JP5537653B2 - イオンビーム装置およびイオンビーム加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、イオンビームを用いてプローブを加工する機能を有するイオンビーム装置及びイオンビーム加工方法に関する。

分析装置に用いる微小試料片作製を容易にする試料作製装置として、集束イオンビーム（Focused Ion BEAM：以下ＦＩＢと略す）加工とマイクロマニピュレーション技術を組み合わせて微小試料を試料基板から摘出する装置が提案されている。この手法に関しては、特開平５−５２７２１号公報に記載されている。この試料作製装置では、荷電粒子線装置にプローブが導入されている。試料作製装置はＦＩＢ加工することで、試料基板から分析用の微小試料を分離する。またプローブによりこの分析用の微小試料を保持、運搬することができる。プローブの形状はイオンビーム走査と二次電子検出による走査イオン顕微鏡像（Scanning Ion Microscope：以下ＳＩＭ像）により認識される。またプローブの流入電流と荷電粒子線の走査信号とを同期させて得られる流入電流像よりプローブの形状を認識する手法もある。この手法については特開２０００−１７１３６４号公報に記載されている。

特開平５−５２７２１号公報 特開２０００−１７１３６４号公報

試料作製装置では、微小試料片を摘出するためにプローブ先端部は常に細く尖った形状であることが望まれる。しかし、試料作製のための微小試料片を摘出する操作を繰り返すと、プローブ先端部が次第に太くなる。そのため、作業者は試料の作製毎にプローブ再生のための加工を行う必要がある。プローブの加工では、作業者が荷電粒子線装置とプローブ制御装置を操作する必要がある。このためプローブ加工には作業者の高いスキルが要求される。

本発明の目的は、プローブ加工の作業スキルを必要とせず、規格化されたプローブを作製することができる装置及び方法を提供する。

本発明によると、プローブ電流検出装置によって検出したプローブ流入電流に基づいてプローブ形状を検出するプローブ形状生成処理と、前記プローブ形状よりプローの先端位置を検出するプローブ先端座標抽出処理と、前記プローブの先端位置と前記プローブ形状より前記プローブの外形に近似したプローブ外形線を生成するプローブ外形線抽出処理と、前記プローブ外形線よりプローブの中心線と垂直線を生成するプローブ中心線抽出処理と、前記プローブ先端位置、前記プローブ中心線、前記プローブ垂直線、及び、予め設定されたプローブ先鋭部の形状及び寸法に基づいて加工パターンを生成する加工パターン生成処理と、前記加工パターンに基づいてイオンビーム加工の停止を行うイオンビーム停止処理とを実行する。

本発明によると、プローブ加工の作業スキルを必要とせず、規格化されたプローブを作製することができる。

本発明によるイオンビーム装置の例の全体概略構成図。 本発明によるプローブ自動加工のための機能ブロック図。 本発明のプローブ自動加工の第１の例の手順説明図。 本発明のプローブ自動加工の第１の例の手順説明図。 本発明のプローブ自動加工の第１の例の手順説明図。 本発明のプローブ自動加工の第１の例の手順説明図。 本発明のプローブ自動加工の第１の例の手順説明図。 本発明のプローブ自動加工の第１の例の手順説明図。 本発明のプローブ自動加工の第１の例のイオンビーム停止処理の第１の例の説明図。 本発明のプローブ自動加工の第１の例のイオンビーム停止処理の第２の例の説明図。 本発明のプローブ自動加工の第１の例のイオンビーム停止処理の第２の例の説明図。 本発明のプローブ自動加工の第１の例のイオンビーム停止処理の第２の例の説明図。 本発明のプローブ自動加工の第１の例のイオンビーム停止処理の第３の例の説明図。 本発明のプローブ自動加工の第１の例のイオンビーム停止処理の第３の例の説明図。 本発明のプローブ自動加工の第１の例のイオンビーム停止処理の第３の例の説明図。 本発明のプローブ自動加工の第１の例のイオンビーム停止処理の第３の例の説明図。 本発明によるイオンビーム装置の表示装置の画面表示の一部の内容の一例を示す図。 本発明によるプローブ自動加工の処理の流れを示すフローチャート図。 本発明のプローブ自動加工の第２の例の手順説明図。 本発明のプローブ自動加工の第２の例の手順説明図。 本発明のプローブ自動加工の第３の例の手順説明図。 本発明のプローブ自動加工の第３の例の手順説明図。 本発明のプローブ自動加工の第４の例の手順説明図。 本発明のプローブ自動加工の第４の例の手順説明図。 本発明のプローブ自動加工のプローブ先端座標を求める手順説明図。 本発明のプローブ自動加工のプローブ先端座標を求める手順説明図。 本発明のプローブ自動加工のプローブ先端座標を求める手順説明図。 本発明のプローブ自動加工のプローブ先端座標を求める手順説明図。 本発明のプローブ自動加工のプローブ先端座標を求める手順説明図。 本発明のプローブ自動加工のプローブ先端座標を求める手順説明図。 本発明のプローブ自動加工のプローブ先端座標を求める手順説明図。

