荷電ビーム装置、及びそのクリーニング方法
【課題】反応性ガスによる汚れを効率良く除去することができる荷電ビーム装置、及びそのクリーニング方法を提供する。
【解決手段】試料４が載置され適宜移動可能な試料ホルダー３上に、試料４上の荷電ビーム照射部分に反応性ガス１８を供給するガス銃１１を挿入するためのガス供給部挿入口１７、及び荷電ビーム６を導入するための荷電ビーム導入口１６を有するクリーニング室８を設け、ガスノズル１２に付着した付着物１４を除去する。
【解決手段】試料４が載置され適宜移動可能な試料ホルダー３上に、試料４上の荷電ビーム照射部分に反応性ガス１８を供給するガス銃１１を挿入するためのガス供給部挿入口１７、及び荷電ビーム６を導入するための荷電ビーム導入口１６を有するクリーニング室８を設け、ガスノズル１２に付着した付着物１４を除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電ビームを照射して試料の観察・分析、又は加工等を行う荷電ビーム装置、及びそのクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電ビーム（イオンビーム、電子ビーム）を照射して試料の観察・分析、又は加工等を行う荷電ビーム装置において、試料表面に反応性ガスを供給しながら荷電ビームを照射すると、試料へのデポジション（ビーム誘起堆積）やエッチングを局所的に高速化することができる。前者の方法は、ガスアシストデポジション（Gas Assisted Deposition：以下、GADと略す）と呼ばれており、半導体集積回路（LSI）等における半導体の配線接続や、集束イオンビーム（Focused Ion Beam：以下、FIBと略す）による試料断面の加工、透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：以下、TEMと略す）の試料作製時に試料へのダメージを低減させる表面保護膜の形成、又は不良箇所へのマーキング形成等に利用されている。一方、後者の方法は、ガスアシストエッチング（Gas Assisted Etching：以下、GAEと略す）と呼ばれており、LSI等の半導体の配線の高速除去のほか、良好な走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：以下、SEMと略す）画像を得るためにFIBによる加工面の段差を顕著化する際等に利用されている。
【０００３】
ところで、上記のGADやGAE等のガス処理を行うと、利用した反応性ガスが荷電ビーム装置内で反応し、ガス成分を主成分とした汚れが鏡体内の機器や試料等に膜状に付着する場合がある。この汚れの膜は、ガス処理を繰り返すと厚みを増し、衝撃等によって剥離して異物となる恐れがある。また、この膜が絶縁物の場合には、帯電してビームドリフトの発生原因となり、デポ膜形成時等に不具合を発生させる場合がある。そのため、これらの不具合を避けるために汚れの膜を定期的に除去する必要がある。
【０００４】
この反応性ガスによる汚れをクリーニングする方法には、荷電ビーム装置の試料室内を反応性ガス雰囲気としながらクリーニング対象物に荷電ビームを照射してエッチングにより汚れを除去するものがある（特許文献１等参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−３１３４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の方法では、反応性ガスは試料室全体に供給されるため、クリーニング対象物に吸着するガス分子量が少なくなってしまい、効率良くクリーニング処理することが困難だった。そのためクリーニングの完了までに時間がかかってしまい、装置のスループットが低下する場合があった。
【０００７】
本発明の目的は反応性ガスによる汚れを効率良く除去することができる荷電ビーム装置、及びそのクリーニング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、荷電ビームを生成する荷電ビーム発生源と、この荷電ビーム発生源からの荷電ビームを集束し試料に照射する荷電ビーム光学系と、試料上の荷電ビーム照射部分に反応性ガスを供給するガス供給部と、このガス供給部を挿入するためのガス供給部挿入口、及び荷電ビームを導入するための荷電ビーム導入口を有し、試料室内に設けられたクリーニング室とを備えるものとする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、クリーニング対象物に吸着する反応性ガスの分子を増加することができるので、反応性ガスによる汚れを効率良く除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の荷電ビーム装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１１】
図１は本発明の第１の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図である。
【００１２】
図に示す荷電ビーム装置は、室内が真空排気される試料室１と、試料室１内に設けられた可動式のステージ２と、ステージ２の上部に取り付けられ、載置された試料４を固定手段（例えば、ピン）で固定する試料ホルダー３と、荷電ビーム（電子ビーム、イオンビーム）６を試料４に向かって照射する荷電ビーム鏡体１０と、試料４上の荷電ビーム照射部分に反応性ガスを供給するガス銃（ガス供給部）１１と、ガス銃１１に付着した反応性ガスによる汚れを除去するためのクリーニング室８と、ガス銃１１（クリーニング対象物）に対するクリーニング処理の終点を検出するための照射エネルギー分散型Ｘ線分析装置（以下、ＥＤＸと略す）３５（後述の図９参照）と、試料４からの２次電子を検出する２次電子検出器（電子検出手段）１３を備えている。
【００１３】
試料室１は、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ、バルブ等で構成される排気系（図示せず）と接続されており、反応性ガスを流さない状態で、例えば１０−５Ｐａ程度の高真空度に保持されている。また、特に図示していないが、試料室１には、試料を大気中で搬送する大気搬送ユニット（図示せず）との間に介在するかたちでロードロック室が隣接している。試料４搬入の際には、例えば、大気搬送ユニット内の大気搬送ロボット（図示せず）によって試料４がFOUP（Front Opening Unified Pod）等からロードロック室内に待機したステージ２上に搬送され、ロードロック室の大気を排出した後、ステージ２が試料室１内に移動する。なお、試料４を搬出する場合は上記と逆の手順で行えば良い。
【００１４】
ステージ２は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向の移動に加え、回転（Ｒ）及び傾斜（Ｔ）する５軸ステージであり、試料４を載せた試料ホルダー３を作業に応じて適宜移動させる。なお、説明のため、試料４は、例えば、直径３００ｍｍのシリコンウェーハとする。
【００１５】
図２は本発明の第１の実施の形態である荷電ビーム装置における試料ホルダー３の上面図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。
【００１６】
図示したように、試料ホルダー３の上面には、試料４の他に、荷電ビーム６のフォーカスや非点収差を補正するためのパターンが付された荷電ビーム調整治具７と、ガス銃１１に付着した汚れを除去するためのクリーニング室８と、試料４から摘出したマイクロサンプルを保持するカートリッジ機構部７５（後述する図２４参照）が設けられている。
【００１７】
図３はクリーニング室８の断面図である。図３（ａ）は図２中のIIIa-IIIa断面における断面図であり、図３（ｂ）は他の例における断面図である。
【００１８】
図３（ａ）において、クリーニング室８は、荷電ビーム６を室内に導入するための開口部である荷電ビーム導入口１６と、ガス銃１１のガスノズル１２（後述）を挿入するための開口部であるガス供給部挿入口１７を有している。これら開口部１６，１７以外の部分は密閉されており、室内の圧力ができるだけ保持されるように構成されている。
【００１９】
ガス銃１１は、先端に設けられた噴出孔１０１（後述する図５参照）から反応性ガスが噴出されるガスノズル１２を有しており、ガスノズル１２はガス供給部挿入口１７を介してクリーニング室８内に挿入されている。ガスノズル１２には反応性ガスによる汚れの膜（付着膜）１４が付着している。付着膜１４は、GADやGAE等のガス処理を行った場合に利用した反応性ガスが荷電ビーム装置内で反応することによって形成され、反応ガスの成分を主成分とした汚れの膜である。
【００２０】
各開口部１６，１７の径は極力小さく構成することが好ましい。これは、ガスノズル１２の噴出孔１０１から噴出される反応性ガスの圧力と、ガス供給部挿入口１７のクリーニング室８側における圧力の差を小さくすることにより、クリーニング室８内における反応性ガスの圧力値を大きくするためである。これにより、クリーニング対象物（ガス銃１１）に付着する反応性ガス分子の数が増大するので、クリーニング速度を向上させることができる。この点を鑑みて、本実施の形態では、例えば、クリーニング室８を１辺が１０ｍｍ程度の略立方体形状とし、各開口部１６，１７の直径を２ｍｍ程度としている。
【００２１】
また、クリーニング室８には、図３（ｂ）に示すように、２次電子検出器１３側の内部壁面（上面）に設けられた電極２０と、その他の内部壁面（側面）に設けられた電極２４を設けると好ましい。
【００２２】
図示した各電極２０，２４は、絶縁物２２（例えば、フッ素樹脂等）を介して壁面内に取り付けられており、電位的に浮いている。各電極２０，２４はそれぞれ電源２１と接続されており、この各電源２１によって、図に示すように、２次電子検出器１３側の電極２０には正電位が与えられ、側面の電極２４には負電位が与えられている。これにより、クリーニング室８から検出器１３側へより多くの２次電子２３が引き出されるので、SN比の高い２次電子像を得ることができる。なお、側面に設けられた電極２４に与える電位はアース電位でも良い。また、例えば、荷電ビーム６の加速電圧を１ｋVとすると、発生する２次電子２３のエネルギーは平均２eV程度と比較的低くなるので、各電極２０，２４には数十V程度の負又は正の電位を与えれば良い。
【００２３】
電極２０は、２次電子２３が２次電子検出器１３に導入されやすいように、メッシュ形状に形成することが好ましい。なお、この場合、メッシュ形状にする部分と上面全体の面積比、及びメッシュ間隔を大きくし過ぎると反応性ガスがクリーニング室８から漏洩し易くなるので、これらの大きさには充分配慮する。
【００２４】
次に、荷電ビーム鏡体１０の構成について、荷電ビーム発生源が電子源である場合を例に挙げて説明する。
【００２５】
図４は電子源を有する場合の荷電ビーム鏡体１０の内部構造を示す図である。
【００２６】
図に示す荷電ビーム装置は、その鏡体（カラム）１０（対物レンズ１５６（後述）部分のみ図示）内に設けられた各機器の制御を行う制御部１５０と、制御部１５０が処理した結果等を表示する表示部（モニタ）１８０と、電子ビームを生成する電子源（荷電ビーム発生源）１５１と、電子源１５１から所定のエミッション電流の電子ビーム（荷電ビーム）６を引き出す引き出し電極１５２と、引き出した電子ビーム６を集束する第１集束コイル１５３と、第１集束コイル１５３で集束された電子ビーム６の必要な部分だけを取り出す絞り１５４と、絞り１５４によって絞られた電子ビーム６を集束する第２集束コイル１５５と、第２集束コイル１５５で集束された電子ビーム６を集束し微小スポットとして試料４に照射する電子レンズを形成する対物レンズ１５６と、電子ビーム６を試料４上で走査する偏向コイル１５７を主に備えている。
【００２７】
上記のうち、引き出し電極１５２、第１集束コイル１５３、絞り１５４、第２集束コイル１５５、対物レンズ１５６、及び偏向コイル１５７等は、電子源１５１から電子ビーム６を集束・偏向して試料４上に適宜照射する電子ビーム光学系（荷電ビーム光学系）１６５を構成している。
【００２８】
対物レンズ１５６は、対物レンズコイル電圧制御電源１７５に印加される電圧によって磁場を発生する対物レンズコイル１５８と、対物レンズコイル１５８を内包するように設けられ試料４側の電極（下極）１５９を構成する対物レンズ磁路１６０と、下極１５９の上方に位置するように対物レンズ磁路１６０に絶縁部１６１を介して取り付けられたブースター電極（上極）１６２を備え、試料４に対面するように鏡体１０の下端に設けられている。
【００２９】
制御部１は、図示は省略するが、各種処理作業を行う処理部（マイクロプロセッサ等）、処理用プログラムや処理結果等を記憶する記憶部（ＨＤＤ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、及び処理部への命令を入力する入力部（キーボード等）等を備えている。
【００３０】
また、制御部１は、電子源１５１及び引き出し電極１５２に接続された高電圧制御電源１７０、第１集束コイル１５３に接続された第１集束コイル制御電源１７１、第２集束コイル１５５に接続された第２集束コイル制御電源１７２、偏向コイル１５７に接続された偏向コイル制御電源１７３、ブースター電極１６２に接続されたブースター電極電圧制御電源１７４、対物レンズコイル１５８に接続された対物レンズコイル電圧制御電源１７５、２次電子検出器１３に接続された２次電子検出器制御電源１７６（図１参照）、及びガス銃１１に接続されたガス銃コントローラ１７７（図１参照）等と接続されており、これら各電源及びコントローラ等を処理部等を利用して適宜制御している。
【００３１】
図５は図１におけるガス銃１１付近を拡大して示す断面図である。
【００３２】
この図において、ガス銃１１は、反応性ガスを噴出する噴出孔１０１が先端に設けられたガスノズル１２と、ガスノズル１２と連結された本体１０２と、大気圧となる荷電ビーム装置外において本体１０２を外周から覆う本体カバー１０３と、真空に保持された試料室１内部において本体１０２を外周から覆う真空ベロー１０４と、試料室１の隔壁１２５に設けられた孔１０５に取り付けられ、ガス銃１１を保持するフランジ１０６と、ガスボンベ（ガス源）１０７と接続されガスノズル１２に反応性ガスを供給するガス管１０８を備えている。ガス銃１１を構成する各部材は、鏡体１０内の磁場分布を極力乱さないようにする点に配慮して、非磁性材料（例えば、SUS材やアルミ材）で製作することが好ましい。
【００３３】
本体１０２は、ガスノズル１２側と反対側の端部においてジョイント部材１０９を介してエアシリンダ（駆動装置）４６と接続されており、外周面に沿って複数配置されたローラベアリング１１１を介して本体カバー１０３内に収納されている。
【００３４】
エアシリンダ４６は、空気供給源（図示せず）と接続されており、ガス銃コントローラ１７７（図１参照）の指令によって噴出孔１０１を試料４に対して軸方向に沿って進退させる。この進退機能を利用することにより、GAD及びGAEを行う際には噴出孔１０１を試料４上の荷電ビーム照射部分に接近させる（例えば、照射部分から上空、約２００μｍの位置）ことができ、その他の時には試料４から待避させることができる。ガス銃１１には、ガスノズル１２を一定距離以上試料４に近づかせないようにするためのストッパー（図示せず）が設けられており、誤操作等によって試料又はノズル先端が損傷することを防止している。ローラベアリング１１１は本体１０２が進退する際の軸ブレの発生を抑制する。なお、ガスノズル１２の進退の微調整は微調整機構（図示せず）によって行なう。
【００３５】
ガス銃１１の姿勢（仰角及び俯角、首振り角度）を変更する際には、フランジ１０６に設けられカバー本体１０３の姿勢を保持している調整ネジ１２０を利用する。調整ネジ１２０は、フランジ１０６を介してカバー本体１０３の上下方向及び水平方向から２本ずつ取り付けられており、これら４本のネジをネジ孔に対して適宜進退させるによってガス銃１１を所望の姿勢に保持する。また、本体１０２はモーター等の回転駆動装置１２１とギア等の動力伝達装置１２２を介して連結されており、ガスノズル１２をその軸心周りに回転させる場合には、ガス銃コントローラ１７７を介して回転駆動装置１２１を駆動させることにより回転させることができる。なお、試料室１内におけるガス銃１１の移動及び回転は、上記の構成に限らず、制御部１５０で制御されるロボットアームを設け、その自由端側にガス銃１１を取り付けて適宜移動・回動させる等しても勿論良い。
【００３６】
真空ベロー１０４は、本体１０２の進退に応じて伸縮できるように蛇腹状に形成されており、その内部（本体１０２側）は大気圧に保持されている。また、フランジ１０６と隔壁１２５の間には孔１０５を取り囲むようにOリング１２３が設けられており、試料室１の内部を大気と切り離している。
【００３７】
ガス管１０８は、上流側においては複数のガスボンベ１０７と調整弁１２４を介して接続され、下流側においては真空ベロー１０４を外周から取り囲むようにコイル状に配された後にガスノズル１２と結合されている。このようにガス管１０８をコイル状に配することにより、本体１０２が進退してもそれに追随して伸縮することができる。
【００３８】
各ガスボンベ１０７には、GAD用のデポジションガス、及びGAE用のエッチングガスが適宜貯留されており、調整弁１２４を開閉することで使用する反応ガスを作業内容に応じて切り換えることができる。デポジションガスの例としては、タングステンカルボニル（W(CO)6）、酸化シリコン膜を生成するテトラエチルオキシシラン（Si(OC2H5)4，別称：テオス）、モリブデンカルボニル（M(CO)6）、及びカーボン系のガス等が挙げられ、エッチングガスの例としては、2フッ化キセノン（XeF2）や、フッ素系ガス（CF4等）、塩素系ガス等が挙げられる。
【００３９】
ＥＤＸ（クリーニング終点検出手段）３５は、比較的高電圧（例えば３０ｋＶ）に加速された荷電ビーム６の照射点から放出される特性Ｘ線を検出し、照射点における元素分析を行う。元素分析の結果は、例えば、後述する図１０に示すようなグラフで表示部１８０に表示される（詳細は後述）。このような元素分析の結果、反応性ガスによる汚れの膜が残存していないことが検出されればクリーニング終了とする。なお、クリーニング処理の終点の検出精度を向上させるには、クリーニング対象物上の複数箇所に荷電ビーム６を照射して、複数箇所の元素分析を行うことが好ましい。また、装置の構成を簡略化する観点から、特性Ｘ線を放出させる際に利用する荷電ビーム６は、荷電ビーム鏡体１０内の荷電ビーム発生源から放出するのが好ましい。
【００４０】
２次電子検出器１３は荷電ビーム６が照射された試料４から放出する２次電子を検出する。試料４から放出された２次電子は、２次電子検出器１３内で正電位（１０ｋＶ程度）に印加されたシンチレータ（図示せず）の電界に引き寄せられ、加速されてシンチレータを光らせる。発光した光はライトガイドで光電子倍増管（ともに図示せず）に入射し、電気信号に変換される。光電子倍増管の出力は更に増幅されて、表示部１８０のブラウン管の輝度を変化させる。そして、これを鏡体１０内の偏向コイル（図示せず）の走査信号と同期させることで加工点における２次電子像を生成している。
