荷電ビーム装置、及びその鏡体
【課題】ガス処理を行ってもビーム分解能の低下を抑制することができる荷電ビーム装置を提供する。
【解決手段】
電子ビーム１９を生成する電子源３、及びこの電子源３からの電子ビーム１９を試料３０上に集束させる電子レンズを形成する対物レンズ磁路２３を有する鏡体１５０を備える荷電ビーム装置において、試料３０上の電子ビーム１９の照射部分に向かって反応性ガスを噴出する噴出孔１３０を有し、鏡体１５０内に取り付けられたガス銃２８を備える。
【解決手段】
電子ビーム１９を生成する電子源３、及びこの電子源３からの電子ビーム１９を試料３０上に集束させる電子レンズを形成する対物レンズ磁路２３を有する鏡体１５０を備える荷電ビーム装置において、試料３０上の電子ビーム１９の照射部分に向かって反応性ガスを噴出する噴出孔１３０を有し、鏡体１５０内に取り付けられたガス銃２８を備える。
【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、及びその鏡体に関する。
【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】
これらGADやGAE等のガス処理を利用できる荷電ビーム装置には、ガス源に接続されたガスノズルを備え、このガスノズルにより反応性ガスを試料に供給可能としたものがある。そして、そのような荷電ビーム装置にはガスノズルを対物レンズ（終段フォーカスレンズ）と試料の間に配置したものがある（特許文献１等参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４２５８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記技術のように、対物レンズ（又はリターディング電極等）と試料との間にガスノズル等のガス供給部を配置すると、配置の関係上、対物レンズの磁極端面（試料側の端面）と試料表面との距離であるワーキングディスタンス（作動距離）がガス供給部が無い場合と比較して大きくなり、試料への荷電ビームの開き角が変化してしまう。ビーム開き角が変化してその最適条件から外れると、ビーム径が大きくなってビーム分解能が低下し、微小な異物や欠陥等を検出することが難しくなる。更に、こうした事態は不良原因の追及及び対策の遅れに繋がり、製品の歩留まり低下の原因にもなり得る。
【０００６】
本発明の目的はガス処理を行ってもビーム分解能の低下を抑制することができる荷電ビーム装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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試料上に集束させる電子レンズを形成する対物レンズ磁路を有する鏡体とを備える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向かって反応性ガスを噴出する噴出孔を有し、前記鏡体に取り付けられたガス供給部を備えるものとする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ガス処理を行う際にもワーキングディスタンスを小さくできるので、ビーム分解能の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
図に示す荷電ビーム装置は、その鏡体（カラム）１５０（対物レンズ３２（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１と、電子ビームを生成する電子源（荷電ビーム発生源）３と、電子源３から所定のエミッション電流の電子ビーム１９を引き出す引き出し電極４と、引き出した電子ビーム１９を集束する第１集束コイル６と、第１集束コイル６で集束された電子ビーム１９の必要な部分だけを取り出す絞り７と、絞り７によって絞られた電子ビーム１９を集束する第２集束コイル９と、第２集束コイル９で集束された電子ビーム１９を集束し微小スポットとして試料３０に照射する電子レンズを形成する対物レンズ３２と、試料３０上の電子ビーム１９の照射部分（スポット）に反応性ガスを噴出するガス銃（ガス供給部）２８と、電子ビーム１９の照射により試料表面から放出される２次電子３４を検出する２次電子検出器１６と、２次電子３４に偏向作用を与えるＥ×Ｂ偏光器（直交電磁界偏光器）１２と、電子ビーム１９を試料３０上で走査する偏向コイル１１を主に備えている。
【００１２】
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）、処理部への命令を入力する入力部（キーボード等）、及び各種処理結果等を表示する表示部（モニタ等）等を備えている。また、制御部１は、電子源３及び引き出し電極４に接続された高電圧制御電源２、第１集束コイル６に接続された第１集束コイル制御電源５、第２集束コイル９に接続された第２集束コイル制御電源８、偏向コイル１１に接続された偏向コイル制御電源１０、E×B偏光器１２に接続されたE×B偏光器制御電源１３、２次電子検出器１６に接続された２次電子検出器制御電源１５、反射電子検出器２０（後述）に接続された反射電子検出器制御電源１７、ブースター電極１８（後述）に接続されたブースター電極電圧制御電源２１、対物レンズコイル２２（後述）に接続された対物レンズコイル電圧制御電源２５、ガス銃２８に接続されたガス銃コントローラ２６、及びリターディング電極２４に接続されたリターディング電極制御電源２９と接続されており、これら各電源等を処理部等を利用して適宜制御している。
