JP2001235321A

JP2001235321A - 集束イオンビーム装置，集束イオンビーム装置の制御方法及び接触検出方法

Info

Publication number: JP2001235321A
Application number: JP2000346703A
Authority: JP
Inventors: Yukinori Hirose; 幸範廣瀬; Kazuhito Honda; 和仁本田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-12-13
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】プローブと試料との接触を検出するために新
たな電源を設けることなく、当該接触を確実に検出しう
るＦＩＢ装置を提供する。【解決手段】ＦＩＢ装置１０１のプローブ２は電流計
１２を介して接地されている。駆動装置２２の制御によ
りプローブ２と試料５とを接近させていく際に、試料５
にＦＩＢ１Ｂを照射する。このとき、プローブ２が試料
５に接触していない場合、ＦＩＢ１Ｂの照射により試料
５に生じた電流は試料５の内部に向かって流れる。これ
に対して、プローブ２が試料５に接触している場合、試
料５に生じた電流はプローブ２へ向かって流れる。この
ため、プローブ２と試料５とが接触した時点でプローブ
２に流れる電流が増大する。プローブ２に流れる電流を
電流計１２でモニタすることによって、当該電流の変化
量からプローブ２と試料５との接触を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、透過型電子顕微
鏡（Transmission Electron Microscopy；以下、「ＴＥ
Ｍ」とも呼ぶ）等による観察で用いる試料（以下、「Ｔ
ＥＭ用試料」とも呼ぶ）を作製するための集束イオンビ
ーム（Focused Ion Beam；以下、「ＦＩＢ」とも呼ぶ）
装置に関し、更にはＦＩＢ装置の制御方法及びＦＩＢ装
置における試料とプローブとの接触を検出する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、半導体装置の評価・解析の一
つとしてＴＥＭによる観察が行われている。このとき、
ＴＥＭ用試料は以下のように作製される。即ち、まず、
半導体装置又は半導体装置が多数作り込まれたウエハ等
の試料から所望の解析部分を含むある程度の大きさの部
分を、劈開やダイシング加工等を用いて切り出す。その
後、当該切り出した部分をＴＥＭによる観察に適した厚
さまでＦＩＢによって薄くする。このような２段階の方
法により、解析部分を含むＴＥＭ用試料が作製される。

【０００３】また、上述の劈開等による切り出しを行わ
ず、ＦＩＢのみで以て試料からＴＥＭ用試料を作製する
方法が、例えば特開平１１−１０８８１３号公報や特開
平１１−２５８１３０号公報に開示されている。また、
これらの公報には、当該試料作製方法で利用されるマイ
クロサンプリング技術又はマイクロマニピュレーション
技術と呼ばれる技術が開示されている。

【０００４】マイクロサンプリング技術では、試料から
ＴＥＭ用試料を完全に切り離す前に、後にＴＥＭ用試料
となる部分の一部にプローブの先端部を結合させる。こ
のため、ＴＥＭ用試料を試料から完全に切り離した後で
も当該ＴＥＭ用試料はプローブで支持・保持可能であ
る。更に、かかる支持状態により、ＴＥＭ用試料を例え
ばＴＥＭの試料ステージへ移送することができる。この
とき、ＴＥＭ用試料となる部分とプローブの先端部との
結合は以下のように行われる。即ち、当該部分とプロー
ブの先端部とを接触させた後に、かかる接触部分に局所
的にデポジション用ガスとＦＩＢとを供給する。形成さ
れたデポジション膜によって上記部分とプローブとが結
合する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】さて、マイクロサンプ
リング技術では、ＴＥＭ用試料となる部分とプローブの
先端部とを結合する前に、当該両部分を接触させる必要
がある。かかる接触の検出は、例えば走査イオン顕微鏡
（Scanning Ion Microscopy；以下、「ＳＩＭ」とも呼
ぶ）により得られる像で確認しながら行う。なお、ＳＩ
Ｍ像は例えばＦＩＢの照射による２次電子像として得ら
れる。

【０００６】しかしながら、かかる検出方法では作業者
がモニタ上に映し出されるＳＩＭ像を目視して接触の判
断を行うので、検出が曖昧である。例えば、ＴＥＭ用試
料となる部分とプローブの先端部とが接触しているにも
かかわらずＳＩＭ像による確認ないしは検出が遅れる場
合がある。このような検出の遅れによってプローブの先
端部で以てＴＥＭ用試料を傷付けてしまい、その結果、
所望の解析部分を切り出すことができない場合が生じう
る。

【０００７】本発明は、かかる問題点を解消するために
なされたものであり、プローブと試料との接触の検出精
度が向上された集束イオンビーム装置を提供することを
第１の目的とする。

【０００８】更に、本発明の第２の目的は、簡単で且つ
安価な構成で以て上記第１の目的を実現しうる集束イオ
ンビーム装置を提供することにある。

【０００９】更に、本発明の第３の目的は、プローブと
試料との接触検出時に試料へ与える損傷等を低減しうる
集束イオンビーム装置を提供することにある。

【００１０】また、本発明の第４の目的は、上記第１乃
至第３の目的を実現しうる集束イオンビーム装置の制御
方法を提供することにある。

【００１１】更に、本発明の第５の目的は、プローブと
試料との接触の検出感度を向上させる接触検出方法を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】（１）請求項１に記載の
発明に係る集束イオンビーム装置は、少なくとも集束イ
オンビームを発生可能な荷電粒子ビーム発生装置と、試
料と対面して配置されるプローブと、前記プローブと前
記試料との距離を制御する駆動装置と、前記プローブと
前記試料との少なくとも一方に電気的に接続され、前記
荷電粒子ビーム発生装置が発生する所定の荷電粒子ビー
ムを少なくとも前記試料に照射しつつ前記プローブと前
記試料との前記距離を縮める際に、前記プローブと前記
試料との少なくとも一方に流れる電流を測定する電流計
とを備えることを特徴とする。

【００１３】（２）請求項２に記載の発明に係る集束イ
オンビーム装置は、請求項１に記載の集束イオンビーム
装置であって、前記電流計は、測定した前記電流の値に
対応する信号を出力し、前記集束イオンビーム装置は、
前記信号を受信し、前記信号の変化に基づいて前記プロ
ーブと前記試料との前記距離の制御を前記駆動装置を介
して停止する制御装置を更に備えることを特徴とする。

【００１４】（３）請求項３に記載の発明に係る集束イ
オンビーム装置は、請求項１又は２に記載の集束イオン
ビーム装置であって、前記所定の荷電粒子ビームは前記
集束イオンビームであることを特徴とする。

【００１５】（４）請求項４に記載の発明に係る集束イ
オンビーム装置は、請求項１又は２に記載の集束イオン
ビーム装置であって、前記荷電粒子ビーム発生装置は電
子ビームをも発生可能であり、前記所定の荷電粒子ビー
ムは前記電子ビームであることを特徴とする。

【００１６】（５）請求項５に記載の発明に係る集束イ
オンビーム装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の
集束イオンビーム装置であって、前記試料の前記所定の
荷電粒子ビームが照射される領域付近に酸素を供給する
酸素供給設備を更に備えることを特徴とする。

【００１７】（６）請求項６に記載の発明に係る集束イ
オンビーム装置は、荷電粒子ビームを発生可能であり、
前記荷電粒子ビームを試料に照射する荷電粒子ビーム発
生装置と、導電部及び絶縁部を有し、前記試料と対面し
て配置されるプローブとを備え、前記絶縁部は、前記プ
ローブの内で前記荷電粒子ビームが照射される部分に配
置されている一方で、前記プローブの内で前記試料に接
触させる部分には配置されていないことを特徴とする。

【００１８】（７）請求項７に記載の発明に係る集束イ
オンビーム装置の制御方法は、少なくとも集束イオンビ
ームを発生可能な荷電粒子ビーム発生装置と、試料と対
面して配置されるプローブと、前記プローブと前記試料
との距離を制御する駆動装置とを備えた集束イオンビー
ム装置の制御方法であって、前記荷電粒子ビーム発生装
置が発生する所定の荷電粒子ビームを少なくとも前記試
料に照射しつつ前記プローブと前記試料との前記距離を
縮める際に、前記プローブと前記試料との少なくとも一
方に流れる電流を測定し、前記電流の変化に基づいて前
記プローブと前記試料との前記距離の制御を停止するこ
とを特徴とする。

【００１９】（８）請求項８に記載の発明に係る集束イ
オンビーム装置の制御方法は、請求項７に記載の集束イ
オンビーム装置の制御方法であって、前記所定の荷電粒
子ビームは前記集束イオンビームであることを特徴とす
る。

【００２０】（９）請求項９に記載の発明に係る集束イ
オンビーム装置の制御方法は、請求項７に記載の集束イ
オンビーム装置の制御方法であって、前記荷電粒子ビー
ム発生装置は電子ビームをも発生可能であり、前記所定
の荷電粒子ビームは前記電子ビームであることを特徴と
する。