図１は、本発明によるイオンビーム装置の例の基本構成を示す。本例のイオンビーム装置は、半導体ウェハや半導体チップ等の基板２にイオンビーム９を照射するイオンビーム光学システム１と、基板２を載置する可動の試料台３と、プローブ４を試料台３とは独立に駆動するプローブ駆動装置５と、プローブ４の流入電流を検出するプローブ電流検出装置６と、イオンビームアシストデポジション用ガスを供給するためのデポジションガス源７と、基板２からの２次電子を検出する２次電子検出器８と、表示装置１０、入力装置１３、及び、中央処理装置１１を有する。イオンビーム光学システム１は、イオンビーム９を基板２上に走査する偏向器１２を有する。プローブ４とプローブ駆動装置５によってマニピュレータが構成される。中央処理装置１１は、イオンビーム光学システム１、試料台３、プローブ４、プローブ駆動装置５、デポジションガス源７、表示装置１０等を制御する。

２次電子検出器８によって検出された２次電子検出信号によって、基板２の画像が得られる。この画像は、表示装置１０によって表示される。デポジションガス源７は、プローブ４の先端と基板２の所望の位置を接続するための固定接続手段を構成する。イオンビーム光学システム１によるＦＩＢ加工によって、基板２から微小試料片を摘出することができる。微小試料片は、プローブ４によって搬送される。

本発明によると、プローブ電流検出装置６は、プローブ４の流入電流を増幅し、プローブ流入電流検出信号を生成し、中央処理装置１１に送る。中央処理装置１１は、プローブ４の流入電流からプローブ形状を検出し、それに基づいて加工パターンを生成する。イオンビーム光学システム１は加工パターンに基づいてプローブの先端を加工する。本例によると、加工パターンを生成するために、好ましくは、プローブ４の流入電流から生成した画像を用いる。それによって、簡単に且つ正確に加工パターンを生成することができる。しかしながら、加工パターンを生成するために、走査イオン顕微鏡像（ＳＩＭ像）を用いてもよい。

図２及び図３を参照して、本発明のイオンビーム装置における処理の流れを説明する。図２は、イオンビーム装置のうち、プローブ電流検出装置６、中央処理装置１１、偏向器１２、表示装置１０、入力装置１３、中央処理装置１１、及び、イオンビーム光学システム１からなるブロック図である。プローブ電流検出装置６は、プローブ４への流入電流（Ｉｐ）を検出し、それを増幅し、画像信号（Ｓｐ）を生成し、中央処理装置１１に供給する。偏向器１２はイオンビーム走査信号（Ｓｄ）を生成し、それを中央処理装置１１に供給する。中央処理装置１１は、プローブ形状生成処理２１、プローブ画像格納処理２２、プローブ先端座標抽出処理２３、プローブ外形線抽出処理２４、プローブ中心線抽出処理２５、加工パターン生成処理２６、及び、イオンビーム停止処理２７を実行する。以下に、これらの処理を説明する。

プローブ形状生成処理２１では、画像信号（Ｓｐ）とイオンビーム走査信号（Ｓｄ）から、プローブの形状を検出する。基板２の上側に、プローブの先端が配置されているものとする。イオンビームを基板２上に走査すると、基板２の上側に配置されたプローブ上にもイオンビームが走査される。イオンビームがプローブ上を走査しているときには、プローブ流入電流検出信号（Ｓｐ）はゼロとならない。即ち、Ｓｐ≠０になる。イオンビームがプローブ上を通り過ぎて、基板上を走査しているときは、プローブ流入電流検出信号（Ｓｐ）はゼロとなる。即ち、Ｓｐ＝０になる。従って、プローブ流入電流検出信号（Ｓｐ）を検出することによって、イオンビームがプローブ上を走査しているのか、プローブ上を通り過ぎて基板上を走査しているのかが判る。こうして、Ｓｐ≠０からＳｐ＝０に変化する点を結ぶことによって、プローブの外形を描くことができる。こうして、プローブ画像は、プローブの外形の輪郭線の座標として得られる。

次に、プローブ画像格納処理２２では、プローブ形状生成処理２３にて得られたプローブ像を、メモリに格納する。メモリに格納されたプローブ像５０は、表示装置１０にて表示される。図３Ａは、プローブ形状生成処理２３によって得られたプローブ像５０の例を示す。尚、プローブ像５０をメモリに保存しないで、直接表示装置１０に表示することも可能である。

プローブ先端座標抽出処理２３では、プローブ像５０からプローブ先端５１の位置を検出し、その座標を読み取る。この処理の詳細は後に説明する。図３Ｂは、プローブ先端５１が検出された状態を示す。