【００１３】
電子源３にはプローブ電流の安定性に優れた電子源を用いることが好ましく、本実施の形態では電子源３としてショットエミッション電子源を利用している。
【００１４】
対物レンズ３２は、対物レンズコイル電圧制御電源２５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２２と、対物レンズコイル２２を内包するように設けられ試料３０側の電極（下極）３３を構成する対物レンズ磁路２３と、下極３３の上方に位置するように対物レンズ磁路２３に絶縁部３７を介して取り付けられたブースター電極（上極）１８を備え、試料３０に対面するように鏡体１５０の下端に設けられている。
【００１５】
ブースター電極１８及び下極３３は、それぞれ、環状構造から成っており、電子ビーム１９が通過する鏡体１５０の中心部分に円形の開口部を形成している。これらの電極１８，３３の間には鏡体１５０の外周側に奥まった凹部５０が形成されている。対物レンズ磁路２３の凹部５０側には孔１５１が設けられており、この孔１５１にはガス銃２８が取り付けられている。なお、対物レンズ３２付近の磁場分布の一様性を極力確保するために、孔１５１の径はできるだけ小さくすることが好ましい。
【００１６】
また、孔１５１を設けることによって対物レンズ３２付近の磁場分布の対称性が乱れないように、孔１５１は鏡体１５０の軸心に対して周方向に均等になるように複数設けることが好ましい。即ち、孔１５１が２つの場合には他の孔は鏡体１５０の中心軸を挟んで対向するように反対側に設け、３つ以上の場合には鏡体１５０の中心軸を中心とする正多角形の頂点位置に各孔を配置すると良い。なお、この場合、複数の孔の内少なくとも１つの孔にガス銃２８を取り付ければ良く、他の孔はガス銃２８を取り付けないダミーの孔で良い。ダミーの孔とする場合には、その孔は非磁性材（例えば、SUS材やアルミ材等）で密閉して鏡体１５０内を真空に保持すると良い。また、もちろん、各孔にガス銃２８を取り付けるように構成しても良い。
【００１７】
ブースター電極１８は、ブースター電極電圧制御電源２１によって正または負の電圧を印加される。これにより、試料３０上における電子ビーム１９のビーム径を小さくして分解能を向上させたり、２次電子検出器１６及び反射電子検出器２０（後述）による２次電子及び反射電子の収率を向上させたりすることができる。
【００１８】
対物レンズ磁路２３は、荷電ビーム装置の鏡体１５０の一部を構成しており、その材質は純鉄が好ましい。このように純鉄で製造すると、必要な磁束密度を得るために対物レンズコイル電圧制御電源２５で対物レンズコイル２２に継続的に負荷をかけても磁気飽和が発生しない。
【００１９】
Ｅ×Ｂ偏向器１２は２次電子等に対して１次電子と異なる電界及び磁場を作用させるように調整されている。より具体的には、１次電子である電子ビーム１９には、電界と磁場が相殺して結果的に偏向作用を与えないように強度調整されており、入射方向がこれと逆になる２次電子３４には偏向作用を与え、２次電子検出器１６に入射するように調整されている。
【００２０】
２次電子検出器１６は２次電子像を形成する際に利用される。２次電子像は、偏向コイル１１を利用して電子ビーム１９を試料３０の表面上で走査し、２次電子検出器１６が検出した２次電子３４の強度を走査信号と同期させて輝点列とすることで得られ、例えば、制御部１の表示部に表示される。
【００２１】
本実施の形態の荷電ビーム装置は、上記構成要素の他にも、電子によって２次電子が発生しやすい材料（例えば、金、銀、白金等）がコーティングされている反射板１４と、電子ビーム１９の照射により試料３０の表面から放出される反射電子を検出する反射電子検出器２０と、電子ビーム１９に電位を付与して減速させるリターディング電極２４等を備えている。反射電子検出器２０は、鏡体１５０の中心軸を取り囲むように設けられており、２次電子検出器１６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。
【００２２】
図２は図１におけるガス銃２８付近を拡大して示す断面図である。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）。
【００２３】
図示するように、ガス銃２８は、反応性ガスを噴出する噴出孔１３０が先端に設けられたガスノズル３１と、ガスノズル３１と連結された本体１３１と、大気圧となる鏡体１５０外部において本体１３１を外周から覆う本体カバー１３２と、真空に保持された鏡体１５０内部において本体１３１を外周から覆う真空ベロー４０と、孔１５１に取り付けられガス銃２８を保持するフランジ１３３と、ガスボンベ（ガス源）４５と接続されガスノズル３１に反応性ガスを供給するガス管３９を備えている。ガス銃２８を構成する各部材は、対物レンズ３２で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。