【００２１】（１０）請求項１０に記載の発明に係る接
触検出方法は、試料とプローブとの接触を検出する方法
であって、（ａ）試料を準備するステップと、（ｂ）前
記試料の表面上に導電性を有するコーティング膜を形成
するステップと、（ｃ）荷電粒子ビームを少なくとも前
記コーティング膜に照射しつつ前記コーティング膜とプ
ローブとの距離を縮めると共に、前記コーティング膜と
前記プローブとの少なくとも一方に流れる電流を測定す
るステップとを備えることを特徴とする。

【００２２】（１１）請求項１１に記載の発明に係る接
触検出方法は、請求項１０に記載の接触検出方法であっ
て、前記コーティング膜は金属膜を含むことを特徴とす
る。

【００２３】（１２）請求項１２に記載の発明に係る接
触検出方法は、請求項１１に記載の接触検出方法であっ
て、前記ステップ（ｃ）を酸素を含む雰囲気中で実施す
ることを特徴とする。

【００２４】（１３）請求項１３に記載の発明に係る接
触検出方法は、請求項１０又は１１に記載の接触検出方
法であって、前記コーティング膜は金属酸化膜を含むこ
とを特徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】＜実施の形態１＞Ａ．ＦＩＢ装置の構成図１に実施の形態１に係るＦＩＢ装置１０１の構成を説
明するための模式図を示す。図１に示すように、ＦＩＢ
装置１０１は真空チャンバ５０を有しており、当該真空
チャンバ５０内に例えば複数の半導体装置が作り込まれ
たウエハ等の試料５を載置するための試料ステージ６
と、プローブ２とが配置されている。特に試料ステージ
６及びプローブ２は導電性の材料から成る。このため、
試料ステージ６と試料５とは電気的に接続される。試料
ステージ６は接地されている。

【００２６】プローブ２は当該プローブ２用の駆動装置
２２により各種の方向に可動であり、かかる駆動装置２
２によってプローブ２と試料５との間の距離を制御する
ことができる。駆動装置２２として、例えば水平方向及
び鉛直方向への直線移動のための各種の周知な機構が適
用可能である。また、例えば圧電素子等を用いることに
より、プローブ２の微小な移動も制御することができ
る。

【００２７】特に、ＦＩＢ装置１０１ではプローブ２は
電流計１２を介して接地されており、電流計１２によっ
てプローブ２に流れる電流を測定することができる。

【００２８】更に、ＦＩＢ装置１０１は試料５を介して
試料ステージ６と対面配置されたＦＩＢ発生装置ないし
はＦＩＢ光学系１を備える。ＦＩＢ発生装置１は、例え
ばガリウム（Ｇａ）のイオン源１ａ，収束レンズや対物
レンズ等を含むレンズ系１ｂ等を有しており、試料５に
対してＦＩＢ１Ｂを発生・照射することができる。ＦＩ
Ｂ発生装置１として周知の各種のＦＩＢ発生装置が適用
可能である。なお、図１ではＦＩＢ発生装置１の全体が
真空チャンバ５０内に配置されている場合を図示してい
るが、ＦＩＢ１Ｂを真空チャンバ５０内に導入可能であ
ればＦＩＢ発生装置１の一部又は全部が真空チャンバ５
０の外部に配置されていても構わない。

【００２９】また、ＦＩＢ装置１０１は、ＦＩＢ１Ｂの
照射により発生する２次電子や２次イオン等の２次粒子
検出器５１と、堆積膜を形成するためのデポジション用
ガスをＦＩＢ１Ｂの照射領域に供給するガス導入管５２
とを備える。

【００３０】Ｂ．ＦＩＢ装置におけるプローブと試料と
の接触の検出の原理次に、ＦＩＢ装置１０１においてプローブ２と試料５と
の接触を検出する方法の原理を、図１に加えて図２及び
図３を参照しつつ説明する。図２はプローブ２が試料５
に接触していない状態を示す模式図であり、図３はプロ
ーブ２が試料５に接触した時点での模式図である。

【００３１】ＦＩＢ装置１０１では、駆動装置２２を制
御してプローブ２と試料５との距離を縮める際に、試料
５にＦＩＢ１Ｂを照射する。詳細には、試料５の内でプ
ローブ２の先端部２Ｔを接触させる部分近傍の走査領域
ないしは照射領域５ＡをＦＩＢ１Ｂで走査する。このと
き、ＴＥＭ用試料を切り出す場合よりも低いエネルギー
のＦＩＢを用いる。なお、図２及び図３では、かかる走
査の様子を、試料５に照射されるＦＩＢ１Ｂａと、プロ
ーブ２に照射されるＦＩＢ１Ｂｂとの２本のＦＩＢで以
て模式的に図示している。

【００３２】まず、かかる走査においてプローブ２が試
料５に未だ接触していない状態にある場合を説明する。
このとき、ＦＩＢ１Ｂが試料５の表面に照射されている
場合（図２のＦＩＢ１Ｂａを参照）、試料５に電流Ｉ５
が生じ、当該電流Ｉ５は試料５の内部に向かって流れ
る。この電流Ｉ５は最終的に吸収電流ないしは試料電流
となる。

【００３３】他方、上記走査においてＦＩＢ１Ｂがプロ
ーブ２に照射されている場合（図２のＦＩＢ１Ｂｂを参
照）、プローブ２を通して電流計１２をパスする方向に
電流Ｉ２が生じる。

【００３４】次に、駆動装置２２の制御によりプローブ
２と試料５との距離を縮めて行き、プローブ２が試料５
とが接触した時点を説明する。このとき、上記走査にお
いてＦＩＢ１Ｂがプローブ２に照射されている場合（図
３のＦＩＢ１Ｂｂを参照）、上述の非接触時と同様にプ
ローブ２に電流Ｉ２が流れる。

【００３５】これに対して、ＦＩＢ１Ｂが試料５の表面
に照射されている場合（図３のＦＩＢ１Ｂａを参照）、
上述の非接触時とは異なり、試料５に発生する電流Ｉ５
はプローブ２に向かって流れる。このため、プローブ２
に流れる電流は、プローブ２と試料５とが接触状態にあ
る場合の方が非接触時よりも大きい。逆に、プローブ２
と試料５とが接触状態にある場合に試料５及び試料ステ
ージ６に流れる電流は、非接触時のそれよりも小さくな
る。

【００３６】そこで、ＦＩＢ装置１０１では、プローブ
２に流れる電流を電流計１２でモニタすることによっ
て、その電流値の変化からプローブ２と試料５との接触
を検出する。なお、上述の説明ではＦＩＢ１Ｂを走査さ
せる場合を述べたが、これはプローブ２と試料５との大
まかな位置関係をＳＩＭ像で確認するためである。従っ
て、プローブ２と試料５との接触を検出するためには、
少なくとも試料５にＦＩＢ１Ｂを照射すれば良い。ま
た、プローブ２の内で少なくとも試料５に接触する部分
と電流計１２が接続される部分との間が導電性材料で構
成されていれば、プローブ２に流れる電流を電流計１２
で検出することが可能である。

【００３７】ここで、表１に、ＦＩＢ１Ｂの電流ないし
は１次ビーム電流（primary beam currennt）及びＦＩ
Ｂ１Ｂの照射条件を種々に設定した場合における、プロ
ーブ２に流れる電流の測定結果を示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１に示すように、条件（ａ）は、ＦＩＢ
１Ｂの電流が１．５×１０^-9Ａ，アパーチャサイズが１
（表１中では「Ａｐ１」のように表記），スキャン速度
が０．２秒／Ｆｒａｍｅ，上述のプローブ２と試料５と
の大まかな位置関係を確認するためのＳＩＭ像の観察倍
率が１０００倍である。なお、アパーチャサイズを示す
数値は相対的な値であり、その数値が小さいほどアパー
チャサイズが大きい。条件（ｂ）は、ＦＩＢ１Ｂの電流
が１．５×１０^-9Ａ，アパーチャサイズが１，スキャン
速度がＴＶモード（上述の０．２秒／Ｆｒａｍｅよりも
速い），観察倍率が１０００倍である。また、条件
（ｃ）は、ＦＩＢ１Ｂの電流が４．０×１０ ^-10Ａ，ア
パーチャサイズが２（Ａｐ１よりもアパーチャが小さ
い），スキャン速度がＴＶモード，観察倍率が２０００
倍である。

【００４０】条件（ａ）では、プローブ２と試料５とが
非接触状態にある時にプローブ２に流れる電流は１．０
×１０^-9Ａであり、接触時のそれは１．４×１０^-9Ａで
あり、その変化量ないしは差ΔＩは４．０×１０^-10Ａ
であった。条件（ｂ）では、非接触状態での電流は７．
０×１０^-10Ａであり、接触時のそれは９．５×１０^- ¹⁰
Ａであり、その変化量ΔＩは２．５×１０^-10Ａであっ
た。条件（ｃ）では、非接触状態での電流は２．０×１
０^-10Ａであり、接触時のそれは３．０×１０^- ¹⁰Ａであ
り、その変化量ΔＩは１．０×１０^-10Ａであった。