プローブ外形線抽出処理２４では、プローブ像５０とプローブ先端５１の位置から、プローブ像５０の外形線５２を検出する。外形線５２は、プローブ先端とプローブ根元を通る直線であり、プローブ像５０の輪郭を近似したものである。外形線５２を求めるには、例えば、最小二乗法を用いてよい。先ず、プローブ先端を通る直線の式を設定し、その傾きを最小二乗法により求めればよい。図３Ｃは、プローブ外形線抽出処理２７によって求めた２本の外形線５２を示す。

プローブ中心線抽出処理２５では、２本の外形線５２から、プローブ中心線５３と、プローブ垂直線５４を作成する。中心線５３は、２本の外形線５２の中点の軌跡として得られる。プローブ中心線５３の傾きは、２本のプローブ外形線５２の傾きの平均に等しい。中心線５３が得られれば、垂直線５４を求めることができる。中心線５３が傾斜している場合には、中心線５３が水平方向または垂直方向に向くように、プローブ像５０を回転させる。

加工パターン生成処理２６では、加工パターンを生成する。加工パターンは、イオンビームを照射し、それによってプローブを削除すべき領域を示す。本例では、加工パターンは矩形とする。中央処理装置１１は、プローブ先端座標抽出処理２３によって得られたプローブ先端５１の座標と、プローブ外形線抽出処理２４によって得られた２本のプローブ外形線５２と、プローブ中心線抽出処理２５によって得られたプローブ中心線５３及び垂直線５４と、更に、入力装置１３を介して入力されたプローブ形状入力情報Ｓｉに基づいて、加工パターン２０１の形状と位置を求める。プローブ形状入力情報Ｓｉは、図３Ｅ及び図３Ｆに示すように、予め設定されたプローブ先鋭部の幅Ｄ_１と長さＬである。プローブ形状入力情報Ｓｉは、作業者が、入力装置１３を介して入力してもよいが、予めメモリに格納しておき、それを読み出してもよい。

本例の加工パターンは矩形である。以下に、矩形の４つの頂点５５、５６、５７、５８を求める手順を説明する。図３Ｅに示すように、垂直線５４の上に、プローブ先端５１からプローブ先鋭部の幅Ｄ_１の半分の距離Ｄ_１／２の点を求め、それを第１の頂点５５とする。次に、第１の頂点５５を通り中心線５３に平行な線を引き、プローブ先端５１からプローブ先鋭部の長さＬに相当する距離の点を第２の頂点５６とする。第２の頂点５６を通り、垂直線５４に平行な線を引き、プローブ外形線５２との交点を第３の頂点５７とする。第３の頂点５７を通り、中心線５３に平行な線が垂直線５４と交わる点を第４の頂点５８とする。４つの頂点５５、５６、５７、５８を結ぶ矩形が加工パターン２０１である。加工パターン２０１を表す矩形の内側の長辺は、プローブ先鋭部の外形を表し、プローブ中心線５３に平行である。尚、加工パターン２０１は、プローブ像の両側に設定する。

イオンビーム光学システム１は、中央処理装置１１によって設定された加工パターンに基づいて、ＦＩＢ加工を行う。図３Ｆは、ＦＩＢ加工によって得られたプローブ先鋭部６０の例を示す。加工パターンの領域をＦＩＢ加工することによって除去すると、予め設定された幅Ｄ_１と長さＬを有するプローブ先鋭部６０が得られる。プローブの先端は円錐形である。従って、ＦＩＢ加工によって加工パターンの領域を除去すると、プローブ先鋭部の断面は細長い形状となる。そこで、プローブを９０度回転させて、同様にＦＩＢ加工を行えばよい。それによってプローブ先鋭部の断面が正方形となる。

中央処理装置１１は、次に、イオンビーム停止処理２７を行う。本例によると、イオンビーム停止処理２７は３つの場合を含む。以下に、図４、図５及び図６を参照してイオンビーム停止処理２７を説明する。

図４を参照してイオンビーム停止処理の第１の場合を説明する。本例では、プローブ画像と加工パターンより、ＦＩＢ加工に要する時間を予測し、イオンビーム照射時間を設定する。イオンビーム照射を開始してから、設定したイオンビーム照射時間が経過したら、自動的にイオンビーム照射を停止する。プローブは、円錐形状をしている。このため、プローブの幅と、プローブの厚さは、ほぼ同じである。イオンビーム照射時間は、プローブの根元の幅Ｄ_２により設定する。例えば、プローブの根元の幅Ｄ_２が大きければイオンビーム照射時間は長くなり、プローブの根元の幅Ｄ_２が小さければイオンビーム照射時間は短くなる。