【００４１】
なお、２次電子検出器１３以外の電子検出手段としては、反射電子検出器（図示せず）がある。反射電子検出器は、荷電ビーム６の照射により試料４の表面から放出される反射電子を検出するものであり、２次電子検出器１３による２次電子像と同様、反射電子像を形成する際に利用される。反射電子像は試料観察面の凹凸等を検出することができる。
【００４２】
また、特に図示しないが、試料室１内には、光学顕微鏡と、Ｚセンサーが設けられている。光学顕微鏡は、試料４上のアライメント用のマークを数点検出し、試料４のアライメントを行う。Ｚセンサーは、試料４上の加工点までの距離を計測し、試料４表面の高さが反り等によって変化しても、その変化量をキャンセルするようにステージ２を鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動させて、ワーキングディスタンスを一定に保持している。これによりウェーハ反り等に起因する荷電ビームのフォーカスズレの発生が防止される。
【００４３】
図６は表示部１８０に表示される荷電ビーム装置のグラフィカルユーザーインターフェース（以下、ＧＵＩと略す）の一例を示す図である。
【００４４】
図に示すＧＵＩ画面３７は、クリーニング時期の通知メッセージ等が表示されるメッセージ表示部３８と、試料の２次電子像等が表示される画像表示部３９と、荷電ビーム６の電流値、ビーム種、及びビーム調整表示等のビームパラメータが表示されるパラメータ表示部４０と、複数種類の既定の運転モードの中から実行する運転モードを選択をするための運転モード選択パネル（ナビションパネル）４１と、運転モード選択パネル４１で選択した運転モードに応じて荷電ビーム装置を操作するためのコマンドが表示されるコマンドパネル４２を備えている。
【００４５】
コマンドパネル４２には、ガス銃１１のクリーニングを開始するためのクリーニングボタン４３が設けられている。メッセージ表示部３８にメンテナンス要求が出た場合にクリーニングボタン４３を選択すると、ガス銃１１のクリーニング処理が自動的に開始される。コマンドパネル４２には、この他に、高電圧印加、ビーム電流計測等の操作を行うための各種コマンドが表示されており、操作者は所望の操作を選択することができる。
【００４６】
運転モード選択パネル４１には、例えば、予め設定されたレシピに基づいて一般オペレータが加工処理を行うモード（ジョブモード）や、運転のための各設定値（ビームのフォーカスや、非点収差補正等の値）をマニュアルで変更するためのモード（システムモード）、装置のメンテナンスを行う際に利用するデータ（各機器の累積使用時間、及び使用可能時間等）が表示されるモード（メンテナンスモード）等を選択することができるボタンが設けられている。
【００４７】
上記のように構成されるＧＵＩ画面３７において、クリーニング時期の通知メッセージは制御部１５０によって以下のようにしてメッセージ表示部３８に表示される。
【００４８】
制御部１５０は、荷電ビーム発生源からの荷電ビームの照射条件（例えば、荷電ビーム加速電圧、電流量、電流密度等）及び、ガス銃１１による反応性ガスの噴出条件（例えば、反応性ガスの照射量、反応性ガスの種類、ガスノズル１２位置変化の累積量等）に基づいて、ガス銃１１に付着する汚れ（付着膜１４）の量を予測算出する。このように得られる予測算出値を予め設定しておいた“しきい値”と比較し、予測算出値がしきい値以上に達したときにクリーニング時期の通知メッセージを表示する信号を表示部１８０に出力する。この信号が入力された表示部１８０は、メッセージ表示部３８に所定のメッセージ（例えば、図６に示す「ガスノズルのメンテナンスを実施下さい」）を表示して操作者にクリーニング時期を通知する。なお、本実施の形態では、クリーニング時期を通知する通知手段として表示部１８０を利用したが、荷電ビーム装置に別途警告灯を設け、これを必要な場合に点灯させる等しても良い。
【００４９】
クリーニング時期の通知メッセージがメッセージ表示部３８に表示されたら、操作者は、クリーニングボタン４３を選択し、ガス銃１１のクリーニングを開始する。
【００５０】
図７は本発明の第１の実施の形態である荷電ビーム装置において、ガス銃１１をクリーニングする様子を示す図である。
【００５１】
ここでは、まず、荷電ビーム６として電子ビームを利用する場合について説明する。
【００５２】
上記のように構成される荷電ビーム装置において、図示したように、電子源１５１（荷電ビーム発生源）からの電子ビーム（荷電ビーム）６を電子ビーム光学系１６５（荷電ビーム光学系）を介して集束し、この電子ビーム光学系１６５によって収束された荷電ビーム６を荷電ビーム導入孔１６を介してクリーニング室８内に導入するとともに、ガス銃１１のガスノズル１２をガス供給部挿入口１７を介してクリーニング室８内に挿入する。この状態で、噴出孔１０１から反応性ガスとしてエッチングガス（例えば、２フッ化キセノン等）１８を噴出すると、エッチングガス１８のノズル１２表面におけるガス圧力はクリーニング室８が無い場合と比較して増大するので、反応性ガス１８の分子がガスノズル１２に付着（吸着）する量が増大する。このようにガスノズル１２への付着量が増大されたエッチングガス１８は、自らが付着膜１４と反応して汚れを除去するとともに、荷電ビーム導入孔１６を介して導入される荷電ビーム６により活性化（ラジカル化）されて付着膜１４との反応が促進されるので、クリーニング室８が無い場合と比較して効率良く汚れを除去することができる。
【００５３】
次に、荷電ビーム６としてイオンビームを利用する場合について説明する。なお、イオンビームを利用する場合には、荷電ビーム発生源として、ガリウム等の液体金属イオン源を利用すればイオンビームを発生することができる。この他のイオンビーム源としては、例えば、非汚染イオンビームを発生するシリコン、ゲルマニウム等のIV属液体金属イオン源、ヘリウム、アルゴン等のガスフェーズ電界電離イオン源、及び酸素、アルゴン等のガスプラズマイオン源などがある。
【００５４】
上記で説明した電子ビームに替えてイオンビームを利用すると、イオンビームを付着膜１４に直接照射させることによりスパッタリングを利用したクリーニングを行うことができる。
【００５５】
イオンビームを付着膜１４に直接照射させるためには、まず、ガスノズル１２を低分解能観察することにより２次電子像（例えば、SIM像）を得て付着膜１４の概ねの場所を特定する。このようにして得た２次電子像を利用して高分解能観察を行い、付着膜１４の具体的な位置、即ちイオンビームの照射箇所を特定する。このとき、上記図３（ｂ）に示したように、クリーニング室８には２次電子が室外へ放出され易いように電位が与えられているので、容易に２次電子像を得ることができる。
【００５６】
このように特定した照射箇所に対してイオンビーム６を直接照射しつつエッチングガス１８をクリーニング室８内に噴出させると、エッチング作用が促進され、スパッタのみによって付着膜１４を除去する場合と比較して高速なエッチングが可能となる。例えば、反応性ガス１８として２フッ化キセノンを用いてシリコンや、酸化シリコン等の付着膜１４を除去する場合には、条件にもよるが、ガリウムイオンビームのみによるスパッタ速度と比較して約２〜３倍ほどエッチング速度を増大させることが可能である。
【００５７】
また、スパッタのみによるクリーニング方法では、クリーニング対象が金属を含む場合、周囲にスパッタ物が飛散し、金属汚染を発生させる。しかし、本実施の形態ではクリーニング室８内でスパッタリングを行うので、金属汚染となるスパッタ物が周囲に飛散することを抑制することができ、荷電ビーム装置内の機器等を金属汚染から保護することができる。さらに、エッチングガスを使用する場合、金属（スパッタ物）はガスと反応してガス化合物となるので、気化した状態で排気することが可能である。これによって、金属汚染の元となる物質をクリーニング室８から除去することができので、何らかの作用で金属スパッタ物がクリーニング室８から出てくる恐れを低減することができる。
【００５８】
ところで、上記の各場合において、荷電ビーム６の走査だけではガスノズル１２の汚れを除去することが難しいときには、ガス銃１１に設けられたエアシリンダ４６を用いてガスノズル１２を軸方向（図７中のＡ方向）に進退させたり、回転駆動装置１２１を用いて軸心周り（図７中のＢ方向）に回転させたりして荷電ビーム６を照射する部分を適宜変更して調整すれば良い。これにより、ガスノズル１２の外周面を万遍なくクリーニングすることができる。
【００５９】
図８は本発明の第１の実施の形態である荷電ビーム装置において、ガス銃１１をクリーニングする他の様子を示す図である。
【００６０】
この図において、ガスノズル１２は、図７の場合と異なり、クリーニング室８内において、荷電ビーム６の照射位置から離れたところに配置されている。このようにガスノズル１２を配置して、荷電ビーム６を付着膜１４に直接照射することなくクリーニング室８内に導入すると、図７のようにスパッタリング作用を相乗させるために荷電ビーム６を付着膜１４に直接照射する場合と比較してエッチング速度を抑えたソフトで均一性の高いエッチングができる。なお、この方法は荷電ビーム発生源の種類（電子源、イオン源等）に限定されるものではない。
【００６１】
次に、ＥＤＸ３５を利用して、クリーニング処理の終点を検出する方法を図を用いて説明する。
【００６２】
図９はＥＤＸを利用してクリーニング処理の終点を検出する様子を示す図である。図９（ａ）はＥＤＸで特性Ｘ線を検出する様子を示す図であり、図９（ｂ）はガスノズル１２を上方から見た図である。
【００６３】
図９（ａ）において、ガスノズル１２の荷電ビーム６照射部分からは特性Ｘ線３６が放出されており、この特性Ｘ線３６は照射部分の上方に設けられたＥＤＸ３５に検出されている。また、図９（ｂ）に示すように、分析精度を向上させるためにガスノズル１２上に複数の検査点３４を設定した。
【００６４】
クリーニング終点を検出する際には、高電圧（例えば３０ｋＶ程度）に加速した電子ビーム６をガスノズル１２上に設定した複数の検査点３４に照射する。このとき各検査点３４からは電子ビーム６によって特性Ｘ線３６が放出されるので、この特性Ｘ線３６をＥＤＸ３５で検出して各検査点３４における元素分析を行う。
【００６５】
図１０及び図１１はＥＤＸによる元素分析の分析結果の例を示す図である。
【００６６】
図１０は、タングステンカルボニルを反応性ガス１８として用いたときに、ＳＵＳ製（鉄、ニッケル、クロムが主成分）のガスノズル１２の表面にタングステン（W）が汚れとして付着した場合における元素分析結果を示す図であり、図１０（ａ）はタングステン除去前の、図１０（ｂ）はタングステン除去後の分析結果を示している。
【００６７】
図１０（ａ）に示した分析結果は、タングステンを示すピーク部１９０を有し、これより低いエネルギー側には、鉄、ニッケル、クロムなどのＳＵＳの成分が主に検出されているピーク部１９１を有している。これに対して、図１０（ｂ）に示した分析結果からは、図中の破線Ｌが示すようにタングステンを示すピーク部１９０は消えている。
【００６８】
このように、クリーニング前の元素分析とクリーニング中の元素分析を比較し、汚れに含まれる元素（タングステン）が残留している場合にはクリーニング室８でGAEを継続し、その元素が除去された場合にはその時点をクリーニング終点とする。
【００６９】
なお、特定Ｘ線３６を検出して元素分析をする場合には、図９（ａ）に示すように、クリーニング対象であるガスノズル１２をクリーニング室８から出して行うと良い。このようにすると、特性Ｘ線３６の収量を増加させ、分析精度を向上させることができる。
【００７０】
一方、試料４にデポを行う場合には、反応性ガス（デポガス）１８に含まれる重金属が荷電ビーム装置内の機器等を汚染することを防止するために、イオンビームにガリウムイオンビームではなくアルゴンイオンビームを用いるとともにガスノズル１２をシリコン製にし、デポガス１８としてシリコン、酸素、カーボン、水素の化合物であるテトラエチルオキシシラン（SiOC2H54）を用いて酸化シリコンをデポする場合がある。この場合には、シリコン製のガスノズル１２に酸化シリコンが汚れとして付着する。この場合について図１１を用いて説明する。
【００７１】
図１１は、テトラエチルオキシシランを反応性ガス１８として用いたときに、シリコン製のガスノズル１２の表面に酸化シリコンが汚れとして付着した場合における元素分析結果を示す図であり、図１１（ａ）は酸化シリコン除去前の、図１１（ｂ）は酸化シリコン除去後の分析結果を示している。
【００７２】
図１１（ａ）に示した分析結果は、カーボン（C）及び酸素（O）を示すピーク部１９５を有し、これらより高いエネルギー側にシリコン（Si）を示すピーク部１９６を有している。これに対して、図１１（ｂ）に示した分析結果からは図中の破線Mが示すようにカーボン及び酸素を示すピーク部１９５は消えている。この場合も、図１０の場合と同様に、ガスノズル１２の母材であるシリコンのみが検出される図１０（ｂ）に示す状態になった時点をクリーニング終点と判定することができる。
【００７３】
次に本実施の形態の荷電ビーム装置の効果を説明する。
【００７４】
まず、反応性ガスによる汚れがガスノズル等に付着して発生する不具合を図を用いて説明する。
【００７５】
図１２は荷電ビーム装置において試料に荷電ビーム及び反応性ガスを照射している様子を示す図である。
【００７６】
この図において、試料２０４に付着した反応性ガス２１８の分子は荷電ビーム２０６及び２次電子２９５等によって分解され、試料２０４面上にデポ膜２１３を形成する。このとき、デポ膜２１３は、荷電ビーム２０６によるスパッタ作用も同時に受けており、このスパッタ量とデポ量の差分が実際のデポ量となる。
【００７７】
ガスノズル２１２は、加工点（GAD部分）でのガス分子密度を大きくしてデポ速度を大きくするために、加工点に充分に近接させる。ノズル２１２の表面には、デポ膜２１３から発したスパッタ粒子２９６や、２次電子２９５、反射電子等が放出される。これによりノズル２１２の表面に付着膜（デポ膜）２１４が形成され、GADを繰り返し行うとその厚みが増加する。このとき、衝撃等が加わると付着膜２１４が剥離し、試料２０４上に落下すれば異物となる。
【００７８】
また、デポ膜２１３及び付着膜２１４が絶縁物の場合には、デポ膜２１３及び付着膜２１４上に２次電子や反射電子が溜まって帯電する。このようにデポ膜２１３及び付着膜２１４が帯電すると、荷電ビーム２０６がドリフトし（図中の２点鎖線）、試料２０４上のデポ膜２１３の位置がドリフトする不具合が発生する場合がある。付着膜２１４によるビームドリフトは、荷電ビーム２０６の加速電圧が比較的低い場合、かつ、デポ膜２１３からの２次電子及び反射電子が多く発生する条件で顕著になる。この場合について図１３を用いて説明する。
【００７９】
図１３はガスノズル２１２に絶縁性の付着物２１４が付着した場合にデポを行う様子を示す図である。図１３は（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に時間が経過しており、その時間経過とともに付着膜２１４の帯電量が多くなって、荷電ビーム２０６が図中の左方向にドリフトする量が多くなっている。このようにビームドリフトの量が増大すると、試料２０４上に形成されるデポ膜２１３の位置も左方向にズレてしまう。このようなデポ膜２１３の位置ズレがあると、デポ膜２１３の位置を不良部位の位置を示すマークとして使用する場合に、デポ膜２１３はマークとしての機能を果たさず、欠陥部の位置を正確に知ることができなくなってしまう。また、デポ膜２１３の高さが所望値より小さくなったり、デポ膜２１３の高さ（段差）が低いため、マークとして認識し辛くなるという問題も発生する場合もある。
【００８０】
このようにガスノズル等に付着した反応性ガスによる汚れ（付着膜）を除去する技術としては、荷電ビーム装置の試料室内を反応性ガス雰囲気としながらクリーニング対象物に荷電ビームを照射してエッチングにより汚れを除去するものがある（特許文献１等参照）。
【００８１】
しかし、この方法では、反応性ガスは試料室全体に供給されるため、クリーニング対象物に吸着するガス分子量が少なくなってしまい、効率良くクリーニング処理することが困難だった。そのためクリーニングの完了までに時間がかかってしまい、装置のスループットが低下する場合があった。また、この技術において、クリーニング対象物に吸着するガス分子量を増加させるために反応性ガスの供給量を増加させると、試料室内の圧力が増加することにより排気系への負荷が増加して装置トラブルが発生してしまう。さらに、この場合において反応性ガスがエッチングガスを用いると、装置内の機器へダメージを与えてしまうため、クリーニングの効率を向上させることが難しかった。さらに、クリーニングの効率が劣ると、ガスノズルを新品のものと交換する機会も増加する。ノズルを交換する際には、試料室を大気に戻してから交換作業を行う必要があり、装置の再起動に時間がかかり、装置のスループットが低下するという問題も発生する場合がある。
【００８２】
これに対して、本実施の形態の荷電ビーム装置は、試料室１内において、ガス銃１１を挿入するためのガス供給部挿入口１７、及び荷電ビーム６を導入するための荷電ビーム導入口１６を有するクリーニング室８を備えている。そして、このクリーニング室８内で、荷電ビーム導入孔１６を介して荷電ビーム６を導入しながら、ガス供給部挿入口１７を介してガス銃１１のガスノズル１２を挿入し、噴出孔１０１から反応性ガスとしてエッチングガス１８を噴出してGAEを行うことにより、クリーニング対象物であるガスノズル１２に吸着する反応性ガスの分子を増加することができる。したがって、本実施の形態によれば、このようにクリーニング対象物に吸着する反応性ガスの分子を増加することができるので、反応性ガスによる汚れを効率良く除去することができる。
【００８３】
また、本実施の形態は、上記のようにクリーニング室８内でクリーニング処理を行うので、付着物が重金属成分を含んでいる場合にも除去物を室内に留めることができ、周辺機器が金属汚染されることを防止することができる。
【００８４】
さらに、本実施の形態は、制御部１５０によって、荷電ビーム発生源からの荷電ビーム６の照射条件、及びガス銃１１による反応性ガスの噴出条件に基づいてガス銃１１に付着する汚れ（付着膜１４）の量を予測算出し、この予測算出値と“しきい値”とを比較することによってクリーニングの時期を操作者に知らせている。これにより、操作者は、実際に異物やマークの位置ズレ等が発生することによって事後的にクリーニングの時期を知るのではなく、こうした不具合が生じる前にクリーニング時期を知ることができる。したがって、不良品となった試料から発生していた損失を低減できるとともに、装置ダウンの時間を削減できるのでスループットも向上させることができる。
【００８５】
また、本実施の形態は、ＥＤＸ３５によってクリーニング対象物（ガスノズル１２）の元素分析を行い、クリーニングの終点検出を正確に行っている。これにより、付着物１４を完全に除去することができるので、異物の発生やビームドリフト等の不具合が再発することを抑制することができる。また、正確に終点を検出することができるので、クリーニング対象物の母材にまでダメージを与えることがなく、母材の寿命を長くすることもできる。