【００４１】また、図４に、表１の測定結果をグラフと
して図示する。なお、図４中の白丸（○），黒丸（●）
及び黒三角（▲）はそれぞれ表１中の条件（ａ），
（ｂ）及び（ｃ）に対応する。

【００４２】Ｃ．接触検出のためのＦＩＢ装置の制御方
法次に、プローブ２と試料５との接触を検出する際のＦＩ
Ｂ装置１０１の制御方法ＳＴ０の一例を、図５のフロー
チャートを参照しつつ説明する。

【００４３】まず、ＦＩＢの照射を開始する（ステップ
ＳＴ１）。その後、駆動装置２２を制御してプローブ２
と試料５との距離を縮めていく（ステップＳＴ２）。そ
して、電流計１２でモニタしている電流値が変化したか
否かを判定する（ステップＳＴ３）。即ち、当該ステッ
プＳＴ３においてプローブ２と試料５とが接触したか否
かを判定する。ステップＳＴ３において電流値の変化が
認められず、プローブ２と試料５とが未だ接触していな
いと判定された場合、ステップＳＴ２を続行する。これ
に対して、ステップＳＴ３において電流値が変化し、プ
ローブ２と試料５とが接触したと判定された場合、駆動
装置２２の動作を例えば手動により停止させる（ステッ
プＳＴ４）。

【００４４】なお、プローブ２と試料５とが接触する前
にＦＩＢの照射を開始する限り、ステップＳＴ１とステ
ップＳＴ２との開始順序を逆にしても良い。また、両ス
テップＳＴ１，ＳＴ２を同時に開始しても構わない。即
ち、両ステップＳＴ１，ＳＴ２により、ＦＩＢ１Ｂを少
なくとも試料５に照射しつつプローブ２と試料５との距
離を縮めていくことができれば良い。

【００４５】ＦＩＢ装置１０１によれば、以下の効果を
得ることができる。即ち、プローブ２に流れる電流を電
流計１２でモニタすることによって、当該電流の変化か
らプローブ２と試料５との接触を検出する。このため、
従来のＦＩＢ装置のようにＳＩＭ像により接触を検出す
る場合と比較して、接触の検出の遅れを大幅に低減して
検出精度を向上することができる。これにより、試料
５、特にＴＥＭ試料と成るべき部分への損傷を格段に低
減することができる。その結果、切り出されたＴＥＭ試
料で以て正確な解析を行うことが可能である。

【００４６】しかも、ＦＩＢ装置１０１では、プローブ
２と試料５との距離を縮める際にＦＩＢ１Ｂを照射し、
当該照射により生じた電流を測定するので、プローブと
試料との間の導通状態で以て接触を検出する際に両者の
間に接続する電源を別途に必要としない。このため、Ｆ
ＩＢ装置１０１によれば、簡単で且つ安価な構成で以て
接触検出を行うことができる。

【００４７】＜実施の形態１の変形例１＞なお、プロー
ブ２用の駆動装置２２に変えて、図６に示すＦＩＢ装置
１０１ｂのように試料ステージ６用の駆動装置２６を設
けても良い。かかる駆動装置２６によってもプローブ２
と試料５との距離を制御することができる。駆動装置２
６として、例えば上述の直線移動のための機構等が適用
可能であり、更に、試料ステージ６の水平面内における
回転や水平方向に対する傾き等を制御するための周知の
各種機構を付加しても良い。また、図７に示すＦＩＢ装
置１０１ｃのように、駆動装置２２，２６の双方を備え
る構成であっても構わない。

【００４８】＜実施の形態２＞次に、実施の形態２に係
るＦＩＢ装置１０２を図８を参照しつつ説明する。な
お、ＦＩＢ装置１０１（図１参照）との相違を中心に説
明するものとし、既述の構成要素と同等のものには同一
の符号を付して、その説明を援用する。かかる点は以下
の説明においても同様とする。

【００４９】図８と既述の図１を比較すれば分かるよう
に、ＦＩＢ装置１０２では、試料ステージ６が電流計１
６を介して接地されている。即ち、試料５と電流計１６
とは電気的に接続されている。電流計１６は既述の電流
計１２と同等のものである。他方、プローブ２は電流計
を介することなく接地されている。

【００５０】既述のように、ＦＩＢ１Ｂが試料５の表面
に照射されている場合（図３のＦＩＢ１Ｂａを参照）、
プローブ２と試料５とが接触している時に試料５及び試
料ステージ６に流れる電流は、非接触時のそれよりも小
さい。かかる点に着目し、ＦＩＢ装置１０２では、試料
５及び試料ステージ６に流れる電流を電流計１６でモニ
タすることによって、当該電流の変化からプローブ２と
試料５との接触を検出する。ＦＩＢ装置１０２によって
も、ＦＩＢ装置１０１と同様の効果を得ることができ
る。

【００５１】ここで、試料ステージ６の内で少なくとも
試料５に接する部分と電流計１６が接続される部分との
間が導電性材料で構成されていれば、試料５に流れる電
流を電流計１６で検出することが可能である。

【００５２】なお、図９に示すＦＩＢ装置１０２ｂのよ
うに２つの電流計１２，１６を設けても良い。また、Ｆ
ＩＢ装置１０１ｂ，１０１ｃに対して、電流計１２に変
えて又は電流計１２に加えて電流計１６を適用しても良
い。

【００５３】＜実施の形態３＞次に、実施の形態３に係
るＦＩＢ装置１０３を図１０を参照しつつ説明する。図
１０と既述の図１とを比較すれば分かるように、ＦＩＢ
装置１０３は、ＦＩＢ装置１０１に対して電子ビーム発
生装置ないしは電子ビーム光学系１１を更に備える。

【００５４】詳細には、電子ビーム発生装置１１は試料
５を介して試料ステージ６と対面配置されている。電子
ビーム発生装置１１は電子銃ないしはカソード１１ａ，
収束レンズ等のレンズ系１１ｂ等を有しており、試料５
に対して電子ビーム１１Ｂを発生・照射することができ
る。電子ビーム発生装置１１として周知の各種の電子ビ
ーム発生装置が適用可能である。なお、図１０では電子
ビーム発生装置１１の全体が真空チャンバ５０内に配置
されている場合を図示しているが、電子ビーム１１Ｂを
真空チャンバ５０内に導入可能であれば電子ビーム発生
装置１１の一部又は全部が真空チャンバ５０の外部に配
置されていても構わない。

【００５５】既述のＦＩＢ装置１０１等とは異なり、Ｆ
ＩＢ装置１０３では、プローブ２と試料５との距離を縮
めて行き、プローブ２と試料５との接触を検出するステ
ップにおいてＦＩＢ１Ｂ（図１参照）ではなく電子ビー
ム１１Ｂを照射する。このとき、ＦＩＢ１Ｂを照射する
場合と同様に、プローブ２に流れる電流は、プローブ２
と試料５とが接触している時と非接触時とで異なる。そ
こで、プローブ２に流れる電流を電流計１２でモニタす
ることによって、当該電流の変化からプローブ２と試料
５との接触を検出する。

【００５６】なお、プローブ２に流れる電流ないしは電
流計１２に流れる電流の向きは、加速電圧や電子ビーム
の入射角等の電子ビーム１１Ｂの照射条件によって変わ
る場合があるが、接触検出のステップにおいて一定の照
射条件を用いることによってプローブ２に流れる電流の
変化を検出することは可能である。

【００５７】図１１に、プローブ２と試料５との接触を
検出する際のＦＩＢ装置１０３の制御方法ＳＴ０Ａを説
明するためのフローチャートの一例を示す。図１１に示
すように、本制御方法ＳＴ０Ａは、既述の図５のステッ
プＳＴ１に相当するステップＳＴ１ａにおいて電子ビー
ムの照射を開始する。引き続くステップＳＴ２〜ＳＴ４
は図５の制御方法ＳＴ０と同様である。このとき、両ス
テップＳＴ１ａ，ＳＴ２により、電子ビーム１１Ｂを少
なくとも試料５に照射しつつプローブ２と試料５との距
離を縮めていくことができれば良い。

【００５８】ＦＩＢ装置１０３によれば、ＦＩＢ装置１
０１が奏する既述の効果に加えて、以下の効果を得るこ
とができる。即ち、荷電粒子ビームの違いに起因して、
電子ビーム１１Ｂの方がＦＩＢ１Ｂよりも試料５をスパ
ッタする度合いが小さい。更に、ＦＩＢ１１Ｂの照射で
は、ＦＩＢ１１中のイオン例えばＧａイオンが試料５に
注入されて、ＴＥＭ試料の解析の際の不純物となりうる
場合があるのに対して、電子ビーム１１Ｂによればその
ような不純物が注入されることがない。従って、試料５
から切り出したＴＥＭ試料に対する解析をより正確に行
うことが可能である。

