、プローブ先端座標（Ｘｐ１，Ｙｐ１）を取得する（Ｓ２９）。ここで、目標位置の座標検出（Ｓ１５）で取得した目標位置座標（Ｘｓ１，Ｙｓ１）との座標の差からＸＹ面内移動量（Ｌｘ，Ｌｙ）＝（Ｘｓ１−Ｘｐ１，Ｙｓ１−Ｙｐ１）を算出する（Ｓ３０）。次に、「ＸＹ面内移動量＜許容誤差量（Ｌｘ＜Ｌｘｅ，Ｌｙ＜Ｌｙｅ）」の判定を行い（Ｓ３１）、判定が（Ｎ）の場合には、プローブ８０１の微小量上昇を行った後（Ｓ３２）、プローブ８０１の面内移動（Ｌｘ，Ｌｙ）を行い（Ｓ３３）、再度プローブ８０１の接近速度：低速（Ｓ２６）からの接近を行う。こうして最終的に「ＸＹ面内移動量＜許容誤差量（Ｌｘ＜Ｌｘｅ，Ｌｙ＜Ｌｙｅ）」を満たす（Ｙ）ことにより、プローブ先端の目標位置への接触が完了する。続いてＳＩＭコントラストやプローブ電流等による試料特性測定をプローブ電気制御回路１３により行う（Ｓ３４）。また複数本のプローブを利用する場合には２本目以降のプローブを上記プローブ８０１に置き換えて実行する（Ｓ３５）。
【００６２】
以上のフローは、プローブ先端の参照画像の設定と接触目標位置の参照画像の設定と輝度モニタ位置の指定を予め行っておくことにより、すべて自動で行うことができる。このようにプローブの自動接触が可能となり、オペレータ負担を減らすことができる。
【００６３】
次に、本装置を用いて試料表面上にあるデバイス配線の断線部を特定する例について図２２を用いて説明する。１０１は測定デバイスであり、１０２は試料表面にある金属配線、１０３は試料内部にある金属配線であり、図のように両者が接続プラグ１０４により接続されたチェーン構造である。ここで接続プラグ１０５が図のように断線している。
【００６４】
このデバイスに対してプローブ８０１を、上記フローにより電極パッド１０６に接触させる。ここで断線部より後の配線領域１０７は電気的に浮遊しているためＦＩＢ照射により帯電し、２次電子像で暗く観察される。理由は以下の通りである。本実施の形態では照射ＦＩＢとしてガリウム正イオンを用いている。浮遊部に正イオンＦＩＢが照射されると正電荷が注入される。また、このとき二次電子が放出されるため、浮遊部は更に正に帯電される。こうしてある程度正に帯電すると、放出された２次電子が浮遊電極の電位に引き戻されるようになり、２次電子検出器での２次電子の捕獲効率が下がるため、２次電子信号輝度が減少する。一方、プローブ８０１との導通が取れる配線領域１０６から１０８は電荷がプローブを介して放電されるため、２次電子信号輝度の減少は生じない。このため断線した接続プラグ１０５の前後で２次電子輝度差が出るため断線部１０９を特定することができる。
【００６５】
更に後の断線部を特定するには、プローブ８０２を断線部後の金属配線１０７に同じく上記フローにより接触させることで、同様に次の断線部１１０を２次電子輝度差として特定することが可能となる。また、この時プローブ８０１とプローブ８０２の間に電圧印加を行い両者間に流れる電流を検出することで、断線部の抵抗を測定することも可能である。
【００６６】
ここで、プローブ８０１，８０２，８０３，８０４はプローブ電気制御装置１３により電圧印加や電流測定等を対称に切り替えることが可能であるようにすることで、どのプローブをどの電極に接触させても所望の測定が可能となるため、電圧印加用や電流測定用や接地用等各プローブに固有の役割を与える場合に対して、プローブ駆動の自由度が増し、容易に診断ができるようになる。
【００６７】
ＦＩＢの代わりに電子ビーム制御装置１２０に制御された電子ビーム光学系１２９を使用することで、図２３に示すような試料診断装置を実現することができる。診断される半導体ウエハや半導体チップ等の試料４は、可動の試料台５上に載置され、試料４の診断位置を特定するするため試料台５の位置を制御する試料台制御装置６により位置決めされる。プローブ電気制御装置１３の制御により試料４への電圧供給や試料４の抵抗、電流測定等を行う４本のプローブ１２１，１２２，１２３，１２４（記載の関係上、図上では１２２，１２３，１２４はプローブ電気制御装置１３と接続されてないように描かれているが、実際は接続されている）は、プローブ制御装置９により制御されたプローブ駆動装置１２５，１２６，１２７，１２８（記載の関係上、図上では１２６，１２７，１２８はプローブ制御装置９と接続されてないように描かれているが、実際は接続されている）により駆動される。