【００８６】
なお、上記の実施の形態においては、クリーニング室８を試料ホルダー３上に設ける場合を説明したが、例えば、試料室１内を自在に移動できる多関節アーム等の端部にクリーニング室８を取り付ける等して、試料ホルダー３等から独立したものとして構成しても良い。また、クリーニング室８の形状は上記において図示した場合のみに限られず、直方体や、四角錐、円筒等でも良く、外形は特に限定されない。これは、開口部１６，１７の位置についても同様で、両者を同じ面上に設けたりしても勿論良い。さらに、複数のガス銃１１が設けられている場合には、これら複数のガス銃１１をクリーニング室８内に導入することができるように、ガス供給部挿入口１７を大きめの開口部（例えば、楕円形）としてもよい。
【００８７】
また、上記で図４を用いて説明した、荷電ビーム発生源が電子源である電子ビーム鏡体は、欠陥観察用走査型電子顕微鏡（以下、レビューSEMと略す）として構成しても良い。レビューSEMは、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：以下、SEMと略す）の１種であり、半導体等の生産現場で欠陥や異物等の観察に用いられる。このレビューSEMは、検査装置（光学式検査装置やSEM式検査装置等）によって得た検査結果（欠陥の座標データ等）に基づいて各欠陥を視野に含む画像（欠陥画像）と欠陥を含まない良品パターンの画像（参照画像）を自動的に取得する機能（自動レビュー（Automatic Defect Review）：以下、ADRと略す）、及びこのADRによって取得した欠陥画像及び参照画像を基に各欠陥の特徴量を定量的に算出し、こうして得た特徴量と予め設定しておいた欠陥分類の基準となるデータ（教示データ）とを比較して欠陥を自動的に分類する機能（自動分類（Automatic Defect Classification）：以下、ADCと略す）を有している。
【００８８】
このADR及びADC機能を上記の荷電ビーム装置で行うには、例えば、制御部１５０の記憶部に、欠陥画像及び参照画像、特徴量データ、教示データ、並びに各処理を行う際に利用するプログラム等を格納し、制御部１５０の処理部に欠陥画像及び参照画像を検査結果に基づいて撮像する処理、画像に基づいて特徴量を算出する処理、及び教示データに基づいて欠陥を分類する処理等を行わせると良い。
【００８９】
ここで、レビューSEMを用いた代表的なウェーハ検査作業の主な流れを説明する。
【００９０】
まず、ADRを行う際には、搬送手段（例えば、FOUP（Front Opening Unified Pod）や大気搬送ユニット等）によって試料室内に検査ウェーハを搬入する。そして、この搬入したウェーハに対して低分解能観察（レビューモード）でADRを行い、これに続いてADCを行なう。これにより、例えば、欠陥を、「剥離」、「異物」、「傷」、「塵」等の発生原因に応じて大まかに分類し、更にこれらを、「短絡」、「オープン」、「凸欠陥」、「凹欠陥」、「VC（ボルテージコントラスト）欠陥」等に細かく分類することができる。このように分類された異物、欠陥部等の形状などを更に詳細に観察する必要がある場合には、適宜、高分解能観察を行う。また、更に欠陥部等の発生原因を追及する必要がある場合には、FIB等によってウェーハの断面加工を行う場合もある。FIBによって断面加工する際には、それに先だって、電子ビームデポを利用してウェーハ上に加工箇所を示す目印（マーカー）を付ける必要がある。これらの一連の作業によって、配線のボイド、コンタクト不良などの不良原因を特定することができ、製造プロセスへのフィードバックが可能となり、製品の歩留まりを向上することができる。
【００９１】
次に本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００９２】
図１４は本発明の第２の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図である。
【００９３】
図に示す荷電ビーム装置は、ナノプローバ３０と、クリーニング室８Ａを備えており、その他の部分は第１の実施の形態と同じである。
【００９４】
ナノプローバ３０の先端にはプローブ（探針）３１が取り付けられており、このプローブ３１を試料４上で走査させることによって、試料面の状態（例えば、試料上の欠陥部の電気特性等）を観察する。クリーニング室８Ａは、第１の実施の形態におけるクリーニング室８の構成に加え、クリーニング対象物を導入するためのクリーニング対象物導入口１９（図１５参照）を有している。本実施の形態におけるクリーニング対象物導入口１９はガス供給部挿入口１７に対向して設けられている。
【００９５】
試料４上の欠陥の状態を観察する際には、荷電ビーム６で欠陥部周辺にマークを形成し、そのマークを目印として電子像上で欠陥部を探し、プローブ３１を接触させる。観察中は、電子ビーム（荷電ビーム）６が照射されているため、電子ビーム６の照射条件や照射対象物などによって異物自体が帯電する場合がある。このとき、プローブ３１の表面に電子ビームデポ等によって絶縁物が付着している場合には、プローブ３１も帯電することがある。プローブ３１が帯電すると、その近傍に異物３２（図１５参照）がある場合に、プローブ３１の先端部に異物３２が静電気吸着することがある。このように異物３２がプローブ３１の先端部に存在すると、検査対象領域以外にも異物３２が接触してしまい正確な計測が困難となってしまうので、異物３２を除去する必要がある。
【００９６】
図１５は、本発明の第２の実施の形態である荷電ビーム装置において、プローブ３１をクリーニングする様子を示す図である。図１５（ａ）クリーニング室８Ａの上面図であり、図１５（ｂ）はその断面図である。
【００９７】
図１５において、ガス銃１２はガス供給部挿入口１７を介してクリーニング室８Ａ内に挿入されており、プローブ３１はクリーニング対象物導入口１９を介してクリーニング室８Ａ内に挿入されている。プローブ３１の先端部には異物３２が付着している。このように、ガスノズル１２（ガス銃１１）に加えてプローブ３１がクリーニング対象物となる場合にも、第１の実施の形態同様、効率良くクリーニング処理を行うことができる。
【００９８】
図１６は荷電ビーム導入口１６を介して荷電ビームを照射して得たプローブ３１先端部の電子像を示す図である。図１６（ａ）はクリーニング処理前の電子像４４ａを示す図であり、図１６（ｂ）はクリーニング処理後の電子像４４ｂを示す図である。
【００９９】
荷電ビーム６を異物３２に直接照射してクリーニングする場合には、電子像（２次電子像）を利用しながら、荷電ビーム導入口１６を介して異物３２が見える位置にプローブ３１の位置を移動すると良い（図１６（ａ）参照）。プローブ３１の位置を決定したら、異物３２の全面に荷電ビーム（電子ビーム）６が照射できるように処理領域３３を指定する（図１６（ａ）参照）。加工領域３３を指定したら、ガスノズル１２から反応性ガス（例えば、２フッ化キセノン）を噴出しながら、例えば加速電圧が１ｋＶで数十ｐＡの電子ビーム６を照射して異物３２を除去する（図１６（ｂ）参照）。
【０１００】
以上のように、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
また、上記の説明においては、ナノプローバ３０のプローブ３１をクリーニング対象としたが、クリーニング対象はこれだけに限られない。次に、クリーニング対象が原子間力顕微鏡のカンチレバーに取り付けられたプローブの場合を本実施の形態の変形例とし、これを説明する。
【０１０２】
図１７は本発明の第２の実施の形態の変形例である荷電ビーム装置の全体構成を示す図である。
【０１０３】
図示した荷電ビーム装置は、上記のナノプローバ３０に替えて、先端にプローブ（探針）１３１が取り付けられたカンチレバー（片持ち梁）１３０を備えている。また、特に図示していないが、原子間力顕微鏡を構成するものとして、この他に、レーザー光を発生するレーザー光源と、プローブ１３１に照射するレーザー光の反射光の変位を測定するフォトダイオード等を備えている。
【０１０４】
上記の荷電ビーム装置において、プローブ１３１が試料４の表面に近づくと、試料表面の原子との原子間力によりプローブ１３１が変位するので、この変位をレーザー光線の反射光を利用してフォトダイオードで計測する。試料面の表面状態（凹凸の様子）を観察する際には、フォトダイオードによって計測される変位が一定になるようにプローブ１３１（又は試料４）を上下させ、その変位量から試料表面の凹凸状態を検出する。
【０１０５】
ナノプローバ３０の場合と同様、観察中は、試料に電子ビーム６が照射されているため、電子ビームの照射条件や照射対象物によって、異物自体が帯電する場合がある。また、プローブ１３１の表面に電子ビームデポ等によって絶縁物が付着している場合には、プローブ１３１も帯電する。プローブ１３１の近傍の試料４上に異物がある場合、先端部に異物が静電気吸着することがある。プローブ１３１は試料４と接触させる場合と、接触させない場合があるが、いずれの場合もプローブ１３１表面に異物が付着していると、試料表面の状態を正確に測定することができない。したがって、プローブ１３１に付着した異物を除去する必要がある。
【０１０６】
この場合も上記と同様に、クリーニング対象物導入口１９にプローブ１３１を挿入することにより、異物を効果的に除去することができる。
【０１０７】
なお、上記の説明ではプローブ３１，１３１をクリーニング対象物としたが、ガス銃１１が複数ある場合には、それをクリーニング対象物導入口１９に挿入してクリーニングしても良いことは言うまでもない。
【０１０８】
次に本発明の第３の実施の形態である荷電ビーム装置について説明する。本実施の形態の荷電ビーム装置の主たる特徴は２つの鏡体（ツインカラム）を備えている点にある。
【０１０９】
図１８は本発明の第３の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図である。
【０１１０】
図に示す荷電ビーム装置は、図４を用いて説明した荷電ビーム装置と同様の構成からなるＳＥＭ４６と、イオンビームを生成するイオンビーム発生源（荷電ビーム発生源）５１（後述する図１９参照）を内包するイオンビーム鏡体４５と、クリーニング室８Ａが設けられている試料ホルダー３を主に備えている。また、ＳＥＭ４６側には、２次電子検出器１３と、試料４のアライメントを行う際に利用する光学顕微鏡４９と、ガス銃１１が設けられており、イオンビーム鏡体４５側には、ガス銃１１と、試料４からマイクロサンプル８０（後述の図２３参照）を摘出するマイクロサンプリングユニット（摘出手段）４７と、イオンビーム鏡体４５のワーキングディスタンスを一定に保持するＺセンサー５０が設けられている。なお、説明のため、本実施の形態における試料４は直径３００ｍｍのシリコンウェーハとする。
【０１１１】
本実施の形態の荷電ビーム装置も第１の実施の形態同様、上記した各機器の制御等を行う制御部（図示せず）を備えている。ステージ２は、上記の各実施の形態と同様に５軸ステージであり、試料４を載せた試料ホルダー３をＳＥＭ４６側、又はイオンビーム鏡体４５側に適宜移動することができる。光学顕微鏡４９は、試料４上のアライメント用のマークを数点検出し、試料４のアライメントを行う。
【０１１２】
図１９は図１８中のイオンビーム鏡体４５の内部構造を示す図である。
【０１１３】
図１９において、イオンビーム鏡体４５は、イオンビームを生成するイオン源５１と、イオン源５１からイオンビーム６６を引き出す引き出し電極（図示せず）と、イオンビーム６６の径を決定するアノードアパーチャ５３と、偏光器５６、絞り５８、照射レンズ５９、及び投射レンズ６４等から構成され、イオンビーム６６を試料４上の所望の位置に所望の径で照射するイオンビーム光学系（荷電ビーム光学系）３００を備えている。
【０１１４】
イオンビーム発生源（イオン源）５１としては、試料（ウェーハ）４を金属汚染しない種類のイオンビーム（非汚染イオンビーム）を放出するものが好ましく、例えば、アルゴンイオンビームを放出するデュオプラズマトロンが適する。また、その他のものとしては、不活性ガスイオン源、酸素若しくは窒素ガスイオン源、デュオプラズマトロンイオン源、電子サイクロトロン共鳴プラズマ源、誘導結合プラズマ源、又はヘリコン波プラズマ源等がある。イオン源５１はガイシ５２を用いて電位的に３０ｋＶ程度浮かせた。イオン源５１は、イオン源カバー５４に覆われており、このイオン源カバー５４によって空気絶縁されている。
【０１１５】
イオンビーム光学系３００は、イオン源５１から引き出したイオンビームから必要なもの（アルゴンイオンビーム）を選択する質量分離器５５と、中性粒子（金属スパッタ等）を取り除くためにイオンビームを偏向する偏光器５６と、イオンビーム６６の必要な部分だけを取り出す絞り５８と、絞り５８で絞られたイオンビーム６６を集束する照射レンズ５９と、イオンビーム６６の必要な部分だけを取り出す絞り投射マスク６０と、非点収差を補正する非点補正コイル６１と、イオンビーム６６の位置ズレを補正するアライメントコイル６２と、イオンビーム６６を試料４上で走査する偏向コイル６３と、投射マスク６０を通過したイオンビーム６６を集束する投射レンズ６４等を備えている。
【０１１６】
イオン源５１内から発生する金属スパッタ物などの中性粒子が直接試料４に到達しないようにする為、イオン源５１は鏡体４５の下流側の中心軸に対して例えば数度傾斜されている（図１９参照）。中性粒子はイオン源５１から直進してダンパー（図示せず）に照射される。なお、この図示しないダンパーはスパッタ粒子による金属汚染を防止する為に、シリコン、カーボン等で製作すると良い。
【０１１７】
質量分離器５５の電極印加電圧及び磁束密度強度は、質量分離器５５がイオン源５１から引きだされたイオンビームからアルゴンイオンビームのみを選択するように調整されており、偏向器５６の電極印加電圧は、偏向器５６が曲げるイオンビームが絞り５８を介して試料４に照射されるように調整されている。
【０１１８】
試料室１とイオンビーム鏡体４５の間には、これらを分離するガンバルブ（図示せず）が設けられている。この図示しないガンバルブは、メンテナンス時等に試料室１のみをリークしたい場合等に使用される。偏向コイル６３は、投射マスク６０を通過した観察用の円形イオンビームを試料４上に走査するものである。次に投射マスク６０について詳述する。
【０１１９】
図２０は投射マスク６０の上面図であり、図２１はその部分拡大図である。
【０１２０】
図２０において、投射マスク６０には、試料４からマイクロサンプル８０（後述する図２３参照）を摘出する際に利用するスリット孔７１（７１ａ，７１ｂ）と、試料を薄膜加工する際に利用する縦・横のアスペクト比が比較的大きなスリット孔７２と、デポ用のスリット孔７３と、観察ビーム用の丸型孔７４（７４ａ，７４ｂ）が開けられており、これら各孔を通過したイオンビームのみが投射レンズ６４によって集光され試料４上に照射される。マイクロサンプル８０を摘出するためのスリット孔７１は、コの字型のスリット７１ａと、一文字型のスリット７１ｂを有しており、これらはマイクロサンプル８０を摘出する際に適宜使い分けられる。また、これと同様に、丸型孔７４も径の異なる大小２種類の孔７４ａ及び７４ｂを有している。
【０１２１】
投射マスク６０は、駆動ユニット（図示せず）によってイオンビーム軸とほぼ垂直に交わる方向（即ち、水平方向）に移動させる事が可能で、上記の種々の孔を介してビーム形状を変更して試料４に投射することができる。なお、この図では、スリット孔は各種１個ずつ設けられているが、同種のものを複数個設けて適宜使い分けることにより投射マスク６０の寿命を長くする工夫をしても良い。また、投射マスク６０は金属汚染を防止する為にシリコン製にするのが好ましい。
【０１２２】
図２１は、投射マスク６０に非汚染イオンビーム６６が照射されている様子を示している。マイクロサンプリング摘出用のスリット孔７１ａの寸法は、図中に示すように、例えば、０.４×０.５ｍｍ程度であり、このスリット孔７１ａの全面を覆うようにイオンビーム６６が照射されている。これによりイオンビーム６６の形状をスリット孔７１ａと同じコの字型にすることができる。
【０１２３】
上記のように構成されるイオンビーム鏡体４５は、主に試料の断面加工に用いる投射モードと、主に試料の電子像を得る際に用いる観察モードの２種類のビームモードを有している。次にこれら各モードにおけるイオンビーム光学系光学系３００の構成を説明する。
【０１２４】
図２２はイオンビーム鏡体４５内のイオンビーム光学系光学系３００による２つのビームモードを示す図であり、図中の（ａ）が投射モードを示し、（ｂ）が観察モードを示す。
【０１２５】
図２２（ａ）に示した投射モードでは、照射レンズ５９はアノードアパーチャ５３からの像を投射レンズ６４の主点で結像するように調整されている。この調整は、３枚組のバトラーレンズで構成される照射レンズ５９のうち、中央のレンズに高電圧を印加することによって行う。投射レンズ６４は投射マスク６０からの像を試料４上に結像している。この投射レンズ６４も同じく３枚組みのバトラーレンズで形成されており、中央の電極にのみ高電圧を印加させて利用する。
【０１２６】
一方、図２２（ｂ）に示した観察モードでは、照射レンズ５９はアノードアパーチャ５３からの像を投射マスク６０の上流側で一度結像させ、その結像させたものを投射レンズ６４によって試料４上に再度結像させている。これにより、像の縮小率を投射モードの約１/３０にすることができ、最小径が０.１〜０.２μｍ程度のビームを得ることができる。このビームを偏向コイル６３によって試料４上をスキャン（走査）させることで、投射モードと比較して分解能が高い２次電子像を得ることができる。
【０１２７】
図２３は試料ホルダー３（図２参照）上に配置されたカートリッジ機構部７５を示す図である。
【０１２８】
図示したカートリッジ機構部７５は、試料４から摘出したマイクロサンプル８０が接着されているメッシュ８２を有するカートリッジ８１と、カートリッジ８１を軸方向（図中の矢印Ｃ方向）に進退可能に保持するカートリッジホルダ８３と、カートリッジホルダ８３に回転動力を伝達する歯車８４を備えている。
【０１２９】
マイクロサンプル８０は、上記の投射モードでイオンビーム６６を試料４に照射することにより得られるものであり、適当な形状及び大きさ（例えば、１０μｍ程度）に成形されている。また、マイクロサンプル８０は、カートリッジ８１のメッシュ８２にデポによって接着されている。試料４から摘出したマイクロサンプル８０をこのようにメッシュ８２上に搭載するには、マイクロサンプルプローブ（プローブ）４８のマイクロサンプル８０との接触部を非汚染イオンビームによって切断すれば良い。
【０１３０】
カートリッジ８１はカートリッジホルダ８３と脱着可能に取り付けられており、装置外にカートリッジ８１のみを取り出すことができる。
【０１３１】
カートリッジホルダ８３は、試料ホルダー３に設けられた駆動装置（図示せず：例えば、モータ）によって回転される歯車８４によって、図中の矢印Ｄが示すように、正及び負の方向へ１８０度回転駆動される。この回転機構で適宜カートリッジホルダ８３を回転させることによって、マイクロサンプル８０の加工に適した角度にカートリッジ８１を保持することができる。例えば、マイクロサンプル８０に薄膜加工を施す場合には、イオンビームの出射軸方向と薄膜化する方向を調整することができる。