【００５９】なお、ＦＩＢ装置１０３においても、既述
のＦＩＢ装置１０１等と同様にプローブ２と試料５との
接触を検出する際にＦＩＢを照射しても構わない。

【００６０】また、図１２に示すＦＩＢ装置１０３ｂの
ように、既述のＦＩＢ装置１０２（図８参照）に対して
電子ビーム発生装置１１を設けても同様の効果が得られ
る。また、既述の各ＦＩＢ装置１０１ｂ，１０１ｃ，１
０２ｂ等に対して電子ビーム発生装置１１を設けても良
い。

【００６１】ここで、実施の形態３に係るＦＩＢ装置１
０３，１０３ｂのようにＦＩＢ装置がＦＩＢ発生装置及
び電子ビーム発生装置の双方を備える場合、当該ＦＩＢ
発生装置及び電子ビーム発生装置から成る構成が「荷電
粒子ビーム発生装置」に相当する。なお、既述の各実施
の形態１，２に係るＦＩＢ装置１０１，１０２等の場
合、ＦＩＢ発生装置自体が「荷電粒子ビーム発生装置」
に当たる。このとき、各実施の形態１，２に係るＦＩＢ
装置１０１，１０２等の荷電粒子ビーム発生装置の方が
構成が簡単である。

【００６２】＜実施の形態４＞次に、実施の形態４に係
るＦＩＢ装置１０４を図１３を参照しつつ説明する。図
１３と既述の図１とを比較すれば分かるように、ＦＩＢ
装置１０４は、電流計１２に変えて、測定した電流の値
に対応する信号Ｓ１２を出力可能な電流計１２ｂを有す
る。更に、ＦＩＢ装置１０４は、ＦＩＢ装置１０１に対
して例えばマイクロコンピュータ等から成る制御装置２
０を備えており、当該制御装置２０によるインタロック
機能を有する。詳細には、制御装置２０は、信号Ｓ２２
によって駆動装置２２を制御してプローブ２の動作を制
御する。更に、制御装置２０は電流計１２ｂが出力する
上記信号Ｓ１２を受信して、当該信号Ｓ１２の変化に基
づいてプローブ２と試料５との接触を検出する。そし
て、当該接触を検出した時点で駆動装置２２を停止させ
る。即ち、駆動装置２２を介してプローブ２と試料５と
の距離の制御を停止させる。

【００６３】図１４に、プローブ２と試料５との接触を
検出する際のＦＩＢ装置１０４の制御方法ＳＴ０Ｂを説
明するためのフローチャートの一例を示す。図１４に示
すように、本制御方法ＳＴ０Ｂでは、既述の図５のステ
ップＳＴ４に相当するステップＳＴ４ａにおいて上述の
インタロック機能により駆動装置２２の動作を停止させ
る。ステップＳＴ１〜ＳＴ３は図５の制御方法ＳＴ０と
同様である。

【００６４】ＦＩＢ装置１０４は制御装置２０によるイ
ンタロック機能を有するので、例えば手動で駆動装置２
２を制御する場合と比較して、プローブ２と試料５との
接触検出時における駆動装置２２の停止を確実に行うこ
とができる。このため、試料５、特にＴＥＭ試料と成る
べき部分への損傷を一層、低減することができる。その
結果、切り出されたＴＥＭ試料で以てより正確な解析を
行うことが可能である。

【００６５】なお、図１５に示すＦＩＢ装置１０４ｂの
ように、図６のＦＩＢ装置１０１ｂに対してインタロッ
ク機能を付与した構成としても良い。詳細には、制御装
置２０は、信号Ｓ２６により駆動装置２２を制御して試
料ステージ６の動作を制御すると共に、電流計１２ｂが
出力する上記信号Ｓ１２を受信してプローブ２と試料５
との接触を検出した時点で駆動装置２２の動作を停止さ
せる。ＦＩＢ装置１０４ｂによっても、ＦＩＢ装置１０
４と同様の効果を得ることができる。また、図７のＦＩ
Ｂ装置１０１ｃに対して制御装置２０によるインタロッ
ク機能を設けても構わない。

【００６６】＜実施の形態４の変形例１＞なお、図１６
に示すＦＩＢ装置１０４ｃによっても、ＦＩＢ装置１０
４と同様の効果を得ることができる。

【００６７】図１６と既述の図８とを比較すれば分かる
ように、ＦＩＢ装置１０４ｃは、電流計１６に変えて、
測定した電流の値に対応する信号Ｓ１６を出力可能な電
流計１６ｂを有する。更に、ＦＩＢ装置１０２に対して
制御装置２０を備えており、当該制御装置２０によるイ
ンタロック機能を有する。詳細には、制御装置２０は、
信号Ｓ２２によって駆動装置２２を制御してプローブ２
の動作を制御する。更に、制御装置２０は電流計１６ｂ
が出力する上記信号Ｓ１６を受信して、当該信号Ｓ１６
の変化に基づいてプローブ２と試料５との接触を検出す
る。そして、当該接触を検出した時点で駆動装置２２を
停止させる。即ち、駆動装置２２を介してプローブ２と
試料５との距離の制御を停止させる。

【００６８】また、図１７に示すＦＩＢ装置１０４ｄの
ように、図１６のＦＩＢ装置１０４ｃの駆動装置２２に
変えて駆動装置２６を設け、当該駆動装置２６を制御装
置２０によってＦＩＢ装置１０４ｃと同様に制御しても
良い。

【００６９】＜実施の形態４の変形例２＞次に、実施の
形態４の変形例２に係る第１〜第４のＦＩＢ装置１０４
ｅ〜１０４ｈを図１８〜図２１を参照しつつ説明する。

【００７０】まず、図１８に示すように、第１のＦＩＢ
装置１０４ｅは、図１０のＦＩＢ装置１０３の電流計１
２を電流計１２ｂに変え、更に制御装置２０を設けた構
成を有する。また、図１９に示す第２のＦＩＢ装置１０
４ｆのように、第１のＦＩＢ装置１０４ｅの駆動装置２
２に変えて駆動装置２６を設けても良い。

【００７１】更に、図２０に示すように、第３のＦＩＢ
装置１０４ｇは、図１２のＦＩＢ装置１０３ｂの電流計
１６を電流計１６ｂに変え、更に制御装置２０を設けた
構成を有する。また、図２１に示す第４のＦＩＢ装置１
０４ｈのように、第３のＦＩＢ装置１０４ｇの駆動装置
２２に変えて駆動装置２６を設けても良い。

【００７２】各ＦＩＢ装置１０４ｅ〜１０４ｈにおいて
も、制御装置２０のインタロック機能に起因した上述の
効果を得ることができる。また、ＦＩＢ装置１０ｃ等の
既述の他の各ＦＩＢ装置にインタロック機能を設けれ
ば、上述の効果を得ることができる。

【００７３】＜実施の形態５＞図２２に実施の形態５に
係る、試料とプローブとの接触検出方法を説明するため
の模式図を示す。実施の形態５では、図２２に示すよう
に、ＦＩＢ装置１０１において、ＴＥＭ用試料となる部
分を含んだ試料５の表面５Ｓ上に金属膜（導電性を有す
るコーティング膜）３１が形成されて成る試料５３１を
扱う。金属膜３１として真空中で安定であれば種々の材
料を用いることができ、例えば、Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａ
ｌ，Ｗ，Ａｇ，Ｃｏ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ等が適用可能で
ある。

【００７４】試料５３１はプローブ２及びＦＩＢ発生装
置１に金属膜３１を対面させて配置される。このとき、
試料ステージ６と試料５，５３１とは電気的に接続され
ている（従って試料ステージと試料５３１の金属膜３１
とが電気的に接続されている）。

【００７５】図２２に示すように金属膜３１が形成され
ている場合、プローブ２と試料５３１とが、より詳細に
はプローブ２と金属膜３１とが接触している状態におい
てプローブ２に流れる電流Ｉ２を増大させることができ
る。

【００７６】ここで、表２に、ＦＩＢ１Ｂの電流ないし
は１次ビーム電流（primary beam currennt）及びＦＩ
Ｂ１Ｂの照射条件を種々に設定した場合における、プロ
ーブ２に流れる電流の測定結果を示す。また、表２の内
容を図２３にグラフ化して示す。ここでは、試料５とし
てメモリデバイスを用い、金属膜３１として膜厚３０ｎ
ｍのＰｔを用いた。