【００２４】
本体１３１は、ガスノズル３１側と反対側の端部においてジョイント部材３６を介してエアシリンダ（駆動装置）３５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３７を介して本体カバー１３２内に収納されている。
【００２５】
エアシリンダ３５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２６の指令によって噴出孔１３０を試料３０に対して軸方向に沿って進退させる。GAD及びGAEを行う際にはこの進退機能を利用することにより噴出孔１３０を試料３０上の荷電ビーム照射部分に接近させることができ、その他の時には凹部５０内に待避させることができる。ガス銃２８には、ガスノズル３１を一定距離以上試料３０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３７は本体１３１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３１の進退の微調整は微調整機構（図示せず）によって行なう。
【００２６】
ガス銃２８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１３３に設けられカバー本体１３２の姿勢を保持している調整ネジ３８を利用する。調整ネジ３８は、フランジ１３３を介してカバー本体１３２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２８を所望の姿勢に保持する。また、本体１３１はモーター等の回転駆動装置とギア等の動力伝達装置（ともに図示せず）と連結されており、ガスノズル３１をその軸心周りに回転させる場合には、回転駆動装置を駆動させることにより回転させることができる。
【００２７】
真空ベロー４０は、本体１３１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１３１側）は大気圧に保持されている。また、フランジ１３３と対物レンズ磁路２３との間には孔１５１を取り囲むようにOリング４２が設けられており、鏡体１５０の内部を真空に保持している。
【００２８】
ガス管３９は、上流側においては複数のガスボンベ４５と調整弁４４を介して接続され、下流側においては真空ベロー４０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３１と結合されている。このようにガス管３９をコイル状に配することにより、本体１３１が進退してもそれに追随して伸縮することができる。
【００２９】
各ガスボンベ４５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４４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（×eF2）や、フッ素系ガス（CF4等）、塩素系ガス等が挙げられる。
【００３０】
なお、図に示したガス銃２８は、鏡体１５０の外部（大気側）に配置されたガスボンベ４５によりガスが供給されるものであるが、ガスボンベ４５の位置はこれに限らず真空側（例えば、鏡体１５０の内側）に設けても良い。また、ガスノズル３１の軸方向に平行又は垂直に複数のガスタンクを本体１３１に環状に取り付けても良い。さらに、ガス源が常温で固体又は液体の場合には、ガス源を適宜加熱して飽和蒸気圧を上昇させ、気化させてからガス管を介して供給すれば良い。
【００３１】
ここで図１に戻り、鏡体１５０内の対物レンズ３２の上方には流路抵抗を大きくするオリフィス（絞り部）１６０が設けられている。反応性ガスの供給箇所付近ではガスによって圧力が上昇して持続的な放電が発生し、圧力勾配が生じて反応性ガスが鏡体１５０の上流側（電子源３側）に逆流する場合がある。この逆流した反応性ガスは、鏡体１５０内部の機器（例えば、偏向コイル１１や引き出し電極４等）に付着して汚れとなり機器の性能を劣化させたり、絶縁物に付着して帯電しビームドリフトの発生原因になったりする場合がある。しかし、上記のように設けたオリフィス１６０によって蒸発物の逆流を抑制することができるので、反応性ガスが鏡体１５０の上流に侵入して汚れとして蓄積されることを抑制することができる。
【００３２】
なお、このオリフィス１６０は、鏡体１５０内のできるだけ下流側、かつ電子ビーム１９の径ができるだけ小さくなる箇所に設けることが好ましく、本実施の形態では、第２集束コイル９の下流側かつ偏向コイル１１の下流側に設けている。このような箇所に配置すれば、オリフィスの径をできるだけ小さくすることができるので、反応性ガスの逆流を一層効果的に防止することができる。また、上記の放電等の不具合の発生を防止するには、ブースター電極１８やリターディング電極２４へできるだけ小さい電圧が印加されるように制御することも有効である。
【００３３】
また、上記の第１集束コイル６、絞り７、第２集束コイル９、及び偏向コイル１１等は、荷電ビーム源（電子源３）から引き出した荷電ビーム（電子ビーム１９）を試料上の所望の位置に照射する荷電ビーム光学系２００を構成する。