【０１３２】
プローブ４８はシリコンで製作することが好ましく、シリコンで製作すればタングステン製のもの等と比較して金属汚染の心配が少ない。なお、プローブ４８は、シリコンの他にも、例えば、カーボンや、ゲルマニウム等で製作しても良い。
【０１３３】
上記のように構成される荷電ビーム装置において試料４面上を観察する場合には、ステージ２によって試料４をＳＥＭ４６側に移動させ、ＳＥＭ４６によって電子ビーム１９を試料４に照射し、ボルテージコントラスト（VC）によって欠陥部を見つける。例えば、コンタクト部を観察する場合にコンタクト不良があるとその欠陥部は暗く観察される。これは、コンタクト不良によって、照射した電荷がアースに流れにくくなることで欠陥部が正に帯電し、２次電子がこれにトラップされることにより２次電子検出器１６に検出される２次電子量が低下する為である。
【０１３４】
このようにVCによって検出した欠陥部（例えば、コンタクトホール）の大きさは数十ｎｍと小さく、更に詳細な観察をするためには、イオンビーム鏡体４５で試料４を加工してから、ＴＥＭ等で観察する必要がある。イオンビーム鏡体４５によって加工するには、ＳＥＭ４６によるGADで試料４に加工点の目印（マーク）をつける必要がある。GADを実施する際には、ＳＥＭ４６側に取り付けられたガス銃１１を利用する。
【０１３５】
図２４はGADによってマーク形成した後の試料４の電子像９４を示す図である。
【０１３６】
図示した電子像９４は、周りの正常なコンタクトホールと比較して暗く観察される欠陥部９６と、欠陥部９６の両側に所定の間隔（例えば、数μｍ程度）を介して形成されている２つのマーク９７を有している。このマーク９７は、デポ速度を最大にする為、電子ビーム加速電圧を比較的低加速電圧（例えば、1ｋＶ程度）とし、数十ｐＡの電子ビームを照射して数μｍ角のマークを数分間の電子ビーム照射で形成した。
【０１３７】
次に、ステージ２によって、欠陥部を非汚染イオンビーム鏡体４５直下に移動させる。このとき、ステージ２の位置精度で位置合わせできない場合には、試料４上のマーク９７のSIM像との位置関係を基に欠陥部９６を探す。
【０１３８】
続いて、投射モード（図２２（ａ）参照）で投射マスク６０のスリット孔７１等を介してイオンビーム６６を試料４に照射し、試料４から欠陥部９６及びマーク９７を含むマイクロサンプル８０（図２３参照）を形成する。このようにして形成したマイクロサンプル８０をマイクロサンプリングプローブ４８（図２３参照）を利用して試料４から摘出し、カートリッジ機構部７５のメッシュ８２（図２３参照）に接着する。
【０１３９】
図２５はメッシュ８２に搭載したマイクロサンプル８０をTEM試料用に薄膜化する様子を示す図である。
【０１４０】
薄膜化加工は図２２（ａ）に示した投射モードで行う。投射モードでは、前述のように、薄膜化加工を行う領域を指定するために充分な分解能が得られ難いので、まず、図２２（ｂ）に示した観察モードで薄膜化位置を決定する。なお、観察モードでのビームと投射モードでのビームとでは、上記のようにそれぞれ光学条件が異なっており、軸ズレによるビーム位置ズレが発生する場合がある。このような場合には、観察モードでの加工位置指定で予めこのズレ量を実測で求めておき、そのズレを補正して薄膜化する加工領域を指定する事で薄膜化加工を行うと良い。
【０１４１】
マイクロサンプル８０を薄膜化する際には、イオンビームを投射マスク６０の薄膜化用のスリット孔７２（図２０参照）に通過させ、偏向コイル６３によってスキャンさせることなく、投射レンズ６４でマイクロサンプル８０上に直接結像させる。薄膜化する断面をシャープな加工面とするには、図２３で示したように、スリット孔７２の長軸方向（図２５中のＹ方向）をマイクロサンプル８０の長軸方向（Ｙ方向）に一致させると良い。このようにすれば、ビーム中心近傍ほど球面収差などの収差を小さくできるので、加工面をよりシャープにすることができる。こうした薄膜化加工を繰り返し、薄膜化が完了したマイクロサンプル９０を得る。
【０１４２】
こうして得たマイクロサンプル９０を利用して、より高分解能の透過電子像を得ることができる。この場合には、例えば、図２３に示したカートリッジホルダ８３の回転機構によってカートリッジ８１を９０度回転させ、ここに高電圧（２００ｋＶ程度）を印加して加速された電子ビームを照射し、透過したビームを検出器により検出することによって電子像を得ることができる。
【０１４３】
上記の作業を行う場合も、GADによってガス銃１１に付着物が付いたり、プローブ４８に異物が付着したりする恐れがあるので、これらを適宜除去する必要がある。しかし、この場合にも、上記の実施の形態同様、試料ホルダー３上に設けたクリーニング室８Aを利用することで、効率良くクリーニング処理を行うことができる。したがって、本実施の形態にも上記の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１４４】
次に、本発明の第４の実施の形態である荷電ビーム装置について説明する。本実施の形態の荷電ビーム装置の主たる特徴は、試料４上で２つの鏡体の中心軸が交差する点にある。
【０１４５】
図２６は本発明の第４の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図である。
【０１４６】
図に示す荷電ビーム装置は、ＳＥＭ４６の中心軸の延長とイオンビーム鏡体４５の中心軸の延長とが試料ホルダー３に固定された試料４上で交差するように構成されている。即ち、本実施の形態は第３の実施の形態のようにステージ２を移動させなくてもＳＥＭ４６、イオンビーム鏡体４５から荷電ビームを照射することができるものであり、例えば、イオンビームによる加工面を電子ビームでそのまま観察する事が可能となる。この荷電ビーム装置においても、試料ホルダー３上にクリーニング室８Ａが設けられている。
【０１４７】
このように構成される荷電ビーム装置は、第２の実施の形態のものと比較して、荷電ビーム鏡体、ガス銃、マイクロサンプリングユニット等を集約して配置することができ、コンパクトな装置を構成できる点が優れている。
【０１４８】
このように構成された荷電ビーム装置においても、クリーニング室８Ａ内でガス銃１１等をクリーニングすることができるので、上記の実施の形態同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の第１の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における試料ホルダー３の上面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるクリーニング室８の断面図。
【図４】電子源を有する場合の荷電ビーム鏡体１０の内部構造を示す図。
【図５】図１におけるガス銃１１付近を拡大して示す断面図。
【図６】本発明の第１の実施の形態における表示部１８０に表示されるグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）の一例を示す図。
【図７】本発明の第１の実施の形態において、ガス銃１１をクリーニングする様子を示す図。
【図８】本発明の第１の実施の形態において、ガス銃１１をクリーニングする他の様子を示す図。
【図９】本発明の第１の実施の形態において、ＥＤＸを利用してクリーニング処理の終点を検出する様子を示す図。
【図１０】本発明の第１の実施の形態において、タングステンカルボニルを反応性ガス１８として用いた場合に、ＳＵＳ製のガスノズル１２の表面にタングステンが汚れとして付着したときの元素分析結果を示す図。
【図１１】本発明の第１の実施の形態において、テトラエチルオキシシランを反応性ガス１８として用いた場合に、シリコン製のガスノズル１２の表面に酸化シリコンが汚れとして付着したときの元素分析結果を示す図。
【図１２】荷電ビーム装置において試料に荷電ビーム及び反応性ガスを照射している様子を示す図。
【図１３】ガスノズル２１２に絶縁性の付着物２１４が付着した場合にデポを行う様子を示す図。
【図１４】本発明の第２の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図。
【図１５】本発明の第２の実施の形態において、プローブ３１をクリーニングする様子を示す図。
【図１６】本発明の第２の実施の形態において、荷電ビーム導入口１６を介して荷電ビームを照射して得たプローブ３１先端部の電子像を示す図。
【図１７】本発明の第２の実施の形態の変形例である荷電ビーム装置の全体構成を示す図。
【図１８】本発明の第３の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図。
【図１９】本発明の第３の実施の形態におけるイオンビーム鏡体４５の内部構造を示す図。
【図２０】本発明の第３の実施の形態における投射マスク６０の上面図。
【図２１】図２０の投射マスク６０の部分拡大図。
【図２２】本発明の第３の実施の形態におけるイオンビーム鏡体４５内のイオンビーム光学系３００による２つのビームモードを示す図。
【図２３】本発明の第３の実施の形態における試料ホルダー３上に配置されたカートリッジ機構部７５を示す図。
【図２４】本発明の第３の実施の形態において、GADによってマーク形成した後の試料４の電子像９４を示す図。
【図２５】本発明の第３の実施の形態におけるメッシュ８２に搭載したマイクロサンプル８０をTEM試料用に薄膜化する様子を示す図。
【図２６】本発明の第４の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図。
【符号の説明】
【０１５０】
３ 試料ホルダー
４ 試料
６ 荷電ビーム（電子ビーム、イオンビーム）
８ クリーニング室
１０ 荷電ビーム鏡体
１１ ガス銃（ガス供給部）
１２ ガスノズル
１３ ２次電子検出器
１４ 汚れ膜（付着物）
１６ 荷電ビーム導入口
１７ ガス供給部挿入口
１８ 反応性ガス
１９ クリーニング対象物導入口
２０ 電極（正電位）
２４ 電極（負電位）
３０ ナノプローバ
３１ プローブ
３５ ＥＤＸ（クリーニング終点検出手段）
３７ ＧＵＩ画面
３８ メッセージ表示部
４６ エアシリンダ（駆動装置）
４７ マイクロサンプリングユニット
４８ マイクロサンプルプローブ
５１ イオン源（荷電ビーム発生源）
８０ マイクロサンプル
１２１ 回転駆動装置
１３０ カンチレバー
１３１ プローブ
１５０ 制御部
１５１ 電子源（荷電ビーム発生源）
１６５ 電子ビーム光学系（荷電ビーム光学系）
１８０ 表示部
３００ イオンビーム光学系（荷電ビーム光学系）
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電ビームを照射して試料の観察・分析、又は加工等を行う荷電ビーム装置、及びそのクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電ビーム（イオンビーム、電子ビーム）を照射して試料の観察・分析、又は加工等を行う荷電ビーム装置において、試料表面に反応性ガスを供給しながら荷電ビームを照射すると、試料へのデポジション（ビーム誘起堆積）やエッチングを局所的に高速化することができる。前者の方法は、ガスアシストデポジション（Gas Assisted Deposition：以下、GADと略す）と呼ばれており、半導体集積回路（LSI）等における半導体の配線接続や、集束イオンビーム（Focused Ion Beam：以下、FIBと略す）による試料断面の加工、透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：以下、TEMと略す）の試料作製時に試料へのダメージを低減させる表面保護膜の形成、又は不良箇所へのマーキング形成等に利用されている。一方、後者の方法は、ガスアシストエッチング（Gas Assisted Etching：以下、GAEと略す）と呼ばれており、LSI等の半導体の配線の高速除去のほか、良好な走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：以下、SEMと略す）画像を得るためにFIBによる加工面の段差を顕著化する際等に利用されている。
【０００３】
ところで、上記のGADやGAE等のガス処理を行うと、利用した反応性ガスが荷電ビーム装置内で反応し、ガス成分を主成分とした汚れが鏡体内の機器や試料等に膜状に付着する場合がある。この汚れの膜は、ガス処理を繰り返すと厚みを増し、衝撃等によって剥離して異物となる恐れがある。また、この膜が絶縁物の場合には、帯電してビームドリフトの発生原因となり、デポ膜形成時等に不具合を発生させる場合がある。そのため、これらの不具合を避けるために汚れの膜を定期的に除去する必要がある。
【０００４】
この反応性ガスによる汚れをクリーニングする方法には、荷電ビーム装置の試料室内を反応性ガス雰囲気としながらクリーニング対象物に荷電ビームを照射してエッチングにより汚れを除去するものがある（特許文献１等参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−３１３４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の方法では、反応性ガスは試料室全体に供給されるため、クリーニング対象物に吸着するガス分子量が少なくなってしまい、効率良くクリーニング処理することが困難だった。そのためクリーニングの完了までに時間がかかってしまい、装置のスループットが低下する場合があった。
【０００７】
本発明の目的は反応性ガスによる汚れを効率良く除去することができる荷電ビーム装置、及びそのクリーニング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、荷電ビームを生成する荷電ビーム発生源と、この荷電ビーム発生源からの荷電ビームを集束し試料に照射する荷電ビーム光学系と、試料上の荷電ビーム照射部分に反応性ガスを供給するガス供給部と、このガス供給部を挿入するためのガス供給部挿入口、及び荷電ビームを導入するための荷電ビーム導入口を有し、試料室内に設けられたクリーニング室とを備えるものとする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、クリーニング対象物に吸着する反応性ガスの分子を増加することができるので、反応性ガスによる汚れを効率良く除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の荷電ビーム装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１１】
図１は本発明の第１の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図である。
【００１２】
図に示す荷電ビーム装置は、室内が真空排気される試料室１と、試料室１内に設けられた可動式のステージ２と、ステージ２の上部に取り付けられ、載置された試料４を固定手段（例えば、ピン）で固定する試料ホルダー３と、荷電ビーム（電子ビーム、イオンビーム）６を試料４に向かって照射する荷電ビーム鏡体１０と、試料４上の荷電ビーム照射部分に反応性ガスを供給するガス銃（ガス供給部）１１と、ガス銃１１に付着した反応性ガスによる汚れを除去するためのクリーニング室８と、ガス銃１１（クリーニング対象物）に対するクリーニング処理の終点を検出するための照射エネルギー分散型Ｘ線分析装置（以下、ＥＤＸと略す）３５（後述の図９参照）と、試料４からの２次電子を検出する２次電子検出器（電子検出手段）１３を備えている。
【００１３】
試料室１は、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ、バルブ等で構成される排気系（図示せず）と接続されており、反応性ガスを流さない状態で、例えば１０−５Ｐａ程度の高真空度に保持されている。また、特に図示していないが、試料室１には、試料を大気中で搬送する大気搬送ユニット（図示せず）との間に介在するかたちでロードロック室が隣接している。試料４搬入の際には、例えば、大気搬送ユニット内の大気搬送ロボット（図示せず）によって試料４がFOUP（Front Opening Unified Pod）等からロードロック室内に待機したステージ２上に搬送され、ロードロック室の大気を排出した後、ステージ２が試料室１内に移動する。なお、試料４を搬出する場合は上記と逆の手順で行えば良い。
【００１４】
ステージ２は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向の移動に加え、回転（Ｒ）及び傾斜（Ｔ）する５軸ステージであり、試料４を載せた試料ホルダー３を作業に応じて適宜移動させる。なお、説明のため、試料４は、例えば、直径３００ｍｍのシリコンウェーハとする。
【００１５】
図２は本発明の第１の実施の形態である荷電ビーム装置における試料ホルダー３の上面図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。
【００１６】
図示したように、試料ホルダー３の上面には、試料４の他に、荷電ビーム６のフォーカスや非点収差を補正するためのパターンが付された荷電ビーム調整治具７と、ガス銃１１に付着した汚れを除去するためのクリーニング室８と、試料４から摘出したマイクロサンプルを保持するカートリッジ機構部７５（後述する図２４参照）が設けられている。
【００１７】
図３はクリーニング室８の断面図である。図３（ａ）は図２中のIIIa-IIIa断面における断面図であり、図３（ｂ）は他の例における断面図である。
【００１８】
図３（ａ）において、クリーニング室８は、荷電ビーム６を室内に導入するための開口部である荷電ビーム導入口１６と、ガス銃１１のガスノズル１２（後述）を挿入するための開口部であるガス供給部挿入口１７を有している。これら開口部１６，１７以外の部分は密閉されており、室内の圧力ができるだけ保持されるように構成されている。
【００１９】
ガス銃１１は、先端に設けられた噴出孔１０１（後述する図５参照）から反応性ガスが噴出されるガスノズル１２を有しており、ガスノズル１２はガス供給部挿入口１７を介してクリーニング室８内に挿入されている。ガスノズル１２には反応性ガスによる汚れの膜（付着膜）１４が付着している。付着膜１４は、GADやGAE等のガス処理を行った場合に利用した反応性ガスが荷電ビーム装置内で反応することによって形成され、反応ガスの成分を主成分とした汚れの膜である。
【００２０】
各開口部１６，１７の径は極力小さく構成することが好ましい。これは、ガスノズル１２の噴出孔１０１から噴出される反応性ガスの圧力と、ガス供給部挿入口１７のクリーニング室８側における圧力の差を小さくすることにより、クリーニング室８内における反応性ガスの圧力値を大きくするためである。これにより、クリーニング対象物（ガス銃１１）に付着する反応性ガス分子の数が増大するので、クリーニング速度を向上させることができる。この点を鑑みて、本実施の形態では、例えば、クリーニング室８を１辺が１０ｍｍ程度の略立方体形状とし、各開口部１６，１７の直径を２ｍｍ程度としている。