【００７７】

【表２】

【００７８】表２に示すように、条件（ｄ）は、ＦＩＢ
１Ｂの電流が５．５×１０^-9Ａ，アパーチャサイズが
１，スキャン速度が０．２秒／Ｆｒａｍｅ，既述の観察
倍率が５００倍である。条件（ｅ）は、ＦＩＢ１Ｂの電
流が１．５×１０^-9Ａ，アパーチャサイズが２であり、
また、条件（ｆ）は、ＦＩＢ１Ｂの電流が３．４×１０
^-10Ａ，アパーチャサイズが３である。なお、条件
（ｅ）及び（ｆ）でのスキャン速度及び観察倍率は条件
（ｄ）と同じである。

【００７９】条件（ｄ）において、金属膜３１が無い場
合、プローブ２と試料５とが接触状態にある時にプロー
ブ２に流れる電流は３．０×１０^-10Ａであった。これ
に対して、金属膜３１を設けることによって、プローブ
２と試料５３１の金属膜３１とが接触状態にある時にプ
ローブ２に流れる電流は４．０×１０^-9Ａに増大した。
なお、金属膜３１の有無によらず、プローブ２と試料５
又は試料５３１とが非接触状態にある時の上記電流は
１．４×１０^-10Ａであった。

【００８０】同様に、金属膜３１を設けることによっ
て、条件（ｅ）では接触状態における上記電流が８×１
０^-11Ａから１．３×１０^-9Ａに増大し、又、条件
（ｆ）では上記電流が１．６×１０^-11Ａから３．４×
１０^-10Ａに増大した。

【００８１】なお、図２３では、条件（ｄ），（ｅ）及
び（ｆ）をそれぞれ白丸（○），黒丸（●）及び黒三角
（▲）で示し、金属膜３１が有る場合の電流変化を実線
で又金属膜３１が無い場合の電流変化を破線で示してい
る。

【００８２】ここで、プローブ２と金属膜３１とが接触
している時及び接触していない時のプローブ２に流れる
各電流量をＩｏｎ，Ｉｏｆｆとし、接触検出感度ＳをＳ
＝Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆと定義する。このとき、表２によれ
ば、金属膜３１が無い場合は接触検出感度Ｓは約２であ
るのに対して、金属膜３１が有る場合には接触検出感度
Ｓは約３０に増大することが分かる。即ち、接触検出感
度Ｓに１桁以上の大幅な向上が認められる。

【００８３】この感度向上、即ち上述のプローブ２に流
れる電流の増大には試料表面での電気抵抗が関与してい
る。つまり、試料５の表面５Ｓに金属膜３１を形成する
ことによって、ＦＩＢ１Ｂが照射されている位置からプ
ローブ２の先端２Ｔが接触する位置までの経路の抵抗が
下がり、その結果、金属膜３１が無い場合と比較して上
記経路での電流損失が抑えられるのである。

【００８４】次に、試料５３１を用いる場合において試
料５３１とプローブ２との接触を検出する方法ＳＴ１０
の一例を、図２４のフローチャートを参照しつつ説明す
る。

【００８５】まず、試料５を準備し（ステップＳＴ１
１）、試料５の表面５Ｓ上に金属膜３１を例えば蒸着法
を用いて形成することにより試料５３１を作製する（ス
テップ１２）。このとき、金属膜３１はプローブ２の接
触位置を含むＦＩＢ１Ｂの走査領域ないしは照射領域５
Ａに少なくとも形成すれば良い。そして、金属膜３１を
プローブ２及びＦＩＢ発生装置１の側に向けて試料５３
１を試料ステージ６上へ載せ、試料５３１をチャンバ５
０内へセッティングする（ステップＳＴ１３）。

【００８６】次に、ＦＩＢの照射を開始する（ステップ
ＳＴ１４）。その後、駆動装置２２を制御してプローブ
２と試料５３１との距離を縮めていく（ステップＳＴ１
５）。そして、電流計１２でモニタしている電流値が変
化したか否かを判定する（ステップＳＴ１６）。即ち、
当該ステップＳＴ１６においてプローブ２と試料５３１
の金属膜３１とが接触したか否かを判定する。ステップ
ＳＴ１６において電流値の変化が認められず、プローブ
２と試料５３１の金属膜３１とが未だ接触していないと
判定された場合、ステップＳＴ１５を続行する。これに
対して、ステップＳＴ１６において電流値が変化し、プ
ローブ２と試料５３１の金属膜３１とが接触したと判定
された場合、駆動装置２２の動作を停止させる（ステッ
プＳＴ１７）。

【００８７】なお、プローブ２と試料５３１とが接触す
る前にＦＩＢの照射を開始する限り、ステップＳＴ１４
とステップＳＴ１５との開始順序を逆にしても良い。ま
た、両ステップＳＴ１４，ＳＴ１５を同時に開始しても
構わない。即ち、両ステップＳＴ１４，ＳＴ１５によ
り、ＦＩＢ１Ｂを少なくとも試料５３１に照射しつつプ
ローブ２と試料５３１との距離を縮めていくことができ
れば良い。

【００８８】このように金属膜３１を有する試料５３１
を用いることによって、金属膜３１を有さない試料５を
用いる場合と比較して、プローブ２と試料５３１（の金
属膜３１）との接触／非接触に起因したプローブ２に流
れる電流の変化を大きくすることができる。従って、プ
ローブ２と試料５３１（詳細には試料５上の金属膜３
１）との接触／非接触をより高感度に検出することがで
きる。これにより、試料５３１、特にＴＥＭ試料と成る
べき部分への損傷を格段に低減することができる。その
結果、いわゆるマイクロサンプリング技術で以て試料か
ら解析部分（ＴＥＭ試料）を切り出して正確な解析を行
うことが可能となる。

【００８９】なお、試料表面を低抵抗化可能であれば、
金属膜３１に変えて例えばカーボン（Ｃ）膜等の導電性
を有するコーティング膜を試料５の表面５Ｓ上に形成し
ても同様の効果が得られる。

【００９０】＜実施の形態６＞さて、プローブ２と試料
とが接触している時及び接触していない時のプローブ２
に流れる各電流量をＩｏｎ，Ｉｏｆｆとすると、その差
ないしは変化量ΔＩは、 ΔＩ＝Ｉｏｎ−Ｉｏｆｆ＝ｋ（Ｉ₀＋Ｉ₀×δ_se）／Ｒ_surf で与えられる。ここで、ｋ，Ｉ₀，δ_se，Ｒ_surfはそれ
ぞれ定数，ＦＩＢ（１次イオンビーム）の電流量，ＦＩ
Ｂ１Ｂの照射時の試料表面の２次電子発生効率，試料表
面の電気抵抗である。なお、電流量Ｉ₀は例えば１０^-8
〜１０^-12Ａ程度である。かかる式によれば、ＦＩＢ１
Ｂの電流量Ｉ₀及び試料表面の２次電子発生効率δ_seが
大きいほど及び／又は試料表面の電気抵抗Ｒ_surfが小さ
いほど、電流変化量ΔＩをより大きくすることができる
ことが分かる。なお、２次電子発生効率δ_seの増大、即
ち２次電子の増大に伴って、ＦＩＢ照射により試料に生
じる電流自体は大きくなるが、上述の式に示されるよう
に電流変化量ΔＩは試料表面の抵抗Ｒ_surfに依存する。

【００９１】論文”Contrast Mechanisms in Focused I
on Beam Imaging（ISTFA '92:The 18th International
Symposium for Testing & Failure Analysisの373〜382
頁）”によれば、金属膜よりも金属酸化膜にＦＩＢを照
射した方が２次電子発生効率δ_seが高いことが開示され
ている。かかる点を利用すれば、（ＦＩＢ１Ｂの電流量
Ｉ₀及び試料表面の抵抗Ｒ_surfを調整すると共に）試料
５の表面５Ｓ上に金属酸化膜を形成することによって、
試料５に直にＦＩＢを照射する場合と比較して電流変化
量ΔＩをより大きくすることが可能である。

【００９２】そこで、実施の形態６では、図２５の模式
図に示すように、既述のＦＩＢ装置１０１において試料
５の表面５Ｓ上に金属酸化膜（導電性を有するコーティ
ング膜）３２が形成されて成る試料５３２を扱う。即
ち、図２２に示す金属膜３１の代わりに金属酸化膜３２
が形成されている。金属酸化膜３２として真空中で安定
であれば種々の材料を用いることができ、例えば、Ｃｕ
₂Ｏ，Ｆｅ₂Ｏ₃，Ａｌ₂Ｏ ₃，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂，ＺｎＯ
等が適用可能である。このとき、金属酸化膜３２の導電
性が高いほど上述の抵抗Ｒ_surfを低くすることができる
ので、金属酸化膜３２として例えばＩｎ₂Ｏ₃，Ｓｎ
Ｏ₂，ＺｎＯ等を用いることがより好ましい。