図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃを参照して、イオンビーム停止処理の第２の場合を説明する。本例では、加工中のプローブ画像をモニタし、プローブ画像と加工パターンを比較し、加工パターンを表す矩形の内側の長辺とプローブ画像の外形の間の差が所定の値より小さくなったときに、自動的にイオンビーム照射を停止する。図５Ａは、加工開始前における加工パターン２０１の中のプローブ画像５０の外形５０ａを示す。加工開始前ではプローブ画像５０の外形５０ａは傾斜している。図５Ｂは、ＦＩＢ加工により、プローブ画像の外形５０ａが変形した状態を示す。ＦＩＢ加工を行うと、プローブ画像の外形５０ａの傾斜が小さくなり、直線化する。図５Ｃは、ＦＩＢ加工によりプローブ画像が小さくなり、外形５０ａが変化した状態を示す。加工が進むと、加工パターン２０１を表す矩形の内側の長辺とプローブ画像の外形５０ａの間の差５０ｂが小さくなる。加工パターン２０１を表す矩形の内側の長辺とプローブ画像の外形５０ａの差５０ｂが所定の値より小さくなったら、イオンビーム照射を停止する。

本例では、プローブ画像をモニタしながらＦＩＢ加工するので、高精度にて、加工パターンの部分を除去することができる。しかしながら、本例では、加工パターン２０１の形状と位置は固定されている。そのため、図５Ｃに示すように、プローブ画像が小さくなると、加工パターン２０１におけるプローブ画像以外の空間が大きくなる。ＦＩＢ加工では、加工パターンの範囲にイオンビームを照射する。即ち、加工パターン内なら、プローブが存在してもしなくてもイオンビームを照射する。従って、プローブが存在しない領域では、イオンビームの照射は無駄となる。そこで、次の例では、加工パターンを変化させる。

図６Ａ〜図６Ｄを参照して、イオンビーム停止処理の第３の場合を説明する。本例では、加工中のプローブ画像をモニタし、プローブ画像が変化したら、それに従って加工パターンを変化させる。ＦＩＢ加工が進むほど、加工パターンの寸法、特に、幅が小さくなる。加工パターンの幅が所定の値より小さくなったときに、自動的にイオンビーム照射を停止する。

図６Ａは、加工前の加工パターン２０１Ａを示す。加工パターン２０１Ａの横の寸法をＸ_０、縦の寸法をＹ_０とする。図６Ｂは、加工開始後の加工パターン２０１Ｂを示す。プローブ画像５０が小さくなっており、更に、その外形は平坦となっている。加工パターン２０１Ｂの横の寸法をＸ_１、縦の寸法をＹ_１とする。加工パターン２０１Ｂの横の寸法Ｘ_１は変化していないが、縦の寸法Ｙ_１は小さくなっている。図６Ｃは、更に、加工が進んだ状態の加工パターン２０１Ｃを示す。プローブ画像５０が更に小さくなっている。加工パターン２０１Ｃの横の寸法をＸ_２、縦の寸法をＹ_２とする。加工パターン２０１Ｃの横の寸法Ｘ_２は変化していないが、縦の寸法Ｙ_２は更に小さくなっている。図６Ｄは、更に、加工が進んだ状態の加工パターン２０１Ｄを示す。プローブ画像５０が更に小さくなっている。加工パターン２０１Ｄの横の寸法をＸ_３、縦の寸法をＹ_３とする。加工パターン２０１Ｄの横の寸法Ｘ_３は変化していないが、縦の寸法Ｙ_３は極めて小さくなっている。そこで加工パターン２０１Ｄの縦の寸法Ｙ_３が所定の値より小さくなったら、自動的にイオンビーム照射を停止する。

本例では、加工が進行し、プローブ画像５０が小さくなると、それに応じて、加工パターンの縦の寸法Ｙを小さくする。加工パターンの生成方法は、図３Ａ〜図３Ｆを参照して説明した方法と同様である。この方法では、加工パターンの２本の長辺のうち、内側の長辺の位置は固定され、外側の長辺の位置が変化する。