【００２１】
また、クリーニング室８には、図３（ｂ）に示すように、２次電子検出器１３側の内部壁面（上面）に設けられた電極２０と、その他の内部壁面（側面）に設けられた電極２４を設けると好ましい。
【００２２】
図示した各電極２０，２４は、絶縁物２２（例えば、フッ素樹脂等）を介して壁面内に取り付けられており、電位的に浮いている。各電極２０，２４はそれぞれ電源２１と接続されており、この各電源２１によって、図に示すように、２次電子検出器１３側の電極２０には正電位が与えられ、側面の電極２４には負電位が与えられている。これにより、クリーニング室８から検出器１３側へより多くの２次電子２３が引き出されるので、SN比の高い２次電子像を得ることができる。なお、側面に設けられた電極２４に与える電位はアース電位でも良い。また、例えば、荷電ビーム６の加速電圧を１ｋVとすると、発生する２次電子２３のエネルギーは平均２eV程度と比較的低くなるので、各電極２０，２４には数十V程度の負又は正の電位を与えれば良い。
【００２３】
電極２０は、２次電子２３が２次電子検出器１３に導入されやすいように、メッシュ形状に形成することが好ましい。なお、この場合、メッシュ形状にする部分と上面全体の面積比、及びメッシュ間隔を大きくし過ぎると反応性ガスがクリーニング室８から漏洩し易くなるので、これらの大きさには充分配慮する。
【００２４】
次に、荷電ビーム鏡体１０の構成について、荷電ビーム発生源が電子源である場合を例に挙げて説明する。
【００２５】
図４は電子源を有する場合の荷電ビーム鏡体１０の内部構造を示す図である。
【００２６】
図に示す荷電ビーム装置は、その鏡体（カラム）１０（対物レンズ１５６（後述）部分のみ図示）内に設けられた各機器の制御を行う制御部１５０と、制御部１５０が処理した結果等を表示する表示部（モニタ）１８０と、電子ビームを生成する電子源（荷電ビーム発生源）１５１と、電子源１５１から所定のエミッション電流の電子ビーム（荷電ビーム）６を引き出す引き出し電極１５２と、引き出した電子ビーム６を集束する第１集束コイル１５３と、第１集束コイル１５３で集束された電子ビーム６の必要な部分だけを取り出す絞り１５４と、絞り１５４によって絞られた電子ビーム６を集束する第２集束コイル１５５と、第２集束コイル１５５で集束された電子ビーム６を集束し微小スポットとして試料４に照射する電子レンズを形成する対物レンズ１５６と、電子ビーム６を試料４上で走査する偏向コイル１５７を主に備えている。
【００２７】
上記のうち、引き出し電極１５２、第１集束コイル１５３、絞り１５４、第２集束コイル１５５、対物レンズ１５６、及び偏向コイル１５７等は、電子源１５１から電子ビーム６を集束・偏向して試料４上に適宜照射する電子ビーム光学系（荷電ビーム光学系）１６５を構成している。
【００２８】
対物レンズ１５６は、対物レンズコイル電圧制御電源１７５に印加される電圧によって磁場を発生する対物レンズコイル１５８と、対物レンズコイル１５８を内包するように設けられ試料４側の電極（下極）１５９を構成する対物レンズ磁路１６０と、下極１５９の上方に位置するように対物レンズ磁路１６０に絶縁部１６１を介して取り付けられたブースター電極（上極）１６２を備え、試料４に対面するように鏡体１０の下端に設けられている。
【００２９】
制御部１は、図示は省略するが、各種処理作業を行う処理部（マイクロプロセッサ等）、処理用プログラムや処理結果等を記憶する記憶部（ＨＤＤ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、及び処理部への命令を入力する入力部（キーボード等）等を備えている。
【００３０】
また、制御部１は、電子源１５１及び引き出し電極１５２に接続された高電圧制御電源１７０、第１集束コイル１５３に接続された第１集束コイル制御電源１７１、第２集束コイル１５５に接続された第２集束コイル制御電源１７２、偏向コイル１５７に接続された偏向コイル制御電源１７３、ブースター電極１６２に接続されたブースター電極電圧制御電源１７４、対物レンズコイル１５８に接続された対物レンズコイル電圧制御電源１７５、２次電子検出器１３に接続された２次電子検出器制御電源１７６（図１参照）、及びガス銃１１に接続されたガス銃コントローラ１７７（図１参照）等と接続されており、これら各電源及びコントローラ等を処理部等を利用して適宜制御している。
【００３１】
図５は図１におけるガス銃１１付近を拡大して示す断面図である。
【００３２】
この図において、ガス銃１１は、反応性ガスを噴出する噴出孔１０１が先端に設けられたガスノズル１２と、ガスノズル１２と連結された本体１０２と、大気圧となる荷電ビーム装置外において本体１０２を外周から覆う本体カバー１０３と、真空に保持された試料室１内部において本体１０２を外周から覆う真空ベロー１０４と、試料室１の隔壁１２５に設けられた孔１０５に取り付けられ、ガス銃１１を保持するフランジ１０６と、ガスボンベ（ガス源）１０７と接続されガスノズル１２に反応性ガスを供給するガス管１０８を備えている。ガス銃１１を構成する各部材は、鏡体１０内の磁場分布を極力乱さないようにする点に配慮して、非磁性材料（例えば、SUS材やアルミ材）で製作することが好ましい。
【００３３】
本体１０２は、ガスノズル１２側と反対側の端部においてジョイント部材１０９を介してエアシリンダ（駆動装置）４６と接続されており、外周面に沿って複数配置されたローラベアリング１１１を介して本体カバー１０３内に収納されている。
【００３４】
エアシリンダ４６は、空気供給源（図示せず）と接続されており、ガス銃コントローラ１７７（図１参照）の指令によって噴出孔１０１を試料４に対して軸方向に沿って進退させる。この進退機能を利用することにより、GAD及びGAEを行う際には噴出孔１０１を試料４上の荷電ビーム照射部分に接近させる（例えば、照射部分から上空、約２００μｍの位置）ことができ、その他の時には試料４から待避させることができる。ガス銃１１には、ガスノズル１２を一定距離以上試料４に近づかせないようにするためのストッパー（図示せず）が設けられており、誤操作等によって試料又はノズル先端が損傷することを防止している。ローラベアリング１１１は本体１０２が進退する際の軸ブレの発生を抑制する。なお、ガスノズル１２の進退の微調整は微調整機構（図示せず）によって行なう。
【００３５】
ガス銃１１の姿勢（仰角及び俯角、首振り角度）を変更する際には、フランジ１０６に設けられカバー本体１０３の姿勢を保持している調整ネジ１２０を利用する。調整ネジ１２０は、フランジ１０６を介してカバー本体１０３の上下方向及び水平方向から２本ずつ取り付けられており、これら４本のネジをネジ孔に対して適宜進退させるによってガス銃１１を所望の姿勢に保持する。また、本体１０２はモーター等の回転駆動装置１２１とギア等の動力伝達装置１２２を介して連結されており、ガスノズル１２をその軸心周りに回転させる場合には、ガス銃コントローラ１７７を介して回転駆動装置１２１を駆動させることにより回転させることができる。なお、試料室１内におけるガス銃１１の移動及び回転は、上記の構成に限らず、制御部１５０で制御されるロボットアームを設け、その自由端側にガス銃１１を取り付けて適宜移動・回動させる等しても勿論良い。
【００３６】
真空ベロー１０４は、本体１０２の進退に応じて伸縮できるように蛇腹状に形成されており、その内部（本体１０２側）は大気圧に保持されている。また、フランジ１０６と隔壁１２５の間には孔１０５を取り囲むようにOリング１２３が設けられており、試料室１の内部を大気と切り離している。
【００３７】
ガス管１０８は、上流側においては複数のガスボンベ１０７と調整弁１２４を介して接続され、下流側においては真空ベロー１０４を外周から取り囲むようにコイル状に配された後にガスノズル１２と結合されている。このようにガス管１０８をコイル状に配することにより、本体１０２が進退してもそれに追随して伸縮することができる。
【００３８】
各ガスボンベ１０７には、GAD用のデポジションガス、及びGAE用のエッチングガスが適宜貯留されており、調整弁１２４を開閉することで使用する反応ガスを作業内容に応じて切り換えることができる。デポジションガスの例としては、タングステンカルボニル（W(CO)6）、酸化シリコン膜を生成するテトラエチルオキシシラン（Si(OC2H5)4，別称：テオス）、モリブデンカルボニル（M(CO)6）、及びカーボン系のガス等が挙げられ、エッチングガスの例としては、2フッ化キセノン（XeF2）や、フッ素系ガス（CF4等）、塩素系ガス等が挙げられる。
【００３９】
ＥＤＸ（クリーニング終点検出手段）３５は、比較的高電圧（例えば３０ｋＶ）に加速された荷電ビーム６の照射点から放出される特性Ｘ線を検出し、照射点における元素分析を行う。元素分析の結果は、例えば、後述する図１０に示すようなグラフで表示部１８０に表示される（詳細は後述）。このような元素分析の結果、反応性ガスによる汚れの膜が残存していないことが検出されればクリーニング終了とする。なお、クリーニング処理の終点の検出精度を向上させるには、クリーニング対象物上の複数箇所に荷電ビーム６を照射して、複数箇所の元素分析を行うことが好ましい。また、装置の構成を簡略化する観点から、特性Ｘ線を放出させる際に利用する荷電ビーム６は、荷電ビーム鏡体１０内の荷電ビーム発生源から放出するのが好ましい。
【００４０】
２次電子検出器１３は荷電ビーム６が照射された試料４から放出する２次電子を検出する。試料４から放出された２次電子は、２次電子検出器１３内で正電位（１０ｋＶ程度）に印加されたシンチレータ（図示せず）の電界に引き寄せられ、加速されてシンチレータを光らせる。発光した光はライトガイドで光電子倍増管（ともに図示せず）に入射し、電気信号に変換される。光電子倍増管の出力は更に増幅されて、表示部１８０のブラウン管の輝度を変化させる。そして、これを鏡体１０内の偏向コイル（図示せず）の走査信号と同期させることで加工点における２次電子像を生成している。
【００４１】
なお、２次電子検出器１３以外の電子検出手段としては、反射電子検出器（図示せず）がある。反射電子検出器は、荷電ビーム６の照射により試料４の表面から放出される反射電子を検出するものであり、２次電子検出器１３による２次電子像と同様、反射電子像を形成する際に利用される。反射電子像は試料観察面の凹凸等を検出することができる。
【００４２】
また、特に図示しないが、試料室１内には、光学顕微鏡と、Ｚセンサーが設けられている。光学顕微鏡は、試料４上のアライメント用のマークを数点検出し、試料４のアライメントを行う。Ｚセンサーは、試料４上の加工点までの距離を計測し、試料４表面の高さが反り等によって変化しても、その変化量をキャンセルするようにステージ２を鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動させて、ワーキングディスタンスを一定に保持している。これによりウェーハ反り等に起因する荷電ビームのフォーカスズレの発生が防止される。
【００４３】
図６は表示部１８０に表示される荷電ビーム装置のグラフィカルユーザーインターフェース（以下、ＧＵＩと略す）の一例を示す図である。
【００４４】
図に示すＧＵＩ画面３７は、クリーニング時期の通知メッセージ等が表示されるメッセージ表示部３８と、試料の２次電子像等が表示される画像表示部３９と、荷電ビーム６の電流値、ビーム種、及びビーム調整表示等のビームパラメータが表示されるパラメータ表示部４０と、複数種類の既定の運転モードの中から実行する運転モードを選択をするための運転モード選択パネル（ナビションパネル）４１と、運転モード選択パネル４１で選択した運転モードに応じて荷電ビーム装置を操作するためのコマンドが表示されるコマンドパネル４２を備えている。
【００４５】
コマンドパネル４２には、ガス銃１１のクリーニングを開始するためのクリーニングボタン４３が設けられている。メッセージ表示部３８にメンテナンス要求が出た場合にクリーニングボタン４３を選択すると、ガス銃１１のクリーニング処理が自動的に開始される。コマンドパネル４２には、この他に、高電圧印加、ビーム電流計測等の操作を行うための各種コマンドが表示されており、操作者は所望の操作を選択することができる。
【００４６】
運転モード選択パネル４１には、例えば、予め設定されたレシピに基づいて一般オペレータが加工処理を行うモード（ジョブモード）や、運転のための各設定値（ビームのフォーカスや、非点収差補正等の値）をマニュアルで変更するためのモード（システムモード）、装置のメンテナンスを行う際に利用するデータ（各機器の累積使用時間、及び使用可能時間等）が表示されるモード（メンテナンスモード）等を選択することができるボタンが設けられている。
【００４７】
上記のように構成されるＧＵＩ画面３７において、クリーニング時期の通知メッセージは制御部１５０によって以下のようにしてメッセージ表示部３８に表示される。
【００４８】
制御部１５０は、荷電ビーム発生源からの荷電ビームの照射条件（例えば、荷電ビーム加速電圧、電流量、電流密度等）及び、ガス銃１１による反応性ガスの噴出条件（例えば、反応性ガスの照射量、反応性ガスの種類、ガスノズル１２位置変化の累積量等）に基づいて、ガス銃１１に付着する汚れ（付着膜１４）の量を予測算出する。このように得られる予測算出値を予め設定しておいた“しきい値”と比較し、予測算出値がしきい値以上に達したときにクリーニング時期の通知メッセージを表示する信号を表示部１８０に出力する。この信号が入力された表示部１８０は、メッセージ表示部３８に所定のメッセージ（例えば、図６に示す「ガスノズルのメンテナンスを実施下さい」）を表示して操作者にクリーニング時期を通知する。なお、本実施の形態では、クリーニング時期を通知する通知手段として表示部１８０を利用したが、荷電ビーム装置に別途警告灯を設け、これを必要な場合に点灯させる等しても良い。
【００４９】
クリーニング時期の通知メッセージがメッセージ表示部３８に表示されたら、操作者は、クリーニングボタン４３を選択し、ガス銃１１のクリーニングを開始する。
【００５０】
図７は本発明の第１の実施の形態である荷電ビーム装置において、ガス銃１１をクリーニングする様子を示す図である。
【００５１】
ここでは、まず、荷電ビーム６として電子ビームを利用する場合について説明する。
【００５２】
上記のように構成される荷電ビーム装置において、図示したように、電子源１５１（荷電ビーム発生源）からの電子ビーム（荷電ビーム）６を電子ビーム光学系１６５（荷電ビーム光学系）を介して集束し、この電子ビーム光学系１６５によって収束された荷電ビーム６を荷電ビーム導入孔１６を介してクリーニング室８内に導入するとともに、ガス銃１１のガスノズル１２をガス供給部挿入口１７を介してクリーニング室８内に挿入する。この状態で、噴出孔１０１から反応性ガスとしてエッチングガス（例えば、２フッ化キセノン等）１８を噴出すると、エッチングガス１８のノズル１２表面におけるガス圧力はクリーニング室８が無い場合と比較して増大するので、反応性ガス１８の分子がガスノズル１２に付着（吸着）する量が増大する。このようにガスノズル１２への付着量が増大されたエッチングガス１８は、自らが付着膜１４と反応して汚れを除去するとともに、荷電ビーム導入孔１６を介して導入される荷電ビーム６により活性化（ラジカル化）されて付着膜１４との反応が促進されるので、クリーニング室８が無い場合と比較して効率良く汚れを除去することができる。
【００５３】
次に、荷電ビーム６としてイオンビームを利用する場合について説明する。なお、イオンビームを利用する場合には、荷電ビーム発生源として、ガリウム等の液体金属イオン源を利用すればイオンビームを発生することができる。この他のイオンビーム源としては、例えば、非汚染イオンビームを発生するシリコン、ゲルマニウム等のIV属液体金属イオン源、ヘリウム、アルゴン等のガスフェーズ電界電離イオン源、及び酸素、アルゴン等のガスプラズマイオン源などがある。
【００５４】
上記で説明した電子ビームに替えてイオンビームを利用すると、イオンビームを付着膜１４に直接照射させることによりスパッタリングを利用したクリーニングを行うことができる。
【００５５】
イオンビームを付着膜１４に直接照射させるためには、まず、ガスノズル１２を低分解能観察することにより２次電子像（例えば、SIM像）を得て付着膜１４の概ねの場所を特定する。このようにして得た２次電子像を利用して高分解能観察を行い、付着膜１４の具体的な位置、即ちイオンビームの照射箇所を特定する。このとき、上記図３（ｂ）に示したように、クリーニング室８には２次電子が室外へ放出され易いように電位が与えられているので、容易に２次電子像を得ることができる。
【００５６】
このように特定した照射箇所に対してイオンビーム６を直接照射しつつエッチングガス１８をクリーニング室８内に噴出させると、エッチング作用が促進され、スパッタのみによって付着膜１４を除去する場合と比較して高速なエッチングが可能となる。例えば、反応性ガス１８として２フッ化キセノンを用いてシリコンや、酸化シリコン等の付着膜１４を除去する場合には、条件にもよるが、ガリウムイオンビームのみによるスパッタ速度と比較して約２〜３倍ほどエッチング速度を増大させることが可能である。
【００５７】
また、スパッタのみによるクリーニング方法では、クリーニング対象が金属を含む場合、周囲にスパッタ物が飛散し、金属汚染を発生させる。しかし、本実施の形態ではクリーニング室８内でスパッタリングを行うので、金属汚染となるスパッタ物が周囲に飛散することを抑制することができ、荷電ビーム装置内の機器等を金属汚染から保護することができる。さらに、エッチングガスを使用する場合、金属（スパッタ物）はガスと反応してガス化合物となるので、気化した状態で排気することが可能である。これによって、金属汚染の元となる物質をクリーニング室８から除去することができので、何らかの作用で金属スパッタ物がクリーニング室８から出てくる恐れを低減することができる。
【００５８】
ところで、上記の各場合において、荷電ビーム６の走査だけではガスノズル１２の汚れを除去することが難しいときには、ガス銃１１に設けられたエアシリンダ４６を用いてガスノズル１２を軸方向（図７中のＡ方向）に進退させたり、回転駆動装置１２１を用いて軸心周り（図７中のＢ方向）に回転させたりして荷電ビーム６を照射する部分を適宜変更して調整すれば良い。これにより、ガスノズル１２の外周面を万遍なくクリーニングすることができる。
【００５９】
図８は本発明の第１の実施の形態である荷電ビーム装置において、ガス銃１１をクリーニングする他の様子を示す図である。
【００６０】
この図において、ガスノズル１２は、図７の場合と異なり、クリーニング室８内において、荷電ビーム６の照射位置から離れたところに配置されている。このようにガスノズル１２を配置して、荷電ビーム６を付着膜１４に直接照射することなくクリーニング室８内に導入すると、図７のようにスパッタリング作用を相乗させるために荷電ビーム６を付着膜１４に直接照射する場合と比較してエッチング速度を抑えたソフトで均一性の高いエッチングができる。なお、この方法は荷電ビーム発生源の種類（電子源、イオン源等）に限定されるものではない。
【００６１】
次に、ＥＤＸ３５を利用して、クリーニング処理の終点を検出する方法を図を用いて説明する。
【００６２】