【００９３】次に、図２６のフローチャートに試料５３
２を用いる場合において試料５３２とプローブ２との接
触を検出する方法ＳＴ１０Ａの一例を示す。図２６と既
述の図２４とを比較すれば分かるように、試料の相違に
伴って本接触検出方法ＳＴ１０ＡはステップＳＴ１２
（図２４参照）に変えてステップＳＴ１２ａを備える。
即ち、ステップＳＴ１２ａにおいて、試料５の表面５Ｓ
上に金属酸化膜３２を例えば蒸着法を用いて形成するこ
とにより試料５３２を作製する。このとき、金属酸化膜
３２はプローブ２の接触位置を含むＦＩＢ１Ｂの走査領
域ないしは照射領域５Ａに少なくとも形成すれば良い。
接触検出方法ＳＴ１０Ａのその他のステップは図２４に
示す接触検出方法ＳＴ１０と同様である。

【００９４】このように金属酸化膜３２を有する試料５
３２を用いることによって、金属酸化膜３２を有さない
試料５の場合と比較して、プローブ２と試料５３２（詳
細には試料５上の金属酸化膜３２）との接触／非接触に
起因したプローブ２に流れる電流の変化を大きくするこ
とができる。従って、プローブ２と試料５３２との接触
／非接触をより高感度に検出することができる。これに
より、試料５３２の損傷を低減することができ、正確な
解析を行うことができる。

【００９５】＜実施の形態５及び６の変形例１＞なお、
既述のＦＩＢ装置１０２等においても試料５３１，５３
２を取り扱うことは可能である。

【００９６】＜実施の形態７＞図２７に実施の形態７に
係るＦＩＢ装置１１１の構成を説明するための模式図を
示す。図２７に示すように、ＦＩＢ装置１１１は図１に
示すＦＩＢ装置１０１の構成に加えて、配管５３，酸素
ガス供給源５４及びバルブ５５を含む酸素供給設備を更
に備える。詳細には、配管５３の一端はチャンバ５０内
へ、より好ましくはＦＩＢ１Ｂの照射領域へ酸素ガスを
導入可能に設けられている。そして、配管５３の他端は
バルブ５５を介して酸素ガス供給源５４へ繋がってい
る。ＦＩＢ装置１１１のその他の構成は図１に示すＦＩ
Ｂ装置１０１と同様である。なお、図２７に示すよう
に、ＦＩＢ装置１１１では金属膜３１が形成された試料
５３１を用いる。

【００９７】次に、図２８のフローチャートにＦＩＢ装
置１１１及び試料５３１を用いる場合において試料５３
１とプローブ２との接触を検出する方法ＳＴ１０Ｂの一
例を示す。まず、既述のステップＳＴ１１〜ＳＴ１３を
実行して、試料５３１を作製し、チャンバ５０内へセッ
ティングする。次に、配管５３を介してチャンバ５０内
へ酸素ガスを導入し、少なくとも試料５３１の金属膜３
１の露出表面を酸素雰囲気中に置く（ステップＳＴ１
８）。その後は既述のステップＳＴ１４〜ＳＴ１７を実
施する。即ち、本接触検出方法ＳＴ１０Ｂは既述の図２
４に示す接触検出方法ＳＴ１０のステップＳＴ１３，Ｓ
Ｔ１４間に上述の酸素ガス導入ステップＳＴ１８を更に
備える。なお、両ステップＳＴ１８，ＳＴ１４を同時に
開始しても構わない。

【００９８】接触検出方法ＳＴ１０Ｂでは試料５３１の
金属膜３１が酸素ガスに曝されるので、金属酸化膜３１
が酸化する。このため、試料５３１を用いる場合であっ
ても、金属酸化膜３２を有する試料５３２（図２５参
照）と同様の接触検出を実施することができる。従っ
て、接触検出方法ＳＴ１０Ｂによっても、上述の実施の
形態６に係る接触検出方法ＳＴ１０Ａと同様の効果が得
られる。

【００９９】なお、上述の説明では酸素ガスを用いる場
合を説明したが、酸素を含むガスであれば金属膜３１を
酸化することは可能である。また、既述のＦＩＢ装置１
０２等に酸素供給設備を設けることによっても同様の効
果が得られる。

【０１００】また、ＦＩＢ１Ｂの照射領域内の金属膜３
１の表面全体が酸化されておらず金属膜３１と金属酸化
膜とが混在していても構わない。なぜならば、金属膜３
１の内で酸化されていない部分は、金属膜３１が無い場
合よりも試料表面を低抵抗化して電流損失を抑えるとい
う既述の働きをするからである。かかる点に鑑みれば、
図２４の接触検出方法ＳＴ１０のステップＳＴ１２にお
いて又は図２６の接触検出方法ＳＴ１０ＡのステップＳ
Ｔ１２ａにおいて、金属膜３１と金属酸化膜３２との少
なくとも一方を含んだコーティング膜を試料５の表面５
Ｓ上に形成しても良いと言える。

【０１０１】＜実施の形態８＞図２９に実施の形態８に
係るＦＩＢ装置１１２の構成を説明するための模式図を
示す。図２９に示すように、ＦＩＢ装置１１２は図１に
示すＦＩＢ装置１０１においてプローブ２の代わりにプ
ローブ２Ａを備える。ＦＩＢ装置１１２のその他の構成
はＦＩＢ装置１０１と同様である。なお、ここでは図２
９に示すようにＦＩＢ装置１１２において試料５を取り
扱う場合を説明するが、ＦＩＢ装置１１２は試料５３
１，５３２にも対応可能である。換言すれば、ＦＩＢ装
置１１２は、既述の接触検出方法ＳＴ１０，ＳＴ１０Ａ
（図２４及び図２６を参照）及び接触検出方法ＳＴ１０
からステップＳＴ１２を除いた接触検出方法のいずれも
に対応可能である。

【０１０２】図３０にプローブ２Ａの模式的な断面図を
示す。図３０に示すように、プローブ２Ａは、既述のプ
ローブ２に相当する導電部２ａと、導電部２ａを被覆す
る絶縁部２ｂとから成る。絶縁部２ｂは例えばＳｉ
Ｏ₂，Ｓｉ₃Ｎ₄，エポキシ樹脂やハイドロカーボン樹脂
で形成される。なお、図３１の断面図に示すように、プ
ローブ２Ａの内で試料５に接触させる部分（ここではプ
ローブ２Ａの先端）には絶縁部２ｂが形成されておら
ず、導電部２ａが露出している。ＦＩＢ装置１１２では
プローブ２Ａの導電部２ａが電流計１２を介して接地さ
れている。

【０１０３】次に、図３２及び図３３に、ＦＩＢ装置１
１２における試料５とプローブ２Ａとの接触を検出する
方法の原理を説明するための模式図を示す。図３２はプ
ローブ２Ａが試料５に接触していない状態での模式図で
あり、図３３はプローブ２Ａの露出している導電部２ａ
が試料５に接触した時点での模式図である。

【０１０４】まず、図３２を参照しつつ、プローブ２Ａ
が試料５に未だ接触していない状態にある場合を説明す
る。このとき、ＦＩＢ１Ｂが試料５の表面に照射されて
いる場合（図３２のＦＩＢ１Ｂａを参照）、プローブ２
の場合と同様に（図２参照）、試料５に電流Ｉ５が生
じ、当該電流Ｉ５は試料５の内部に向かって流れる。こ
の電流Ｉ５は最終的に吸収電流ないしは試料電流とな
る。他方、プローブ２の場合とは異なり（図２参照）、
ＦＩＢ１Ｂがプローブ２Ａに照射されている場合であっ
ても（図３２のＦＩＢ１Ｂｂを参照）、絶縁部２ｂがＦ
ＩＢ１Ｂを遮るのでプローブ２Ａには電流が生じない。

【０１０５】次に、図３３を参照しつつ、プローブ２Ａ
の導電部２ａが試料５と接触した時点を説明する。この
とき、ＦＩＢ１Ｂが試料５の表面５Ｓに照射されている
場合（図３３のＦＩＢ１Ｂａを参照）、プローブ２の場
合と同様に（図２参照）、試料５に発生する電流Ｉ５
（図３２参照）がプローブ２Ａに向かって流れ、従って
プローブ２Ａの導電部２ａに電流Ｉ２が流れる。これに
対して、ＦＩＢ１Ｂがプローブ２Ａに照射されている場
合（図３３のＦＩＢ１Ｂｂを参照）、上述の非接触時と
同様にプローブ２Ａには電流が生じない。

【０１０６】つまり、プローブ２Ａによれば、接触検出
感度Ｓを表す既述の式Ｓ＝Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆにおいて、
プローブ２Ａの導電部２ａと試料５とが接触していない
時のプローブ２Ａに流れる電流量Ｉｏｆｆを限りなく０
に近づけることができる。このため、プローブ２の場合
と比較して接触検出感度Ｓを向上することができる。こ
れにより、試料５、特にＴＥＭ試料と成るべき部分への
損傷を格段に低減することができる。その結果、切り出
されたＴＥＭ試料で以て正確な解析を行うことが可能で
ある。