図７は、表示装置１０に表示された画面の例を示す。図示のように、画面のプローブ加工開始ボタン７０をクリックすると、本発明によるプローブ自動加工が開始される。

図８を参照して、本発明によるプローブ自動加工の処理を説明する。ステップＳ１０１にて、プローブの流入電流を画像信号へ変換する。ステップＳ１０２にて、プローブ形状生成処理２１を実行する。即ち、画像信号と走査信号よりプローブ形状情報を生成する。ステップＳ１０３にて、プローブ画像格納処理２２を実行する。即ち、プローブ形状情報をメモリに貯える。ステップＳ１０４にて、プローブ先端座標抽出処理２３を実行する。即ち、プローブ形状情報からプローブ先端の座標を抽出する。ステップＳ１０５にて、プローブ外形線抽出処理２４を実行する。即ち、プローブ先端を通り、プローブの外形の輪郭に近似した直線を抽出する。ステップＳ１０６にて、プローブ中心線抽出処理２５を実行する。プローブ外形線からプローブの中心線と垂直線を抽出する。ステップＳ１０７にて、プローブ中心線が水平または垂直を向いているかを確認する。プローブ中心線が水平または垂直を向いている場合は、ステップＳ１０９に進む。プローブ中心線が水平または垂直を向いていない場合は、ステップＳ１０８に進み、プローブ中心線が水平または垂直になるように、プローブ形状情報を回転させる。ステップＳ１０９にて、加工パターン生成処理２６を実行する。ステップＳ１１０にて、加工パターンに基づいて、プローブをＦＩＢ加工する。ステップＳ１１１にて、イオンビーム照射を停止するか否かを判定する。上述のように本例では、３つの場合がある。イオンビーム照射を停止すべきであると判定したときは、ステップＳ１１２に進み、イオンビーム停止処理を行う。

本例のプローブ自動加工は、中央処理装置１１において、ソフトウェアで実行させてもよい。

以上のように、本例のイオンビーム装置では、プローブ形状生成処理２１、プローブ画像格納処理２２、プローブ先端座標抽出処理２３、プローブ外形線抽出処理２４、プローブ中心線抽出処理２５、加工パターン生成処理２６、及び、イオンビーム停止処理２７を自動的に実行する。本例では、作業者の高い作業スキルを必要とせずに容易かつ高速、確実に規格化されたプローブを作製することができる。

図９Ａ及び図９Ｂを参照して、本発明によるイオンビーム加工方法の第２の例を説明する。上述の第１の例では、加工パターンは矩形であった。本例では、加工パターン２０２は３角形である。以下に、３角形の３つの頂点５５、５６、５７を求める手順を説明する。本例で用いるイオンビーム装置は、図１に示したイオンビーム装置と同様な構成であってよい。

図９Ａは、加工パターン生成処理２６によって加工パターン２０２を生成した状態を示す。本例では、図３Ｅを参照して説明したのと同様に、垂直線５４の上に、プローブ先端５１からプローブ先端部の幅Ｄ_１の半分の距離Ｄ_１／２の点を求め、それを第１の頂点５５とする。次に、第１の頂点５５を通り中心線５３に平行な線を引き、プローブ先端５１からプローブ先鋭部の長さＬに相当する距離の点を第２の頂点５６とする。第２の頂点５６を通り、垂直線５４に平行な線を引き、プローブ外形線５２との交点を第３の頂点５７とする。第３の頂点５７と第１の頂点５５を結ぶ斜線を引く。それによって３角形の加工パターン２０２が形成される。加工パターン２０２を表す矩形の内側の長辺は、プローブ先鋭部の外形を表し、プローブ中心線５３に平行である。尚、加工パターン２０２は、プローブ像５０の両側に設定する。図９Ｂは、ＦＩＢ加工によって得られたプローブ先鋭部６０の例を示す。加工パターンの領域をＦＩＢ加工することによって除去すると、予め設定された幅Ｄ_１と長さＬを有するプローブ先鋭部が得られる。

図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して、本発明によるイオンビーム加工方法の第３の例を説明する。上述の第１及び第２の例では、予め設定されたプローブ先鋭部の形状は、同一の幅の棒状体であった。また、加工パターンは矩形又は３角形であった。本例では、予め設定されたプローブ先鋭部の形状は、先端が尖った針状体である。また、加工パターンは傾斜３角形である。以下に、３角形の３つの頂点を求める手順を説明する。本例で用いるイオンビーム装置は、図１に示したイオンビーム装置と同様な構成であってよい。

図１０Ａは、加工パターン生成処理２６によって加工パターン２０３を生成した状態を示す。本例では、プローブ先端５１を第１の頂点とする。次に、垂直線５４の上に、プローブ先端５１からプローブ先端部の根元の幅Ｄ_２の半分の距離Ｄ_２／２の点を求め、それを補助点５５とする。次に、補助点５５を通り中心線５３に平行な線を引き、補助点５５からプローブ先鋭部の長さＬに相当する距離の点を第２の頂点５６とする。第２の頂点５６を通り、垂直線５４に平行な線を引き、プローブ外形線５２との交点を第３の頂点５７とする。第３の頂点５７と第１の頂点であるプローブ先端５１を結ぶ斜線を引く。それによって傾斜３角形の加工パターン２０３が形成される。尚、加工パターン２０３は、プローブ像５０の両側に設定する。２つの加工パターン２０２を表す３角形の内側の傾斜した辺は、プローブ先鋭部の外形を表し、プローブ中心線５３に対して対称である。図１０Ｂは、ＦＩＢ加工によって得られたプローブ先鋭部６２の例を示す。加工パターンの領域をＦＩＢ加工することによって除去すると、予め設定された根元幅Ｄ_２と長さＬを有する針状のプローブ先鋭部が得られる。