【００６８】
電子源１２０１から放出された電子ビームは、電子ビーム制御装置１２０で制御される電子ビーム光学系１２９を通って試料４に照射される。電子ビーム光学系１２９は、電子源１２０１から放出される電子ビームを所定の大きさに制限するビーム制限アパーチャ１２０２、電子ビームを集束させる集束レンズ１２０３、および試料上の所定の位置に偏向するための偏向器１２０４を備える。試料４表面の像やプローブ１２１，１２２，１２３，１２４の像は、電子ビーム光学系１２９からの電子ビーム１３０を試料又はプローブに照射した際に発生する２次電子を２次電子検出器１０で検出し、偏向器１２０４へ印加する走査信号に同期して表示装置１２に輝度信号として入力することで、表示装置１２に画像として表示する。このとき、２次電子情報解析装置１１が２次電子情報中の特定の情報を識別することで、プローブ制御装置９を制御する。電子ビーム制御装置１２０、プローブ電気制御装置１３、プローブ制御装置９、２次電子情報解析装置１１、試料台制御装置６、表示装置１２は計算処理部１６により制御される。また、計算処理部１６は、電子ビーム制御装置１２０、プローブ電気制御装置１３、プローブ制御装置９、２次電子情報解析装置１１、試料台制御装置６の機能を含んでパーソナルコンピュータやワークステーションで実現することも可能である。試料像やプローブ像の観察は、試料やプローブから反射される反射電子を反射電子検出器で検出し、反射電子検出信号を表示装置１２に入力することによっても行うことができる。
【００６９】
但し、ＦＩＢ照射の場合と異なり、試料に照射する１次電子ビーム１３０も放出される２次電子も同じ負電荷であるため、試料表面の帯電状態は１個の入射電子に対する２次電子平均放出数を表す２次電子放出効率により異なる。即ち、２次電子放出効率が１よりも小さい場合には負に帯電し、１よりも大きい場合は正に帯電する。このため、ＦＩＢ試料診断装置で説明したように帯電により断線部を識別するためには２次電子放出効率が１と異なる条件で照射する必要がある。
【００７０】
この装置は、観察用の照射ビーム１３０が電子であるため、ＦＩＢの場合と異なり長時間照射しても試料を損傷しないという利点がある。このため、単一トランジスタのようなより微小な領域にプローブ１２１，１２２，１２３，１２４をプローブ駆動装置１２５，１２６，１２７，１２８により高精度に接触させる必要がある場合に有効である。
【００７１】
＜実施の形態５＞
プローブの予備接触によりプローブ先端座標を記録してプローブ制御を行う手法について、図２４，２５により説明する。装置の全体構成は図１と同様であり、図２４，２５にはプローブ駆動装置８に関する部分のみを示す。
【００７２】
図２４は、試料４表面に平行な方向から試料４とプローブ７の高さ関係を示した図である。１４１はプローブ駆動装置の原点位置（ｚ＝０）を示す原点センサである。図２４の状態では、プローブ駆動装置８自身は高さセンサ２５００により計測されるｚ方向のプローブ位置座標情報ｚを有するが、このｚとプローブ先端と試料間の距離ｈの関係は分からない。このため、このｚとｈの関係を明らかにするために、プローブ７を実際に摘出試料の摘出や測定電極への接触に利用する前に予め図２５に示すように試料４に接触させる。この接触は、上記のような２次電子信号輝度の変化や、導通経路が取れる場合には接触電流の検知等により確認する。プローブ７が試料４に接触した時のプローブ駆動装置のｚ座標ｚ０をプローブ基準座標記録装置２５０１が記録する。
【００７３】
一旦この確認がなされると、プローブｚ座標がｚの場合にはプローブ高さ算出器２５０２によりプローブ高さｈを
ｈ＝ｚ０−ｚ