図９はＥＤＸを利用してクリーニング処理の終点を検出する様子を示す図である。図９（ａ）はＥＤＸで特性Ｘ線を検出する様子を示す図であり、図９（ｂ）はガスノズル１２を上方から見た図である。
【００６３】
図９（ａ）において、ガスノズル１２の荷電ビーム６照射部分からは特性Ｘ線３６が放出されており、この特性Ｘ線３６は照射部分の上方に設けられたＥＤＸ３５に検出されている。また、図９（ｂ）に示すように、分析精度を向上させるためにガスノズル１２上に複数の検査点３４を設定した。
【００６４】
クリーニング終点を検出する際には、高電圧（例えば３０ｋＶ程度）に加速した電子ビーム６をガスノズル１２上に設定した複数の検査点３４に照射する。このとき各検査点３４からは電子ビーム６によって特性Ｘ線３６が放出されるので、この特性Ｘ線３６をＥＤＸ３５で検出して各検査点３４における元素分析を行う。
【００６５】
図１０及び図１１はＥＤＸによる元素分析の分析結果の例を示す図である。
【００６６】
図１０は、タングステンカルボニルを反応性ガス１８として用いたときに、ＳＵＳ製（鉄、ニッケル、クロムが主成分）のガスノズル１２の表面にタングステン（W）が汚れとして付着した場合における元素分析結果を示す図であり、図１０（ａ）はタングステン除去前の、図１０（ｂ）はタングステン除去後の分析結果を示している。
【００６７】
図１０（ａ）に示した分析結果は、タングステンを示すピーク部１９０を有し、これより低いエネルギー側には、鉄、ニッケル、クロムなどのＳＵＳの成分が主に検出されているピーク部１９１を有している。これに対して、図１０（ｂ）に示した分析結果からは、図中の破線Ｌが示すようにタングステンを示すピーク部１９０は消えている。
【００６８】
このように、クリーニング前の元素分析とクリーニング中の元素分析を比較し、汚れに含まれる元素（タングステン）が残留している場合にはクリーニング室８でGAEを継続し、その元素が除去された場合にはその時点をクリーニング終点とする。
【００６９】
なお、特定Ｘ線３６を検出して元素分析をする場合には、図９（ａ）に示すように、クリーニング対象であるガスノズル１２をクリーニング室８から出して行うと良い。このようにすると、特性Ｘ線３６の収量を増加させ、分析精度を向上させることができる。
【００７０】
一方、試料４にデポを行う場合には、反応性ガス（デポガス）１８に含まれる重金属が荷電ビーム装置内の機器等を汚染することを防止するために、イオンビームにガリウムイオンビームではなくアルゴンイオンビームを用いるとともにガスノズル１２をシリコン製にし、デポガス１８としてシリコン、酸素、カーボン、水素の化合物であるテトラエチルオキシシラン（SiOC2H54）を用いて酸化シリコンをデポする場合がある。この場合には、シリコン製のガスノズル１２に酸化シリコンが汚れとして付着する。この場合について図１１を用いて説明する。
【００７１】
図１１は、テトラエチルオキシシランを反応性ガス１８として用いたときに、シリコン製のガスノズル１２の表面に酸化シリコンが汚れとして付着した場合における元素分析結果を示す図であり、図１１（ａ）は酸化シリコン除去前の、図１１（ｂ）は酸化シリコン除去後の分析結果を示している。
【００７２】
図１１（ａ）に示した分析結果は、カーボン（C）及び酸素（O）を示すピーク部１９５を有し、これらより高いエネルギー側にシリコン（Si）を示すピーク部１９６を有している。これに対して、図１１（ｂ）に示した分析結果からは図中の破線Mが示すようにカーボン及び酸素を示すピーク部１９５は消えている。この場合も、図１０の場合と同様に、ガスノズル１２の母材であるシリコンのみが検出される図１０（ｂ）に示す状態になった時点をクリーニング終点と判定することができる。
【００７３】
次に本実施の形態の荷電ビーム装置の効果を説明する。
【００７４】
まず、反応性ガスによる汚れがガスノズル等に付着して発生する不具合を図を用いて説明する。
【００７５】
図１２は荷電ビーム装置において試料に荷電ビーム及び反応性ガスを照射している様子を示す図である。
【００７６】
この図において、試料２０４に付着した反応性ガス２１８の分子は荷電ビーム２０６及び２次電子２９５等によって分解され、試料２０４面上にデポ膜２１３を形成する。このとき、デポ膜２１３は、荷電ビーム２０６によるスパッタ作用も同時に受けており、このスパッタ量とデポ量の差分が実際のデポ量となる。
【００７７】
ガスノズル２１２は、加工点（GAD部分）でのガス分子密度を大きくしてデポ速度を大きくするために、加工点に充分に近接させる。ノズル２１２の表面には、デポ膜２１３から発したスパッタ粒子２９６や、２次電子２９５、反射電子等が放出される。これによりノズル２１２の表面に付着膜（デポ膜）２１４が形成され、GADを繰り返し行うとその厚みが増加する。このとき、衝撃等が加わると付着膜２１４が剥離し、試料２０４上に落下すれば異物となる。
【００７８】
また、デポ膜２１３及び付着膜２１４が絶縁物の場合には、デポ膜２１３及び付着膜２１４上に２次電子や反射電子が溜まって帯電する。このようにデポ膜２１３及び付着膜２１４が帯電すると、荷電ビーム２０６がドリフトし（図中の２点鎖線）、試料２０４上のデポ膜２１３の位置がドリフトする不具合が発生する場合がある。付着膜２１４によるビームドリフトは、荷電ビーム２０６の加速電圧が比較的低い場合、かつ、デポ膜２１３からの２次電子及び反射電子が多く発生する条件で顕著になる。この場合について図１３を用いて説明する。
【００７９】
図１３はガスノズル２１２に絶縁性の付着物２１４が付着した場合にデポを行う様子を示す図である。図１３は（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に時間が経過しており、その時間経過とともに付着膜２１４の帯電量が多くなって、荷電ビーム２０６が図中の左方向にドリフトする量が多くなっている。このようにビームドリフトの量が増大すると、試料２０４上に形成されるデポ膜２１３の位置も左方向にズレてしまう。このようなデポ膜２１３の位置ズレがあると、デポ膜２１３の位置を不良部位の位置を示すマークとして使用する場合に、デポ膜２１３はマークとしての機能を果たさず、欠陥部の位置を正確に知ることができなくなってしまう。また、デポ膜２１３の高さが所望値より小さくなったり、デポ膜２１３の高さ（段差）が低いため、マークとして認識し辛くなるという問題も発生する場合もある。
【００８０】
このようにガスノズル等に付着した反応性ガスによる汚れ（付着膜）を除去する技術としては、荷電ビーム装置の試料室内を反応性ガス雰囲気としながらクリーニング対象物に荷電ビームを照射してエッチングにより汚れを除去するものがある（特許文献１等参照）。
【００８１】
しかし、この方法では、反応性ガスは試料室全体に供給されるため、クリーニング対象物に吸着するガス分子量が少なくなってしまい、効率良くクリーニング処理することが困難だった。そのためクリーニングの完了までに時間がかかってしまい、装置のスループットが低下する場合があった。また、この技術において、クリーニング対象物に吸着するガス分子量を増加させるために反応性ガスの供給量を増加させると、試料室内の圧力が増加することにより排気系への負荷が増加して装置トラブルが発生してしまう。さらに、この場合において反応性ガスがエッチングガスを用いると、装置内の機器へダメージを与えてしまうため、クリーニングの効率を向上させることが難しかった。さらに、クリーニングの効率が劣ると、ガスノズルを新品のものと交換する機会も増加する。ノズルを交換する際には、試料室を大気に戻してから交換作業を行う必要があり、装置の再起動に時間がかかり、装置のスループットが低下するという問題も発生する場合がある。
【００８２】
これに対して、本実施の形態の荷電ビーム装置は、試料室１内において、ガス銃１１を挿入するためのガス供給部挿入口１７、及び荷電ビーム６を導入するための荷電ビーム導入口１６を有するクリーニング室８を備えている。そして、このクリーニング室８内で、荷電ビーム導入孔１６を介して荷電ビーム６を導入しながら、ガス供給部挿入口１７を介してガス銃１１のガスノズル１２を挿入し、噴出孔１０１から反応性ガスとしてエッチングガス１８を噴出してGAEを行うことにより、クリーニング対象物であるガスノズル１２に吸着する反応性ガスの分子を増加することができる。したがって、本実施の形態によれば、このようにクリーニング対象物に吸着する反応性ガスの分子を増加することができるので、反応性ガスによる汚れを効率良く除去することができる。
【００８３】
また、本実施の形態は、上記のようにクリーニング室８内でクリーニング処理を行うので、付着物が重金属成分を含んでいる場合にも除去物を室内に留めることができ、周辺機器が金属汚染されることを防止することができる。
【００８４】
さらに、本実施の形態は、制御部１５０によって、荷電ビーム発生源からの荷電ビーム６の照射条件、及びガス銃１１による反応性ガスの噴出条件に基づいてガス銃１１に付着する汚れ（付着膜１４）の量を予測算出し、この予測算出値と“しきい値”とを比較することによってクリーニングの時期を操作者に知らせている。これにより、操作者は、実際に異物やマークの位置ズレ等が発生することによって事後的にクリーニングの時期を知るのではなく、こうした不具合が生じる前にクリーニング時期を知ることができる。したがって、不良品となった試料から発生していた損失を低減できるとともに、装置ダウンの時間を削減できるのでスループットも向上させることができる。
【００８５】
また、本実施の形態は、ＥＤＸ３５によってクリーニング対象物（ガスノズル１２）の元素分析を行い、クリーニングの終点検出を正確に行っている。これにより、付着物１４を完全に除去することができるので、異物の発生やビームドリフト等の不具合が再発することを抑制することができる。また、正確に終点を検出することができるので、クリーニング対象物の母材にまでダメージを与えることがなく、母材の寿命を長くすることもできる。
【００８６】
なお、上記の実施の形態においては、クリーニング室８を試料ホルダー３上に設ける場合を説明したが、例えば、試料室１内を自在に移動できる多関節アーム等の端部にクリーニング室８を取り付ける等して、試料ホルダー３等から独立したものとして構成しても良い。また、クリーニング室８の形状は上記において図示した場合のみに限られず、直方体や、四角錐、円筒等でも良く、外形は特に限定されない。これは、開口部１６，１７の位置についても同様で、両者を同じ面上に設けたりしても勿論良い。さらに、複数のガス銃１１が設けられている場合には、これら複数のガス銃１１をクリーニング室８内に導入することができるように、ガス供給部挿入口１７を大きめの開口部（例えば、楕円形）としてもよい。
【００８７】
また、上記で図４を用いて説明した、荷電ビーム発生源が電子源である電子ビーム鏡体は、欠陥観察用走査型電子顕微鏡（以下、レビューSEMと略す）として構成しても良い。レビューSEMは、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：以下、SEMと略す）の１種であり、半導体等の生産現場で欠陥や異物等の観察に用いられる。このレビューSEMは、検査装置（光学式検査装置やSEM式検査装置等）によって得た検査結果（欠陥の座標データ等）に基づいて各欠陥を視野に含む画像（欠陥画像）と欠陥を含まない良品パターンの画像（参照画像）を自動的に取得する機能（自動レビュー（Automatic Defect Review）：以下、ADRと略す）、及びこのADRによって取得した欠陥画像及び参照画像を基に各欠陥の特徴量を定量的に算出し、こうして得た特徴量と予め設定しておいた欠陥分類の基準となるデータ（教示データ）とを比較して欠陥を自動的に分類する機能（自動分類（Automatic Defect Classification）：以下、ADCと略す）を有している。
【００８８】
このADR及びADC機能を上記の荷電ビーム装置で行うには、例えば、制御部１５０の記憶部に、欠陥画像及び参照画像、特徴量データ、教示データ、並びに各処理を行う際に利用するプログラム等を格納し、制御部１５０の処理部に欠陥画像及び参照画像を検査結果に基づいて撮像する処理、画像に基づいて特徴量を算出する処理、及び教示データに基づいて欠陥を分類する処理等を行わせると良い。
【００８９】
ここで、レビューSEMを用いた代表的なウェーハ検査作業の主な流れを説明する。
【００９０】
まず、ADRを行う際には、搬送手段（例えば、FOUP（Front Opening Unified Pod）や大気搬送ユニット等）によって試料室内に検査ウェーハを搬入する。そして、この搬入したウェーハに対して低分解能観察（レビューモード）でADRを行い、これに続いてADCを行なう。これにより、例えば、欠陥を、「剥離」、「異物」、「傷」、「塵」等の発生原因に応じて大まかに分類し、更にこれらを、「短絡」、「オープン」、「凸欠陥」、「凹欠陥」、「VC（ボルテージコントラスト）欠陥」等に細かく分類することができる。このように分類された異物、欠陥部等の形状などを更に詳細に観察する必要がある場合には、適宜、高分解能観察を行う。また、更に欠陥部等の発生原因を追及する必要がある場合には、FIB等によってウェーハの断面加工を行う場合もある。FIBによって断面加工する際には、それに先だって、電子ビームデポを利用してウェーハ上に加工箇所を示す目印（マーカー）を付ける必要がある。これらの一連の作業によって、配線のボイド、コンタクト不良などの不良原因を特定することができ、製造プロセスへのフィードバックが可能となり、製品の歩留まりを向上することができる。
【００９１】
次に本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００９２】
図１４は本発明の第２の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図である。
【００９３】
図に示す荷電ビーム装置は、ナノプローバ３０と、クリーニング室８Ａを備えており、その他の部分は第１の実施の形態と同じである。
【００９４】
ナノプローバ３０の先端にはプローブ（探針）３１が取り付けられており、このプローブ３１を試料４上で走査させることによって、試料面の状態（例えば、試料上の欠陥部の電気特性等）を観察する。クリーニング室８Ａは、第１の実施の形態におけるクリーニング室８の構成に加え、クリーニング対象物を導入するためのクリーニング対象物導入口１９（図１５参照）を有している。本実施の形態におけるクリーニング対象物導入口１９はガス供給部挿入口１７に対向して設けられている。
【００９５】
試料４上の欠陥の状態を観察する際には、荷電ビーム６で欠陥部周辺にマークを形成し、そのマークを目印として電子像上で欠陥部を探し、プローブ３１を接触させる。観察中は、電子ビーム（荷電ビーム）６が照射されているため、電子ビーム６の照射条件や照射対象物などによって異物自体が帯電する場合がある。このとき、プローブ３１の表面に電子ビームデポ等によって絶縁物が付着している場合には、プローブ３１も帯電することがある。プローブ３１が帯電すると、その近傍に異物３２（図１５参照）がある場合に、プローブ３１の先端部に異物３２が静電気吸着することがある。このように異物３２がプローブ３１の先端部に存在すると、検査対象領域以外にも異物３２が接触してしまい正確な計測が困難となってしまうので、異物３２を除去する必要がある。
【００９６】
図１５は、本発明の第２の実施の形態である荷電ビーム装置において、プローブ３１をクリーニングする様子を示す図である。図１５（ａ）クリーニング室８Ａの上面図であり、図１５（ｂ）はその断面図である。
【００９７】
図１５において、ガス銃１２はガス供給部挿入口１７を介してクリーニング室８Ａ内に挿入されており、プローブ３１はクリーニング対象物導入口１９を介してクリーニング室８Ａ内に挿入されている。プローブ３１の先端部には異物３２が付着している。このように、ガスノズル１２（ガス銃１１）に加えてプローブ３１がクリーニング対象物となる場合にも、第１の実施の形態同様、効率良くクリーニング処理を行うことができる。
【００９８】
図１６は荷電ビーム導入口１６を介して荷電ビームを照射して得たプローブ３１先端部の電子像を示す図である。図１６（ａ）はクリーニング処理前の電子像４４ａを示す図であり、図１６（ｂ）はクリーニング処理後の電子像４４ｂを示す図である。
【００９９】
荷電ビーム６を異物３２に直接照射してクリーニングする場合には、電子像（２次電子像）を利用しながら、荷電ビーム導入口１６を介して異物３２が見える位置にプローブ３１の位置を移動すると良い（図１６（ａ）参照）。プローブ３１の位置を決定したら、異物３２の全面に荷電ビーム（電子ビーム）６が照射できるように処理領域３３を指定する（図１６（ａ）参照）。加工領域３３を指定したら、ガスノズル１２から反応性ガス（例えば、２フッ化キセノン）を噴出しながら、例えば加速電圧が１ｋＶで数十ｐＡの電子ビーム６を照射して異物３２を除去する（図１６（ｂ）参照）。
【０１００】
以上のように、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
また、上記の説明においては、ナノプローバ３０のプローブ３１をクリーニング対象としたが、クリーニング対象はこれだけに限られない。次に、クリーニング対象が原子間力顕微鏡のカンチレバーに取り付けられたプローブの場合を本実施の形態の変形例とし、これを説明する。
【０１０２】
図１７は本発明の第２の実施の形態の変形例である荷電ビーム装置の全体構成を示す図である。
【０１０３】
図示した荷電ビーム装置は、上記のナノプローバ３０に替えて、先端にプローブ（探針）１３１が取り付けられたカンチレバー（片持ち梁）１３０を備えている。また、特に図示していないが、原子間力顕微鏡を構成するものとして、この他に、レーザー光を発生するレーザー光源と、プローブ１３１に照射するレーザー光の反射光の変位を測定するフォトダイオード等を備えている。
【０１０４】
上記の荷電ビーム装置において、プローブ１３１が試料４の表面に近づくと、試料表面の原子との原子間力によりプローブ１３１が変位するので、この変位をレーザー光線の反射光を利用してフォトダイオードで計測する。試料面の表面状態（凹凸の様子）を観察する際には、フォトダイオードによって計測される変位が一定になるようにプローブ１３１（又は試料４）を上下させ、その変位量から試料表面の凹凸状態を検出する。
【０１０５】
ナノプローバ３０の場合と同様、観察中は、試料に電子ビーム６が照射されているため、電子ビームの照射条件や照射対象物によって、異物自体が帯電する場合がある。また、プローブ１３１の表面に電子ビームデポ等によって絶縁物が付着している場合には、プローブ１３１も帯電する。プローブ１３１の近傍の試料４上に異物がある場合、先端部に異物が静電気吸着することがある。プローブ１３１は試料４と接触させる場合と、接触させない場合があるが、いずれの場合もプローブ１３１表面に異物が付着していると、試料表面の状態を正確に測定することができない。したがって、プローブ１３１に付着した異物を除去する必要がある。
【０１０６】
この場合も上記と同様に、クリーニング対象物導入口１９にプローブ１３１を挿入することにより、異物を効果的に除去することができる。
【０１０７】