図１１Ａ及び図１１Ｂを参照して、本発明によるイオンビーム加工方法の第４の例を説明する。上述の例では、予め設定されたプローブ先鋭部の形状は、単一の先端を有する棒状体又は針状体であった。本例では、図１１Ｂに示すように、プローブ先鋭部の形状は２つの先端を有する二股構造である。この場合には、図１１Ａに示すように、３つの加工パターン２０４を設定すればよい。プローブ画像の外形の各点及び先端の座標は求められている。従って、加工パターンの形状と位置を、プローブ画像の座標上に設定することにより、ＦＩＢ加工を自動的に実行することができる。加工パターンは、プローブ中心線に対して対称的な形状を有し、且つ、対称的な位置に配置される。従って、図２及び図８に示したイオンビーム加工方法によって、自動的に加工することができる。本発明によるイオンビーム加工方法の第４の例によると、任意の加工パターンを作成することができるため、プローブの先端の形状を任意の形状に加工できる効果がある。

図１２Ａ、図１２Ｂ、及び、図１２Ｃを参照して、プローブ先端を検出する方法の例を説明する。図１２Ａは、2値化（0と1とする）した画像信号Spによって表示されたプローブ画像を表す。白い部分はプローブ像を表し、画像信号Sp＝１であり、暗い部分は、プローブ像でないことを表し、画像信号Sp＝０である。

図１２Ｂは図１２Ａの画像を格納したメモリの内容を模式的に示した図である。この画像は、N×M個の画素によって構成されている。画素の座標は（Xi，Yj）（i，jは整数）で表される。但し、ｉ＝０〜Ｎ、ｊ＝０〜Ｍである。NはX方向の視野のデジタル分割数であり、MはY方向の視野のデジタル分割数である。

図１２Ｃは、所定のYについて、Ｘ方向に沿って画像信号Spを読み出した結果を模式的に示す。高いレベルは、Sp＝１、低いレベルは、Sp＝０である。例えば、Y＝Y0〜Ym−1までは、全てのXに対して画像信号Sp＝0である。Y＝Ym〜YMでは、所定のXの範囲に対して画像信号Sp＝1である。この情報から、プローブ先端を検出することができる。例えば、Y＝Y0〜Ymにおいて、各行の画像信号Spを読み出し、立ち上がり（0→1）と立ち下がり（1→0）のX間隔が最も小さいところが先端であると判断してよい。図示の例では、座標（Xn，Ym）がプローブ先端座標と判定する。

図１３Ａに示すように、プローブ像が横向きの場合には、上述のような方法では、プローブ先端を検出することができない。図１３Ｂは、図１３Ａの画像を格納したメモリの内容を模式的に示したものである。この場合、各ＹについえＸ方向に沿って画像信号Spを読み出すと、立ち上がり（0→1）を検出することはできるが、立ち下がり（1→0）を検出することはできない。そこで、図１３Ｃ及び図１３Ｄに示すように、各Ｘ値に対してＹ方向に沿って画像信号Spを読み出せばよい。立ち上がりと立ち下がりのY間隔が最も小さいところを取出せば、その座標がプローブ先端座標となる。

本例のプローブ先端位置同定法は、プローブ流入電流検出信号に基づいてプローブ画像を生成している。従って、プローブ以外の領域にて画像信号Sp＝１となることはない。そのため、高精度にて、プローブ像を得ることができる。従って、SIM像から画像パターン認識によってプローブ像を得る場合と比較して、高精度にてプローブ画像を得ることができる。

本例では、画像信号Spを2値化することにより、ノイズを除去することができる。しかしながら、プローブ像以外の領域にSp＝1の特異点が存在し、上述の方法では先端位置を検出することができない場合には、メモリ内の全画素に対して各画素の周辺の画素との平均をとり、スムージング化を行うことで特異点を除去することができる。

上述の例では、加工パターンを生成するために、プローブ画像５０として、プローブの流入電流像を用いる場合を説明した。しかしながら、プローブの流入電流像の代わりに走査イオン顕微鏡像（ＳＩＭ像）を用いてもよい。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。

１…イオンビーム光学システム、２…基板、３…試料台、４…プローブ、５…プローブ駆動装置、６…プローブ電流検出装置、７…デポジションガス源、８…２次電子検出器、９…イオンビーム、１０…表示装置、１１…中央処理装置、１２…偏向器、１３…入力装置、２１…プローブ形状生成処理、２２…プローブ画像格納処理、２３…プローブ先端座標抽出処理、２４…プローブ外形線抽出処理、２５…プローブ中心線抽出処理、２６…加工パターン生成処理、５０…プローブ像、５１…プローブ先端、５２…プローブ外形線、５３…プローブ中心線、５４…プローブ垂直線、５５，５６，５７，５８…点、６０，６１，６２…プローブ先鋭部、２０１，２０２，２０３、２０４…加工パターン、