【０１０７】＜実施の形態８の変形例１＞なお、絶縁部
２ｂは導電部２ａへのＦＩＢ１Ｂの照射を遮蔽可能であ
れば良い。即ち、絶縁部２ｂはプローブ２Ａの内でＦＩ
Ｂが照射される部分に配置されていれば良い。このた
め、図３４の断面図に示すプローブ２Ｂのように、（プ
ローブ全体において）絶縁部２ｂを導電部２ａの内でＦ
ＩＢ１Ｂが照射される側の表面上のみに設けても良い。

【０１０８】また、図３５の断面図に示すプローブ２Ｃ
のように、（プローブ全体において）例えば円形の断面
の内でＦＩＢ１Ｂが照射される側の半円部分に絶縁部２
ｂを形成し、残る半円部分に導電部２ａを形成しても良
い。

【０１０９】なお、プローブ２Ａ〜２ＣをＦＩＢ装置１
０２等に適用することも可能である。

【０１１０】＜実施の形態１〜８の変形例１＞なお、荷
電粒子ビーム（具体的にはイオンビームや電子ビーム）
が集束されていなくても或いは集束の度合いが低くて
も、試料５，５３１，５３２とプローブ２，２Ａ〜２Ｃ
との接触を検出することは可能である。

【０１１１】

【発明の効果】（１）請求項１に係る発明によれば、荷
電粒子ビーム発生装置が発生する所定の荷電粒子ビーム
を少なくとも試料に照射しつつプローブと試料との距離
を縮める際に、電流計が電気的に接続されたプローブ又
は／及び試料に流れる電流を当該電流計で以て測定す
る。このとき、プローブと試料とが接触している場合と
接触していない場合とでは上記電流の値が異なるので、
電流計で測定された電流をモニタすることによってプロ
ーブと試料との接触／非接触を検出することができる。
従って、ＳＩＭ像により上記接触を検出する場合と比較
して、接触の検出の遅れを大幅に低減して検出精度を向
上することができる。かかる精度の高い検出を用いてプ
ローブと試料との接触時に両者の距離の制御を停止する
ことによって、試料への損傷を格段に低減することがで
きる。その結果、いわゆるマイクロサンプリング技術で
以て試料から解析部分を切り出して正確な解析を行うこ
とが可能となる。

【０１１２】しかも、電流計が測定する電流は上記所定
の荷電粒子ビームの照射によって試料に生じる電流に相
当する。このため、請求項１に係る発明によれば、プロ
ーブと試料との間の導通状態により両者の接触／非接触
を検出する場合とは異なり、導通状態の検出のための電
源を別途に必要としない。従って、簡単で且つ安価な構
成で以て上述の効果を得ることができる。

【０１１３】（２）請求項２に係る発明によれば、制御
装置が、電流計が出力する信号を受信して当該信号の変
化に基づいてプローブと試料との距離の制御を停止す
る。このため、プローブと試料との接触を検出した時点
でプローブと試料との距離の制御を停止することができ
る。従って、かかる距離制御の停止を、例えば手動で行
う場合と比較して、より確実に行うことができる。これ
により、上述の試料への損傷を一層、低減することがで
きる。その結果、上述の試料から切り出された解析部分
に対してより正確な解析を行うことが可能となる。

【０１１４】（３）請求項３に係る発明によれば、荷電
粒子ビームとして、荷電粒子ビーム発生装置が少なくと
も発生可能な集束イオンビームを用いる。このため、荷
電粒子ビーム発生装置にプローブと試料との接触検出の
ために別途の荷電粒子ビームの発生機構を設ける必要が
ない。従って、簡単な構成によって上記（１）の効果を
得ることができる。

【０１１５】（４）請求項４に係る発明によれば、所定
の荷電粒子ビームに電子ビームを用いる。電子ビームの
方が集束イオンビームよりも試料をスパッタする度合い
が小さい。更に、集束イオンビームの照射では、集束イ
オンビーム中のイオンが試料に注入されて解析の際に不
純物となりうる場合があるのに対して、電子ビームによ
ればそのような不純物の注入が起こることがない。従っ
て、上述の試料から切り出された解析部分に対してより
正確な解析を行うことが可能となる。

【０１１６】（５）請求項５に係る発明によれば、金属
膜が形成された試料を用いる場合において当該金属膜を
酸化して金属酸化膜とすることができる。金属酸化膜の
高い２次電子発生効率に起因して、プローブと試料上の
金属酸化膜とが接触している場合に測定される電流を金
属酸化膜が無い場合よりも増大することができる。これ
により、上述の電流の変化を確実に大きくすることがで
き、プローブと試料（上の金属酸化膜）との接触／非接
触をより高感度に検出することができる。

【０１１７】（６）請求項６に係る発明によれば、荷電
粒子ビームがプローブに照射されてもプローブには電流
が生じない。このため、絶縁部を有さない場合と比較し
て、試料と接触していない状態でのプローブに流れる電
流を低減することができる。即ち、プローブと試料との
接触／非接触による電流の変化を大きくすることができ
る。従って、プローブと試料との接触／非接触をより高
感度に検出することができる。このため、プローブと試
料とが接触した時点で両者の接近を停止することによっ
て、プローブによる試料の損傷を低減することができ
る。その結果、いわゆるマイクロサンプリング技術で以
て試料から解析部分を切り出して正確な解析を行うこと
が可能となる。

【０１１８】（７）請求項７に係る発明によれば、荷電
粒子ビーム発生装置が発生する所定の荷電粒子ビームを
少なくとも試料に照射しつつプローブと試料との距離を
縮める際に、プローブ又は／及び試料に流れる電流を測
定する。このとき、プローブと試料とが接触している場
合と接触していない場合とでは上記電流の値が異なるの
で、測定された電流をモニタすることによってプローブ
と試料との接触／非接触を検出することができる。従っ
て、ＳＩＭ像により上記接触を検出する場合と比較し
て、接触の検出の遅れを大幅に低減して検出精度を向上
することができる。また、かかる精度の高い検出を用い
てプローブと試料との接触時に両者の距離の制御を停止
するので、試料への損傷を格段に低減することができ
る。その結果、いわゆるマイクロサンプリング技術で以
て試料から解析部分を切り出して正確な解析を行うこと
が可能となる。

【０１１９】（８）請求項８に係る発明によれば、上記
（３）と同様の効果を得ることができる。

【０１２０】（９）請求項９に係る発明によれば、上記
（４）と同様の効果を得ることができる。

【０１２１】（１０）請求項１０に係る発明によれば、
試料に導電性を有するコーティング膜を形成することに
よって、プローブと試料上のコーティング膜との接触／
非接触による電流の変化をコーティング膜が無い場合よ
りも大きくすることができる。従って、プローブと試料
（上のコーティング膜）との接触／非接触をより高感度
に検出することができる。このため、プローブと試料
（上のコーティング膜）とが接触した時点で両者の接近
を停止することによって、プローブによる試料の損傷を
低減することができる。その結果、いわゆるマイクロサ
ンプリング技術で以て試料から解析部分を切り出して正
確な解析を行うことが可能となる。

【０１２２】（１１）請求項１１に係る発明によれば、
試料表面の抵抗をコーティング膜が無い場合よりも低く
することができる。このため、荷電粒子ビームの照射に
よって試料（上のコーティング膜）に生じる電流の損失
を低減することができる。これにより、プローブと試料
上のコーティング膜とが接触している場合に測定される
電流を増大することができる。これにより、上述の電流
の変化を確実に大きくすることができるので、上記（１
０）の効果が得られる。

【０１２３】（１２）請求項１２に係る発明によれば、
金属膜を酸化して金属酸化膜とすることができる。金属
酸化膜の高い２次電子発生効率に起因して、プローブと
試料上のコーティング膜とが接触している場合に測定さ
れる電流をコーティング膜が無い場合よりも増大するこ
とができる。これにより、上述の電流の変化を確実に大
きくすることができるので、上記（１０）の効果が得ら
れる。

【０１２４】（１３）請求項１３に係る発明によれば、
金属酸化膜の高い２次電子発生効率に起因して、プロー
ブと試料上のコーティング膜とが接触している場合に測
定される電流をコーティング膜が無い場合よりも増大す
ることができる。これにより、上述の電流の変化を確実
に大きくすることができるので、上記（１０）の効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係るＦＩＢ装置の構成を示す
模式図である。