なお、上記の説明ではプローブ３１，１３１をクリーニング対象物としたが、ガス銃１１が複数ある場合には、それをクリーニング対象物導入口１９に挿入してクリーニングしても良いことは言うまでもない。
【０１０８】
次に本発明の第３の実施の形態である荷電ビーム装置について説明する。本実施の形態の荷電ビーム装置の主たる特徴は２つの鏡体（ツインカラム）を備えている点にある。
【０１０９】
図１８は本発明の第３の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図である。
【０１１０】
図に示す荷電ビーム装置は、図４を用いて説明した荷電ビーム装置と同様の構成からなるＳＥＭ４６と、イオンビームを生成するイオンビーム発生源（荷電ビーム発生源）５１（後述する図１９参照）を内包するイオンビーム鏡体４５と、クリーニング室８Ａが設けられている試料ホルダー３を主に備えている。また、ＳＥＭ４６側には、２次電子検出器１３と、試料４のアライメントを行う際に利用する光学顕微鏡４９と、ガス銃１１が設けられており、イオンビーム鏡体４５側には、ガス銃１１と、試料４からマイクロサンプル８０（後述の図２３参照）を摘出するマイクロサンプリングユニット（摘出手段）４７と、イオンビーム鏡体４５のワーキングディスタンスを一定に保持するＺセンサー５０が設けられている。なお、説明のため、本実施の形態における試料４は直径３００ｍｍのシリコンウェーハとする。
【０１１１】
本実施の形態の荷電ビーム装置も第１の実施の形態同様、上記した各機器の制御等を行う制御部（図示せず）を備えている。ステージ２は、上記の各実施の形態と同様に５軸ステージであり、試料４を載せた試料ホルダー３をＳＥＭ４６側、又はイオンビーム鏡体４５側に適宜移動することができる。光学顕微鏡４９は、試料４上のアライメント用のマークを数点検出し、試料４のアライメントを行う。
【０１１２】
図１９は図１８中のイオンビーム鏡体４５の内部構造を示す図である。
【０１１３】
図１９において、イオンビーム鏡体４５は、イオンビームを生成するイオン源５１と、イオン源５１からイオンビーム６６を引き出す引き出し電極（図示せず）と、イオンビーム６６の径を決定するアノードアパーチャ５３と、偏光器５６、絞り５８、照射レンズ５９、及び投射レンズ６４等から構成され、イオンビーム６６を試料４上の所望の位置に所望の径で照射するイオンビーム光学系（荷電ビーム光学系）３００を備えている。
【０１１４】
イオンビーム発生源（イオン源）５１としては、試料（ウェーハ）４を金属汚染しない種類のイオンビーム（非汚染イオンビーム）を放出するものが好ましく、例えば、アルゴンイオンビームを放出するデュオプラズマトロンが適する。また、その他のものとしては、不活性ガスイオン源、酸素若しくは窒素ガスイオン源、デュオプラズマトロンイオン源、電子サイクロトロン共鳴プラズマ源、誘導結合プラズマ源、又はヘリコン波プラズマ源等がある。イオン源５１はガイシ５２を用いて電位的に３０ｋＶ程度浮かせた。イオン源５１は、イオン源カバー５４に覆われており、このイオン源カバー５４によって空気絶縁されている。
【０１１５】
イオンビーム光学系３００は、イオン源５１から引き出したイオンビームから必要なもの（アルゴンイオンビーム）を選択する質量分離器５５と、中性粒子（金属スパッタ等）を取り除くためにイオンビームを偏向する偏光器５６と、イオンビーム６６の必要な部分だけを取り出す絞り５８と、絞り５８で絞られたイオンビーム６６を集束する照射レンズ５９と、イオンビーム６６の必要な部分だけを取り出す絞り投射マスク６０と、非点収差を補正する非点補正コイル６１と、イオンビーム６６の位置ズレを補正するアライメントコイル６２と、イオンビーム６６を試料４上で走査する偏向コイル６３と、投射マスク６０を通過したイオンビーム６６を集束する投射レンズ６４等を備えている。
【０１１６】
イオン源５１内から発生する金属スパッタ物などの中性粒子が直接試料４に到達しないようにする為、イオン源５１は鏡体４５の下流側の中心軸に対して例えば数度傾斜されている（図１９参照）。中性粒子はイオン源５１から直進してダンパー（図示せず）に照射される。なお、この図示しないダンパーはスパッタ粒子による金属汚染を防止する為に、シリコン、カーボン等で製作すると良い。
【０１１７】
質量分離器５５の電極印加電圧及び磁束密度強度は、質量分離器５５がイオン源５１から引きだされたイオンビームからアルゴンイオンビームのみを選択するように調整されており、偏向器５６の電極印加電圧は、偏向器５６が曲げるイオンビームが絞り５８を介して試料４に照射されるように調整されている。
【０１１８】
試料室１とイオンビーム鏡体４５の間には、これらを分離するガンバルブ（図示せず）が設けられている。この図示しないガンバルブは、メンテナンス時等に試料室１のみをリークしたい場合等に使用される。偏向コイル６３は、投射マスク６０を通過した観察用の円形イオンビームを試料４上に走査するものである。次に投射マスク６０について詳述する。
【０１１９】
図２０は投射マスク６０の上面図であり、図２１はその部分拡大図である。
【０１２０】
図２０において、投射マスク６０には、試料４からマイクロサンプル８０（後述する図２３参照）を摘出する際に利用するスリット孔７１（７１ａ，７１ｂ）と、試料を薄膜加工する際に利用する縦・横のアスペクト比が比較的大きなスリット孔７２と、デポ用のスリット孔７３と、観察ビーム用の丸型孔７４（７４ａ，７４ｂ）が開けられており、これら各孔を通過したイオンビームのみが投射レンズ６４によって集光され試料４上に照射される。マイクロサンプル８０を摘出するためのスリット孔７１は、コの字型のスリット７１ａと、一文字型のスリット７１ｂを有しており、これらはマイクロサンプル８０を摘出する際に適宜使い分けられる。また、これと同様に、丸型孔７４も径の異なる大小２種類の孔７４ａ及び７４ｂを有している。
【０１２１】
投射マスク６０は、駆動ユニット（図示せず）によってイオンビーム軸とほぼ垂直に交わる方向（即ち、水平方向）に移動させる事が可能で、上記の種々の孔を介してビーム形状を変更して試料４に投射することができる。なお、この図では、スリット孔は各種１個ずつ設けられているが、同種のものを複数個設けて適宜使い分けることにより投射マスク６０の寿命を長くする工夫をしても良い。また、投射マスク６０は金属汚染を防止する為にシリコン製にするのが好ましい。
【０１２２】
図２１は、投射マスク６０に非汚染イオンビーム６６が照射されている様子を示している。マイクロサンプリング摘出用のスリット孔７１ａの寸法は、図中に示すように、例えば、０.４×０.５ｍｍ程度であり、このスリット孔７１ａの全面を覆うようにイオンビーム６６が照射されている。これによりイオンビーム６６の形状をスリット孔７１ａと同じコの字型にすることができる。
【０１２３】
上記のように構成されるイオンビーム鏡体４５は、主に試料の断面加工に用いる投射モードと、主に試料の電子像を得る際に用いる観察モードの２種類のビームモードを有している。次にこれら各モードにおけるイオンビーム光学系光学系３００の構成を説明する。
【０１２４】
図２２はイオンビーム鏡体４５内のイオンビーム光学系光学系３００による２つのビームモードを示す図であり、図中の（ａ）が投射モードを示し、（ｂ）が観察モードを示す。
【０１２５】
図２２（ａ）に示した投射モードでは、照射レンズ５９はアノードアパーチャ５３からの像を投射レンズ６４の主点で結像するように調整されている。この調整は、３枚組のバトラーレンズで構成される照射レンズ５９のうち、中央のレンズに高電圧を印加することによって行う。投射レンズ６４は投射マスク６０からの像を試料４上に結像している。この投射レンズ６４も同じく３枚組みのバトラーレンズで形成されており、中央の電極にのみ高電圧を印加させて利用する。
【０１２６】
一方、図２２（ｂ）に示した観察モードでは、照射レンズ５９はアノードアパーチャ５３からの像を投射マスク６０の上流側で一度結像させ、その結像させたものを投射レンズ６４によって試料４上に再度結像させている。これにより、像の縮小率を投射モードの約１/３０にすることができ、最小径が０.１〜０.２μｍ程度のビームを得ることができる。このビームを偏向コイル６３によって試料４上をスキャン（走査）させることで、投射モードと比較して分解能が高い２次電子像を得ることができる。
【０１２７】
図２３は試料ホルダー３（図２参照）上に配置されたカートリッジ機構部７５を示す図である。
【０１２８】
図示したカートリッジ機構部７５は、試料４から摘出したマイクロサンプル８０が接着されているメッシュ８２を有するカートリッジ８１と、カートリッジ８１を軸方向（図中の矢印Ｃ方向）に進退可能に保持するカートリッジホルダ８３と、カートリッジホルダ８３に回転動力を伝達する歯車８４を備えている。
【０１２９】
マイクロサンプル８０は、上記の投射モードでイオンビーム６６を試料４に照射することにより得られるものであり、適当な形状及び大きさ（例えば、１０μｍ程度）に成形されている。また、マイクロサンプル８０は、カートリッジ８１のメッシュ８２にデポによって接着されている。試料４から摘出したマイクロサンプル８０をこのようにメッシュ８２上に搭載するには、マイクロサンプルプローブ（プローブ）４８のマイクロサンプル８０との接触部を非汚染イオンビームによって切断すれば良い。
【０１３０】
カートリッジ８１はカートリッジホルダ８３と脱着可能に取り付けられており、装置外にカートリッジ８１のみを取り出すことができる。
【０１３１】
カートリッジホルダ８３は、試料ホルダー３に設けられた駆動装置（図示せず：例えば、モータ）によって回転される歯車８４によって、図中の矢印Ｄが示すように、正及び負の方向へ１８０度回転駆動される。この回転機構で適宜カートリッジホルダ８３を回転させることによって、マイクロサンプル８０の加工に適した角度にカートリッジ８１を保持することができる。例えば、マイクロサンプル８０に薄膜加工を施す場合には、イオンビームの出射軸方向と薄膜化する方向を調整することができる。
【０１３２】
プローブ４８はシリコンで製作することが好ましく、シリコンで製作すればタングステン製のもの等と比較して金属汚染の心配が少ない。なお、プローブ４８は、シリコンの他にも、例えば、カーボンや、ゲルマニウム等で製作しても良い。
【０１３３】
上記のように構成される荷電ビーム装置において試料４面上を観察する場合には、ステージ２によって試料４をＳＥＭ４６側に移動させ、ＳＥＭ４６によって電子ビーム１９を試料４に照射し、ボルテージコントラスト（VC）によって欠陥部を見つける。例えば、コンタクト部を観察する場合にコンタクト不良があるとその欠陥部は暗く観察される。これは、コンタクト不良によって、照射した電荷がアースに流れにくくなることで欠陥部が正に帯電し、２次電子がこれにトラップされることにより２次電子検出器１６に検出される２次電子量が低下する為である。
【０１３４】
このようにVCによって検出した欠陥部（例えば、コンタクトホール）の大きさは数十ｎｍと小さく、更に詳細な観察をするためには、イオンビーム鏡体４５で試料４を加工してから、ＴＥＭ等で観察する必要がある。イオンビーム鏡体４５によって加工するには、ＳＥＭ４６によるGADで試料４に加工点の目印（マーク）をつける必要がある。GADを実施する際には、ＳＥＭ４６側に取り付けられたガス銃１１を利用する。
【０１３５】
図２４はGADによってマーク形成した後の試料４の電子像９４を示す図である。
【０１３６】
図示した電子像９４は、周りの正常なコンタクトホールと比較して暗く観察される欠陥部９６と、欠陥部９６の両側に所定の間隔（例えば、数μｍ程度）を介して形成されている２つのマーク９７を有している。このマーク９７は、デポ速度を最大にする為、電子ビーム加速電圧を比較的低加速電圧（例えば、1ｋＶ程度）とし、数十ｐＡの電子ビームを照射して数μｍ角のマークを数分間の電子ビーム照射で形成した。
【０１３７】
次に、ステージ２によって、欠陥部を非汚染イオンビーム鏡体４５直下に移動させる。このとき、ステージ２の位置精度で位置合わせできない場合には、試料４上のマーク９７のSIM像との位置関係を基に欠陥部９６を探す。
【０１３８】
続いて、投射モード（図２２（ａ）参照）で投射マスク６０のスリット孔７１等を介してイオンビーム６６を試料４に照射し、試料４から欠陥部９６及びマーク９７を含むマイクロサンプル８０（図２３参照）を形成する。このようにして形成したマイクロサンプル８０をマイクロサンプリングプローブ４８（図２３参照）を利用して試料４から摘出し、カートリッジ機構部７５のメッシュ８２（図２３参照）に接着する。
【０１３９】
図２５はメッシュ８２に搭載したマイクロサンプル８０をTEM試料用に薄膜化する様子を示す図である。
【０１４０】
薄膜化加工は図２２（ａ）に示した投射モードで行う。投射モードでは、前述のように、薄膜化加工を行う領域を指定するために充分な分解能が得られ難いので、まず、図２２（ｂ）に示した観察モードで薄膜化位置を決定する。なお、観察モードでのビームと投射モードでのビームとでは、上記のようにそれぞれ光学条件が異なっており、軸ズレによるビーム位置ズレが発生する場合がある。このような場合には、観察モードでの加工位置指定で予めこのズレ量を実測で求めておき、そのズレを補正して薄膜化する加工領域を指定する事で薄膜化加工を行うと良い。
【０１４１】
マイクロサンプル８０を薄膜化する際には、イオンビームを投射マスク６０の薄膜化用のスリット孔７２（図２０参照）に通過させ、偏向コイル６３によってスキャンさせることなく、投射レンズ６４でマイクロサンプル８０上に直接結像させる。薄膜化する断面をシャープな加工面とするには、図２３で示したように、スリット孔７２の長軸方向（図２５中のＹ方向）をマイクロサンプル８０の長軸方向（Ｙ方向）に一致させると良い。このようにすれば、ビーム中心近傍ほど球面収差などの収差を小さくできるので、加工面をよりシャープにすることができる。こうした薄膜化加工を繰り返し、薄膜化が完了したマイクロサンプル９０を得る。
【０１４２】
こうして得たマイクロサンプル９０を利用して、より高分解能の透過電子像を得ることができる。この場合には、例えば、図２３に示したカートリッジホルダ８３の回転機構によってカートリッジ８１を９０度回転させ、ここに高電圧（２００ｋＶ程度）を印加して加速された電子ビームを照射し、透過したビームを検出器により検出することによって電子像を得ることができる。
【０１４３】
上記の作業を行う場合も、GADによってガス銃１１に付着物が付いたり、プローブ４８に異物が付着したりする恐れがあるので、これらを適宜除去する必要がある。しかし、この場合にも、上記の実施の形態同様、試料ホルダー３上に設けたクリーニング室８Aを利用することで、効率良くクリーニング処理を行うことができる。したがって、本実施の形態にも上記の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１４４】
次に、本発明の第４の実施の形態である荷電ビーム装置について説明する。本実施の形態の荷電ビーム装置の主たる特徴は、試料４上で２つの鏡体の中心軸が交差する点にある。
【０１４５】
図２６は本発明の第４の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図である。
【０１４６】
図に示す荷電ビーム装置は、ＳＥＭ４６の中心軸の延長とイオンビーム鏡体４５の中心軸の延長とが試料ホルダー３に固定された試料４上で交差するように構成されている。即ち、本実施の形態は第３の実施の形態のようにステージ２を移動させなくてもＳＥＭ４６、イオンビーム鏡体４５から荷電ビームを照射することができるものであり、例えば、イオンビームによる加工面を電子ビームでそのまま観察する事が可能となる。この荷電ビーム装置においても、試料ホルダー３上にクリーニング室８Ａが設けられている。
【０１４７】
このように構成される荷電ビーム装置は、第２の実施の形態のものと比較して、荷電ビーム鏡体、ガス銃、マイクロサンプリングユニット等を集約して配置することができ、コンパクトな装置を構成できる点が優れている。
【０１４８】
このように構成された荷電ビーム装置においても、クリーニング室８Ａ内でガス銃１１等をクリーニングすることができるので、上記の実施の形態同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の第１の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における試料ホルダー３の上面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるクリーニング室８の断面図。
【図４】電子源を有する場合の荷電ビーム鏡体１０の内部構造を示す図。
【図５】図１におけるガス銃１１付近を拡大して示す断面図。
【図６】本発明の第１の実施の形態における表示部１８０に表示されるグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）の一例を示す図。
【図７】本発明の第１の実施の形態において、ガス銃１１をクリーニングする様子を示す図。
【図８】本発明の第１の実施の形態において、ガス銃１１をクリーニングする他の様子を示す図。
【図９】本発明の第１の実施の形態において、ＥＤＸを利用してクリーニング処理の終点を検出する様子を示す図。
【図１０】本発明の第１の実施の形態において、タングステンカルボニルを反応性ガス１８として用いた場合に、ＳＵＳ製のガスノズル１２の表面にタングステンが汚れとして付着したときの元素分析結果を示す図。
【図１１】本発明の第１の実施の形態において、テトラエチルオキシシランを反応性ガス１８として用いた場合に、シリコン製のガスノズル１２の表面に酸化シリコンが汚れとして付着したときの元素分析結果を示す図。
【図１２】荷電ビーム装置において試料に荷電ビーム及び反応性ガスを照射している様子を示す図。
【図１３】ガスノズル２１２に絶縁性の付着物２１４が付着した場合にデポを行う様子を示す図。
【図１４】本発明の第２の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図。
【図１５】本発明の第２の実施の形態において、プローブ３１をクリーニングする様子を示す図。
【図１６】本発明の第２の実施の形態において、荷電ビーム導入口１６を介して荷電ビームを照射して得たプローブ３１先端部の電子像を示す図。
【図１７】本発明の第２の実施の形態の変形例である荷電ビーム装置の全体構成を示す図。
【図１８】本発明の第３の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図。
【図１９】本発明の第３の実施の形態におけるイオンビーム鏡体４５の内部構造を示す図。
【図２０】本発明の第３の実施の形態における投射マスク６０の上面図。
【図２１】図２０の投射マスク６０の部分拡大図。
【図２２】本発明の第３の実施の形態におけるイオンビーム鏡体４５内のイオンビーム光学系３００による２つのビームモードを示す図。
【図２３】本発明の第３の実施の形態における試料ホルダー３上に配置されたカートリッジ機構部７５を示す図。
【図２４】本発明の第３の実施の形態において、GADによってマーク形成した後の試料４の電子像９４を示す図。