Claims (20)

1. 試料にイオンビームを照射するイオンビーム光学システムと、
   前記試料に接触することが可能なプローブと、
   前記プローブを駆動させるプローブ駆動装置と、
   前記プローブに流入する電流を検出するプローブ電流検出装置と、
   前記試料から微小試料を作成するために前記イオンビーム光学システム及び前記プローブを制御する中央処理装置と、
   を有し、
   前記プローブ電流検出装置によって検出したプローブ流入電流に基づいてプローブ形状を検出するプローブ形状生成処理と、
   前記プローブ形状よりプローブの先端位置を検出するプローブ先端座標抽出処理と、
   前記プローブの先端位置と前記プローブ形状より前記プローブの外形に近似したプローブ外形線を生成するプローブ外形線抽出処理と、
   前記プローブ外形線よりプローブの中心線と垂直線を生成するプローブ中心線抽出処理と、
   前記生成されたプローブ中心線が、水平または垂直を向いているかどうかを判定する判定処理と、を実行し、
   （i）前記判定処理の結果、前記プローブ中心線が、水平または垂直を向いている場合には、続いて、前記プローブ先端位置、前記プローブ中心線、前記プローブ垂直線、及び、予め設定されたプローブ先鋭部の形状及び寸法に基づいて加工パターンを生成する加工パターン生成処理と、
   前記加工パターンに基づいてイオンビーム加工の停止を行うイオンビーム停止処理と、を実行し、
   （ii）前記判定処理の結果、前記プローブ中心線が、水平または垂直を向いていない場合には、前記プローブ形状を回転させたのちに、前記加工パターン生成処理と、前記イオンビーム停止処理と、を実行することを特徴とするイオンビーム装置。
2. 請求項１記載のイオンビーム装置において、
   前記イオンビーム停止処理では、イオンビーム照射を開始してから、予め設定したイオンビーム照射時間が経過したらイオンビーム照射を停止するように構成されているイオンビーム装置。
3. 請求項１記載のイオンビーム装置において、
   前記イオンビーム停止処理では、加工中のプローブ画像をモニタし、プローブ画像と加工パターンを比較し、加工パターンとプローブ画像の外形の間の差が所定の値より小さくなったときに、イオンビーム照射を停止するように構成されているイオンビーム装置。
4. 請求項１記載のイオンビーム装置において、
   前記イオンビーム停止処理では、加工中のプローブ画像をモニタし、プローブ画像が変化したら、それに従って加工パターンを変化させ、加工パターンの幅が所定の値より小さくなったときに、イオンビーム照射を停止するように構成されているイオンビーム装置。
5. 請求項１記載のイオンビーム装置において、
   前記加工パターン生成処理では、前記プローブ中心線に対称に、２つ加工パターンを生成し、該２つの加工パターンの内側の線は、前記予め設定されたプローブ先鋭部の形状に対応していることを特徴とするイオンビーム装置。
6. 請求項１記載のイオンビーム装置において、
   前記予め設定されたプローブ先鋭部の形状は矩形であり、前記加工パターンは、前記プローブ中心線に対称に形成された、２つの矩形形状であることを特徴とするイオンビーム装置。
7. 請求項１記載のイオンビーム装置において、
   前記予め設定されたプローブ先鋭部の形状は矩形であり、前記加工パターンは、前記プローブ中心線に対称に形成された、２つの３角形形状であることを特徴とするイオンビーム装置。
8. 請求項１記載のイオンビーム装置において、
   前記プローブ外形線抽出処理では、前記プローブの先端位置を通る直線を設定し、該直線の傾斜を最小二乗法によって求めることによって、前記プローブ外形線を生成することを特徴とするイオンビーム装置。
9. 請求項１記載のイオンビーム装置において、
   前記プローブ形状生成処理では、前記プローブ流入電流に基づいて２値化した画像信号を生成し、該２値化した画像信号からプローブ形状を検出することを特徴とするイオンビーム装置。
10. 試料の上側に配置されたプローブの形状を生成するプローブ形状生成ステップと、
    前記プローブ形状からプローブ先端の位置を検出するプローブ先端位置検出ステップと、
    前記プローブの形状と前記プローブ先端の位置から前記プローブの外形に近似し且つ前記プローブ先端を通るプローブ外形線を生成するプローブ外形線抽出ステップと、
    前記プローブ外形線よりプローブの中心線と垂直線を生成するプローブ中心線抽出ステップと、
    前記生成されたプローブ中心線が、水平または垂直を向いているかどうかを判定する判定ステップと、を実行し、
    （i）前記判定処理の結果、前記プローブ中心線が、水平または垂直を向いている場合には、続いて、前記プローブ中心線、前記プローブ垂直線、及び、予め設定されたプローブ先鋭部の形状及び寸法に基づいて加工パターンを生成する加工パターン生成ステップと、