【図２】実施の形態１に係るＦＩＢ装置の動作原理を
説明するための模式図である。

【図３】実施の形態１に係るＦＩＢ装置の動作原理を
説明するための模式図である。

【図４】実施の形態１に係るＦＩＢ装置における、プ
ローブと試料との状態と、プローブに流れる電流との関
係を示すグラフである。

【図５】実施の形態１に係るＦＩＢ装置の制御方法を
説明するためのフローチャートである。

【図６】実施の形態１の変形例１に係るＦＩＢ装置の
構成を示す模式図である。

【図７】実施の形態１の変形例１に係るＦＩＢ装置の
他の構成を示す模式図である。

【図８】実施の形態２に係るＦＩＢ装置の構成を示す
模式図である。

【図９】実施の形態２に係るＦＩＢ装置の他の構成を
示す模式図である。

【図１０】実施の形態３に係るＦＩＢ装置の構成を示
す模式図である。

【図１１】実施の形態３に係るＦＩＢ装置の制御方法
を説明するためのフローチャートである。

【図１２】実施の形態３に係るＦＩＢ装置の他の構成
を示す模式図である。

【図１３】実施の形態４に係るＦＩＢ装置の構成を示
す模式図である。

【図１４】実施の形態４に係るＦＩＢ装置の制御方法
を説明するためのフローチャートである。

【図１５】実施の形態４に係るＦＩＢ装置の他の構成
を示す模式図である。

【図１６】実施の形態４の変形例１に係るＦＩＢ装置
の構成を示す模式図である。

【図１７】実施の形態４の変形例１に係るＦＩＢ装置
の他の構成を示す模式図である。

【図１８】実施の形態４の変形例２に係るＦＩＢ装置
の第１の構成を示す模式図である。

【図１９】実施の形態４の変形例２に係るＦＩＢ装置
の第２の構成を示す模式図である。

【図２０】実施の形態４の変形例２に係るＦＩＢ装置
の第３の構成を示す模式図である。

【図２１】実施の形態４の変形例２に係るＦＩＢ装置
の第４の構成を示す模式図である。

【図２２】実施の形態５に係る、試料とプローブとの
接触検出方法を説明するための模式図である。

【図２３】実施の形態５に係る、プローブと試料との
状態と、プローブに流れる電流との関係を示すグラフで
ある。

【図２４】実施の形態５に係る、試料とプローブとの
接触検出方法を説明するためのフローチャートである。

【図２５】実施の形態６に係る、試料とプローブとの
接触検出方法を説明するための模式図である。

【図２６】実施の形態６に係る、試料とプローブとの
接触検出方法を説明するためのフローチャートである。

【図２７】実施の形態７に係るＦＩＢ装置の構成及び
ＦＩＢ装置における試料とプローブとの接触検出方法を
説明するための模式図である。

【図２８】実施の形態７に係る、試料とプローブとの
接触検出方法を説明するためのフローチャートである。

【図２９】実施の形態８に係るＦＩＢ装置の構成及び
ＦＩＢ装置における試料とプローブとの接触検出方法を
説明するための模式図である。

【図３０】実施の形態８に係るプローブの模式的な断
面図である。

【図３１】実施の形態８に係るプローブの模式的な断
面図である。

【図３２】実施の形態８に係るＦＩＢ装置における試
料とプローブとの接触を検出する方法の原理を説明する
ための模式図である。

【図３３】実施の形態８に係るＦＩＢ装置における試
料とプローブとの接触を検出する方法の原理を説明する
ための模式図である。

【図３４】実施の形態８の変形例１に係るプローブの
模式的な断面図である。

【図３５】実施の形態８の変形例１に係る他のプロー
ブの模式的な断面図である。

【符号の説明】

１集束イオンビーム発生装置、１Ｂ，１Ｂａ，１Ｂｂ
集束イオンビーム、１ａイオン源、１ｂ，１１ｂ
レンズ系、２，２Ａ〜２Ｃプローブ、２Ｔ先端部、
５，５３１，５３２試料、５Ａ走査領域、５Ｓ表
面、６試料ステージ、１１電子ビーム発生装置、１
１ａ電子銃、１１Ｂ電子ビーム、１２，１２ｂ，１
６，１６ｂ電流計、２０制御装置、２２，２６駆
動装置、３１金属膜（コーティング膜）、３２金属
酸化膜（コーティング膜）、５３配管、５４酸素ガス
供給源、１０１〜１０４，１０１ｂ，１０１ｃ，１０２
ｂ，１０３ｂ，１０４ｂ〜１０４ｈ，１１１，１１２
集束イオンビーム装置、Ｉ２，Ｉ５電流、Ｓ１２，Ｓ
１６，Ｓ２２，Ｓ２６信号、ＳＴ０，ＳＴ０Ａ，ＳＴ
０Ｂ制御方法、ＳＴ１〜ＳＴ４，ＳＴ１ａ，ＳＴ４
ａ，ＳＴ１１〜ＳＴ１７，ＳＴ１２ａステップ、ＳＴ
１０，ＳＴ１０Ａ，ＳＴ１０Ｂ接触検出方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 1/28 Ｇ０１Ｎ 1/32 Ｂ 1/32 1/28 ＧＦ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも集束イオンビームを発生可能
な荷電粒子ビーム発生装置と、試料と対面して配置されるプローブと、前記プローブと前記試料との距離を制御する駆動装置
と、前記プローブと前記試料との少なくとも一方に電気的に
接続され、前記荷電粒子ビーム発生装置が発生する所定
の荷電粒子ビームを少なくとも前記試料に照射しつつ前
記プローブと前記試料との前記距離を縮める際に、前記
プローブと前記試料との少なくとも一方に流れる電流を
測定する電流計とを備えることを特徴とする、集束イオ
ンビーム装置。
【請求項２】請求項１に記載の集束イオンビーム装置
であって、前記電流計は、測定した前記電流の値に対応する信号を
出力し、前記集束イオンビーム装置は、前記信号を受信し、前記信号の変化に基づいて前記プロ
ーブと前記試料との前記距離の制御を前記駆動装置を介
して停止する制御装置を更に備えることを特徴とする、
集束イオンビーム装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の集束イオンビー
ム装置であって、前記所定の荷電粒子ビームは前記集束イオンビームであ
ることを特徴とする、集束イオンビーム装置。
【請求項４】請求項１又は２に記載の集束イオンビー
ム装置であって、前記荷電粒子ビーム発生装置は電子ビームをも発生可能
であり、前記所定の荷電粒子ビームは前記電子ビームであること
を特徴とする、集束イオンビーム装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の集束
イオンビーム装置であって、前記試料の前記所定の荷電粒子ビームが照射される領域
付近に酸素を供給する酸素供給設備を更に備えることを
特徴とする、集束イオンビーム装置。
【請求項６】荷電粒子ビームを発生可能であり、前記
荷電粒子ビームを試料に照射する荷電粒子ビーム発生装
置と、導電部及び絶縁部を有し、前記試料と対面して配置され
るプローブとを備え、前記絶縁部は、前記プローブの内で前記荷電粒子ビーム
が照射される部分に配置されている一方で、前記プロー
ブの内で前記試料に接触させる部分には配置されていな
いことを特徴とする、集束イオンビーム装置。
【請求項７】少なくとも集束イオンビームを発生可能
な荷電粒子ビーム発生装置と、試料と対面して配置され
るプローブと、前記プローブと前記試料との距離を制御
する駆動装置とを備えた集束イオンビーム装置の制御方
法であって、前記荷電粒子ビーム発生装置が発生する所定の荷電粒子
ビームを少なくとも前記試料に照射しつつ前記プローブ
と前記試料との前記距離を縮める際に、前記プローブと
前記試料との少なくとも一方に流れる電流を測定し、前記電流の変化に基づいて前記プローブと前記試料との
前記距離の制御を停止することを特徴とする、集束イオ
ンビーム装置の制御方法。
【請求項８】請求項７に記載の集束イオンビーム装置
の制御方法であって、前記所定の荷電粒子ビームは前記集束イオンビームであ
ることを特徴とする、集束イオンビーム装置の制御方
法。
【請求項９】請求項７に記載の集束イオンビーム装置
の制御方法であって、前記荷電粒子ビーム発生装置は電子ビームをも発生可能
であり、前記所定の荷電粒子ビームは前記電子ビームであること
を特徴とする、集束イオンビーム装置の制御方法。
【請求項１０】試料とプローブとの接触を検出する方
法であって、（ａ）試料を準備するステップと、（ｂ）前記試料の表面上に導電性を有するコーティング
膜を形成するステップと、（ｃ）荷電粒子ビームを少なくとも前記コーティング膜
に照射しつつ前記コーティング膜とプローブとの距離を
縮めると共に、前記コーティング膜と前記プローブとの
少なくとも一方に流れる電流を測定するステップとを備
えることを特徴とする、接触検出方法。
【請求項１１】請求項１０に記載の接触検出方法であ
って、前記コーティング膜は金属膜を含むことを特徴とする、
接触検出方法。
【請求項１２】請求項１１に記載の接触検出方法であ
って、前記ステップ（ｃ）を酸素を含む雰囲気中で実施するこ
とを特徴とする、接触検出方法。
【請求項１３】請求項１０又は１１に記載の接触検出
方法であって、前記コーティング膜は金属酸化膜を含むことを特徴とす
る、接触検出方法。