【図２５】本発明の第３の実施の形態におけるメッシュ８２に搭載したマイクロサンプル８０をTEM試料用に薄膜化する様子を示す図。
【図２６】本発明の第４の実施の形態である荷電ビーム装置の全体構成を示す図。
【符号の説明】
【０１５０】
３ 試料ホルダー
４ 試料
６ 荷電ビーム（電子ビーム、イオンビーム）
８ クリーニング室
１０ 荷電ビーム鏡体
１１ ガス銃（ガス供給部）
１２ ガスノズル
１３ ２次電子検出器
１４ 汚れ膜（付着物）
１６ 荷電ビーム導入口
１７ ガス供給部挿入口
１８ 反応性ガス
１９ クリーニング対象物導入口
２０ 電極（正電位）
２４ 電極（負電位）
３０ ナノプローバ
３１ プローブ
３５ ＥＤＸ（クリーニング終点検出手段）
３７ ＧＵＩ画面
３８ メッセージ表示部
４６ エアシリンダ（駆動装置）
４７ マイクロサンプリングユニット
４８ マイクロサンプルプローブ
５１ イオン源（荷電ビーム発生源）
８０ マイクロサンプル
１２１ 回転駆動装置
１３０ カンチレバー
１３１ プローブ
１５０ 制御部
１５１ 電子源（荷電ビーム発生源）
１６５ 電子ビーム光学系（荷電ビーム光学系）
１８０ 表示部
３００ イオンビーム光学系（荷電ビーム光学系）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電ビームを生成する荷電ビーム発生源と、
この荷電ビーム発生源からの荷電ビームを集束し試料に照射する荷電ビーム光学系と、
試料上の荷電ビーム照射部分に反応性ガスを供給するガス供給部と、
このガス供給部を挿入するためのガス供給部挿入口、及び荷電ビームを導入するための荷電ビーム導入口を有し、試料室内に設けられたクリーニング室とを備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記試料室内で前記ガス供給部を移動させる駆動装置を備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項３】
請求項２記載の荷電ビーム装置において、
前記駆動装置は前記ガス供給部をその軸心を中心に回動させることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項４】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記クリーニング室はクリーニング対象物を導入するためのクリーニング対象物導入口を有することを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項５】
請求項４記載の荷電ビーム装置において、
試料上の荷電ビーム照射部分に反応性ガスを供給する他のガス供給部を備え、
前記クリーニング対象物は前記他のガス供給部であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項６】
請求項４記載の荷電ビーム装置において、
試料面の状態を観察するプローブが取り付けられたナノプローバを備え、
前記クリーニング対象物は前記プローブであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項７】
請求項４記載の荷電ビーム装置において、
試料面の状態を観察するプローブが取り付けられたカンチレバーを有し、前記プローブと試料の間に働く力から試料の表面形状を求める原子間力顕微鏡を備え、
前記クリーニング対象物は前記プローブであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項８】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記クリーニング室は試料が載置された試料ホルダー上に設けられていることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項９】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
試料からの電子を検出する電子検出手段を備え、
前記クリーニング室は電位が与えられた内部壁面を有していることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１０】
請求項９記載の荷電ビーム装置において、
前記内部壁面は、前記電子検出手段側の内部壁面には正電位が与えられ、他の内部壁面にはアース電位又は負電位が与えられていることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１１】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記ガス供給部のクリーニング処理の終点を検出するクリーニング終点検出手段を備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の荷電ビーム装置において、
前記クリーニング終点検出手段は、クリーニングの終点検出用荷電ビームを前記ガス供給部に照射する荷電ビーム照射部を有し、前記終点検出用荷電ビームを前記ガス供給部に照射することによって放出される特性Ｘ線を検出し、この検出された特性Ｘ線により荷電ビーム照射点における元素分析を行うことによってクリーニング処理の終点を検出することを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の荷電ビーム装置において、
前記終点検出用荷電ビームは前記荷電ビーム発生源から放出されていることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１４】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
入力信号に応じて前記ガス供給部のクリーニング時期を通知する通知手段と、
前記荷電ビーム発生源からの荷電ビームの照射条件に基づいて前記ガス供給部に付着する汚れを予測算出し、この予測算出値がしきい値以上に達したときに前記ガス供給部のクリーニング時期を通知する信号を前記通知手段に出力する制御装置を備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１５】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
試料における欠陥の自動レビュー及び自動分類を行う制御装置を備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１６】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
試料からマイクロサンプルを摘出する摘出手段を備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の荷電ビーム装置において、
イオンビームを発生するイオンビーム発生源と、
このイオンビーム発生源からのイオンビームを集束し試料に照射する他の荷電ビーム光学系とを備え、
前記荷電ビーム発生源は電子ビーム発生源であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１８】
請求項１６記載の荷電ビーム装置において、
前記摘出手段の材質は、シリコン、カーボン、ゲルマニウムの内いずれかであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１９】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記荷電ビーム発生源は、不活性ガスイオン源、酸素若しくは窒素ガスイオン源、デュオプラズマトロンイオン源、電子サイクロトロン共鳴プラズマ源、誘導結合プラズマ源、又はヘリコン波プラズマ源の内いずれかであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項２０】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記荷電ビーム発生源は、シリコン、ゲルマニウム等のIV属液体金属イオン源であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項２１】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記荷電ビーム発生源は、ヘリウム、アルゴン等のガスフェーズ電界電離イオン源であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項２２】
荷電ビームを照射して試料の観察・分析、又は加工等を行う荷電ビーム装置のクリーニング方法において、
荷電ビーム発生源からの荷電ビームを荷電ビーム光学系を介して集束し、この荷電ビーム光学系によって集束された荷電ビームを試料室内のクリーニング室に設けられた荷電ビーム導入口を介して前記クリーニング室内に導入し、
試料上の荷電ビーム照射部分に反応性ガスを供給するガス供給部を前記クリーニング室に設けられたガス供給部挿入口を介して前記クリーニング室内に挿入し、
前記ガス供給部に付着した汚れを前記クリーニング室内で除去することを特徴とする荷電ビーム装置のクリーニング方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の荷電ビーム装置のクリーニング方法において、
前記クリーニング室内に挿入された前記ガス供給部に荷電ビームを直接照射することを特徴とする荷電ビーム装置のクリーニング方法。
【請求項２４】
請求項２２記載の荷電ビーム装置のクリーニング方法において、
前記クリーニング室内に挿入された前記ガス供給部に荷電ビームを直接照射することなく前記クリーニング室内に導入することを特徴とする荷電ビーム装置のクリーニング方法。
【請求項１】
荷電ビームを生成する荷電ビーム発生源と、
この荷電ビーム発生源からの荷電ビームを集束し試料に照射する荷電ビーム光学系と、
試料上の荷電ビーム照射部分に反応性ガスを供給するガス供給部と、
このガス供給部を挿入するためのガス供給部挿入口、及び荷電ビームを導入するための荷電ビーム導入口を有し、試料室内に設けられたクリーニング室とを備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記試料室内で前記ガス供給部を移動させる駆動装置を備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項３】
請求項２記載の荷電ビーム装置において、
前記駆動装置は前記ガス供給部をその軸心を中心に回動させることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項４】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記クリーニング室はクリーニング対象物を導入するためのクリーニング対象物導入口を有することを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項５】
請求項４記載の荷電ビーム装置において、
試料上の荷電ビーム照射部分に反応性ガスを供給する他のガス供給部を備え、
前記クリーニング対象物は前記他のガス供給部であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項６】
請求項４記載の荷電ビーム装置において、
試料面の状態を観察するプローブが取り付けられたナノプローバを備え、
前記クリーニング対象物は前記プローブであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項７】
請求項４記載の荷電ビーム装置において、
試料面の状態を観察するプローブが取り付けられたカンチレバーを有し、前記プローブと試料の間に働く力から試料の表面形状を求める原子間力顕微鏡を備え、
前記クリーニング対象物は前記プローブであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項８】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記クリーニング室は試料が載置された試料ホルダー上に設けられていることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項９】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
試料からの電子を検出する電子検出手段を備え、
前記クリーニング室は電位が与えられた内部壁面を有していることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１０】
請求項９記載の荷電ビーム装置において、
前記内部壁面は、前記電子検出手段側の内部壁面には正電位が与えられ、他の内部壁面にはアース電位又は負電位が与えられていることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１１】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記ガス供給部のクリーニング処理の終点を検出するクリーニング終点検出手段を備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の荷電ビーム装置において、
前記クリーニング終点検出手段は、クリーニングの終点検出用荷電ビームを前記ガス供給部に照射する荷電ビーム照射部を有し、前記終点検出用荷電ビームを前記ガス供給部に照射することによって放出される特性Ｘ線を検出し、この検出された特性Ｘ線により荷電ビーム照射点における元素分析を行うことによってクリーニング処理の終点を検出することを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の荷電ビーム装置において、
前記終点検出用荷電ビームは前記荷電ビーム発生源から放出されていることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１４】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
入力信号に応じて前記ガス供給部のクリーニング時期を通知する通知手段と、
前記荷電ビーム発生源からの荷電ビームの照射条件に基づいて前記ガス供給部に付着する汚れを予測算出し、この予測算出値がしきい値以上に達したときに前記ガス供給部のクリーニング時期を通知する信号を前記通知手段に出力する制御装置を備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１５】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
試料における欠陥の自動レビュー及び自動分類を行う制御装置を備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１６】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
試料からマイクロサンプルを摘出する摘出手段を備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の荷電ビーム装置において、
イオンビームを発生するイオンビーム発生源と、
このイオンビーム発生源からのイオンビームを集束し試料に照射する他の荷電ビーム光学系とを備え、
前記荷電ビーム発生源は電子ビーム発生源であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１８】
請求項１６記載の荷電ビーム装置において、
前記摘出手段の材質は、シリコン、カーボン、ゲルマニウムの内いずれかであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１９】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記荷電ビーム発生源は、不活性ガスイオン源、酸素若しくは窒素ガスイオン源、デュオプラズマトロンイオン源、電子サイクロトロン共鳴プラズマ源、誘導結合プラズマ源、又はヘリコン波プラズマ源の内いずれかであることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項２０】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記荷電ビーム発生源は、シリコン、ゲルマニウム等のIV属液体金属イオン源であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項２１】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記荷電ビーム発生源は、ヘリウム、アルゴン等のガスフェーズ電界電離イオン源であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項２２】
荷電ビームを照射して試料の観察・分析、又は加工等を行う荷電ビーム装置のクリーニング方法において、
荷電ビーム発生源からの荷電ビームを荷電ビーム光学系を介して集束し、この荷電ビーム光学系によって集束された荷電ビームを試料室内のクリーニング室に設けられた荷電ビーム導入口を介して前記クリーニング室内に導入し、
試料上の荷電ビーム照射部分に反応性ガスを供給するガス供給部を前記クリーニング室に設けられたガス供給部挿入口を介して前記クリーニング室内に挿入し、
前記ガス供給部に付着した汚れを前記クリーニング室内で除去することを特徴とする荷電ビーム装置のクリーニング方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の荷電ビーム装置のクリーニング方法において、
前記クリーニング室内に挿入された前記ガス供給部に荷電ビームを直接照射することを特徴とする荷電ビーム装置のクリーニング方法。
【請求項２４】
請求項２２記載の荷電ビーム装置のクリーニング方法において、
前記クリーニング室内に挿入された前記ガス供給部に荷電ビームを直接照射することなく前記クリーニング室内に導入することを特徴とする荷電ビーム装置のクリーニング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２００８−１３０３９０（Ｐ２００８−１３０３９０Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１４６８１（Ｐ２００６−３１４６８１）
【出願日】平成１８年１１月２１日（２００６．１１．２１）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２１日（２００６．１１．２１）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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