    前記加工パターンに基づいてイオンビームを照射し、該加工パターンの領域にあるプローブを除去するイオンビーム照射ステップと、
    前記イオンビームの照射を停止するイオンビーム停止ステップと、を実行し、
    （ii）前記判定処理の結果、前記プローブ中心線が、水平または垂直を向いていない場合には、前記プローブ形状を回転させたのちに、前記加工パターン生成ステップと、前記イオンビーム照射ステップと、前記イオンビーム停止ステップと、を実行するイオンビーム加工方法。
11. 請求項１０記載のイオンビーム加工方法において、
    前記プローブ形状生成ステップでは、前記プローブ流入電流に基づいて２値化した画像信号を生成し、該２値化した画像信号からプローブ形状を検出すること特徴とするイオンビーム加工方法。
12. 請求項１０記載のイオンビーム加工方法において、
    前記プローブ形状生成ステップでは、走査イオン顕微鏡像（ＳＩＭ像）からプローブ形状を検出すること特徴とするイオンビーム加工方法。
13. 請求項１０記載のイオンビーム加工方法において、
    前記イオンビーム停止ステップでは、イオンビーム照射を開始してから、予め設定したイオンビーム照射時間が経過したらイオンビーム照射を停止するように構成されているイオンビーム加工方法。
14. 請求項１０記載のイオンビーム加工方法において、
    前記イオンビーム停止ステップでは、加工中のプローブ画像をモニタし、プローブ画像と加工パターンを比較し、加工パターンとプローブ画像の外形の間の差が所定の値より小さくなったときに、イオンビーム照射を停止するように構成されているイオンビーム加工方法。
15. 請求項１０記載のイオンビーム加工方法において、
    前記イオンビーム停止ステップでは、加工中のプローブ画像をモニタし、プローブ画像が変化したら、それに従って加工パターンを変化させ、加工パターンの幅が所定の値より小さくなったときに、イオンビーム照射を停止するように構成されているイオンビーム加工方法。
16. イオンビームを照射するイオンビーム光学システムと、
    前記試料に接触することが可能なプローブと、
    前記プローブを駆動させるプローブ駆動装置と、
    前記プローブに流入する電流を検出するプローブ電流検出装置と、
    前記試料からの２次電子を検出する２次電子検出器と、
    前記試料から微小試料を作成するために前記イオンビーム光学システム及び前記プローブを制御する中央処理装置と、
    を有し、
    前記試料の上に配置されたプローブの形状を検出するプローブ形状生成処理と、
    前記プローブ形状よりプローの先端位置を検出するプローブ先端座標抽出処理と、
    前記プローブの先端位置と前記プローブの形状より前記プローブの外形に近似したプローブ外形線を生成するプローブ外形線抽出処理と、
    前記プローブ外形線よりプローブの中心線と垂直線を生成するプローブ中心線抽出処理と、
    前記生成されたプローブ中心線が、水平または垂直を向いているかどうかを判定する判定処理と、を実行し、
    （i）前記判定処理の結果、前記プローブ中心線が、水平または垂直を向いている場合には、続いて、前記プローブ先端位置、前記プローブ中心線、前記プローブ垂直線、及び、予め設定されたプローブ先鋭部の形状及び寸法に基づいて加工パターンを生成する加工パターン生成処理と、
    前記加工パターンに基づいたイオンビーム加工の停止を行うイオンビーム停止処理と、を実行し、
    （ii）前記判定処理の結果、前記プローブ中心線が、水平または垂直を向いていない場合には、前記プローブ形状を回転させたのちに、前記加工パターン生成処理と、前記イオンビーム停止処理と、を実行することを特徴とするイオンビーム装置。
17. 請求項１６記載のイオンビーム装置において、
    前記プローブ外形線抽出処理では、前記プローブの先端位置を通る直線を設定し、該直線の傾斜を最小二乗法によって求めることによって、前記プローブ外形線を生成することを特徴とするイオンビーム装置。
18. 請求項１６記載のイオンビーム装置において、
    前記加工パターン生成処理では、前記プローブ中心線に対称に、２つ加工パターンを生成し、該２つの加工パターンの内側の線は、前記予め設定されたプローブ先鋭部の形状に対応していることを特徴とするイオンビーム装置。
19. 請求項１６記載のイオンビーム加工方法において、
    前記プローブ形状生成処理では、走査イオン顕微鏡像（ＳＩＭ像）からプローブ形状を検出すること特徴とするイオンビーム装置。
20. 請求項１６記載のイオンビーム加工方法において、
    前記プローブ形状生成処理では、前記プローブ電流検出装置によって検出したプローブ流入電流に基づいてプローブ形状を検出すること特徴とするイオンビーム装置。

Images