として常に認識することができる。ここではプローブ７が試料４表面に接近する方向にｚ軸の正方向を取っている。プローブ高さを認識できることで、上記実施の形態で説明した試料作製装置や試料診断装置で実際に試料の摘出や測定電極への接触に利用する場合に、例えばｈ＝１０μｍになるｚ（＝ｚ０−１０μｍ）まで高速にプローブ７を試料表面に接近させ、その後を小さな接近速度とすることで、試料やプローブの損傷を抑制し、正確なプローブ接触を短時間で行うことが可能になる。ただし、この手法の場合には、プローブ７をオープンループ制御することになるため、バックラッシュ等の機械的な誤差を含むため、それを考慮した余裕をｚ軸誤差許容範囲として取る必要がある。この手法は、特に同一プローブの接触を複数回繰り返す試料診断装置において効率的である
【００７４】
【発明の効果】
本発明によると、プローブや試料の損傷を抑制し、自動でプローブ駆動を行うことができるため、試料作製やデバイス試料の電気的診断等をオペレータの負担を軽減し効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による試料作製装置の一例を示す構成ブロック図。
【図２】プローブが試料表面から離れている時のＳＩＭ像を示す図。
【図３】プローブが試料表面近傍にある時のＳＩＭ像を示す図。
【図４】プローブが試料表面に接触した時のＳＩＭ像を示す図。
【図５】モニタ領域輝度とプローブ−試料間距離と経過時間とプローブ接近速度の関係を示す図。
【図６】試料表面に垂直な面内の二次電子引き込み電界を示す図。
【図７】試料表面に平行な面内の二次電子引き込み電界を示す図。
【図８】本発明装置による表示装置上のプローブ高さ表示例を示す図。
【図９】本発明による二次電子情報解析装置の構成例を示す図。
【図１０】本発明装置によるプローブ制御を示す概念図。
【図１１】本発明装置を使用した摘出試料作製工程を示す図。
【図１２】本発明による微小機械作製のための部品組み立て例を示す図。
【図１３】本発明によるＦＩＢθ１斜照射でのプローブ・試料の位置関係を示す図。
【図１４】本発明によるＦＩＢθ１斜照射時のＳＩＭ像を示す図。
【図１５】本発明によるＦＩＢθ２斜照射でのプローブ・試料の位置関係を示す図。
【図１６】本発明によるＦＩＢθ２斜照射時のＳＩＭ像を示す図。
【図１７】本発明によるＦＩＢ斜照射の二次電子情報解析装置の構成例を示す図。
【図１８】本発明によるプローブの目標位置直上への移動距離自動取得法を示す図。
【図１９】本発明によるＦＩＢ試料診断装置の構成例を示すブロック図。
【図２０】本発明による複数プローブの試料平行平面内の非干渉移動法を説明する図。
【図２１】本発明によるプローブ接触の手順を表すフローチャート。
【図２２】本発明によるＦＩＢ試料診断装置による配線断線測定例を説明する図。
【図２３】本発明による電子ビーム試料診断装置の構成例を示すブロック図。
【図２４】本発明によるオープンループ制御よるプローブ・試料間距離把握手法を説明する図。
【図２５】本発明による予備接触を説明する図。
【図２６】従来の試料診断装置の構成説明図。
【符号の説明】
１…イオンビーム光学系、２…イオンビーム制御装置、３…イオンビーム、４…試料、５…試料台、６…試料台制御装置、７…プローブ、８…プローブ駆動装置、９…プローブ制御装置、１０…２次電子検出器、１１…２次電子情報解析装置、１２…表示装置、１３…プローブ電気制御装置、１４…デポジションガス源、１５…デポジションガス源制御装置、１６…中央処理装置、１７…摘出試料ホルダ押え、１８…摘出試料ホルダ、５１…接触パッド、５３…輝度モニタ領域、５４…プローブ影、６１…マーク、７１…プローブ先端、７２…接触目標、７６…プローブ先端参照画像、７７…目標位置参照画像、７８…ＦＩＢ加工穴、１０６…接触パッド、１０２，１０３，１０７，１０８…金属配線、１０４，１０５…接続プラグ、１０９，１１０…断線部、１２０…電子ビーム制御装置、１２１，１２２，１２３，１２４…プローブ、１２５，１２６，１２７，１２８…プローブ駆動装置、１２９…電子ビーム光学系、１３０…電子ビーム、１４１…原点センサ、１５１…歯車部品、１５２…軸受け、８０１，８０２，８０３，８０４…プローブ、８０５，８０６，８０７，８０８…プローブ駆動装置。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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