【００３４】
ところで、上記において説明した荷電ビーム装置は、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欠陥観察用走査型電子顕微鏡（以下、レビューSEMと略す）である。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。
【００３５】
上記の制御部１の処理部は、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い、記憶部には、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が格納されており、制御部１はこれらを利用して上記のADR及びADCを行っている。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
次に、レビューSEMにおいて、低分解能観察、高分解能観察、及び電子ビームデポを行う場合について図を用いて詳述する。
【００４０】
図３は低分解能観察を行う際のガスノズル３１の位置、及び各電極１８，２４への電圧の印加状態を示す図である。
【００４１】
低分解能観察を行う場合には、図に示すように、噴出孔１３０が凹部５０内に収まるようにエアシリンダ３５によってガスノズル３１を試料３０から待避させた位置（例えば、ガス処理を行う位置から噴出孔１３０を２０mm待避させた位置）で保持しながら、ブースター電極電圧制御電源２１によってブースター電極１８にアース電圧を、リターディング電極制御電源２９によってリターディング電極２４に負の電圧（例えば、−１kV）を印加する。これにより、電子プローブ電流値が大きくなってビーム径が大きくなるので、異物及び欠陥等を高速で探すことができる。
【００４２】
また、ガスノズル３１がブースター電極１８近傍にあると、下極３３とブースター電極１８との間に軸対称に形成される電界が乱れてビーム分解能が低下する場合があるので、ガスノズル３１は上記のように凹部５０内に待避させている。このようにガスノズル３１を待避させれば、ガスノズル３１による電界の乱れや、分解能の低下を抑制することができる。さらに、リターディング電極２４によって正に帯電している試料に２次電子を戻す事により、残留電荷を中和し、帯電による像コントラスト低下などの不具合を回避する事が可能となる。
【００４３】
図４は高分解能観察を行う際のガスノズル３１の位置、及び各電極１８，２４への電圧の印加状態を示す図である。
【００４４】
高分解能観察を行う場合には、低分解能観察のときと同様に、試料３０から待避させた位置でガスノズル３１を保持しながら、ブースター電極電圧制御電源２１によってブースター電極１８に正の電圧（例えば、３kV）を、リターディング電極制御電源２９によってリターディング電極２４に負の電圧（例えば、−１kV）を印加する。これにより対物レンズ３２によって電子レンズが形成され、このレンズによって試料３０上に照射される電子ビーム径が小さくなるので、ビーム分解能を向上させことができる。また、電子レンズを形成すると、２次電子、反射電子が各検出器１６，２０で検出される割合（収率）も向上するので、ＳＮ比の高い高画質な電子像を得ることができる。
【００４５】
図５は電子ビームデポを行う際のガスノズル３１の位置、及び各電極１８，２４への電圧の印加状態を示す図である。
【００４６】
ガス処理を伴う電子ビームデポ（GAD）を行う場合には、図に示すように、噴出孔１３０が試料３０上のビーム照射部分に臨む位置（例えば、加工点上空の２００μｍ程度）にエアシリンダ３５でガスノズル３１を伸長させて反応性ガスを噴出しながら、低分解能観察時と同様に、ブースター電極電圧制御電源２１によってブースター電極１８にアース電圧を、リターディング電極制御電源２９によってリターディング電極２４に負の電圧（例えば、−１kV）を印加する。本実施の形態によれば、ガス銃２８が対物レンズ磁路２３に取り付けられているので、ガス処理を行わない場合と同じワーキングディスタンス（下極３３の試料３０側の端面から試料３０表面までの距離）でガス処理を行うことができる。
【００４７】
次に本実施の形態の荷電ビーム装置の効果を説明する。
【００４８】
GADやGAE等のガス処理が利用可能な荷電ビーム装置としては、ガスノズル等のガス供給部を対物レンズと試料の間に配置する技術が知られている。この技術を本実施の形態の比較例として図を用いて説明する。
【００４９】
図６は本実施の形態の比較例である荷電ビーム装置の対物レンズ周辺の構成を示す図である。この図において、試料３０に反応性ガスを供給するガス銃２２８は、荷電ビーム装置の鏡体２５０とは独立した部材であり、対物レンズ２３２と試料３０の間にガスノズル２３１が配置されるように設けられている。
【００５０】
このようにガス銃２２８を配置すると、配置の関係上、ガス供給部が無い場合と比較してワーキングディスタンスが大きくなり、試料３０に照射されるビーム径が大きくなってビーム分解能が低下してしまう。このようにビームの分解能が低下すると、ガス処理を行わない場合に検出できた異物や欠陥が検出できなくなる場合があり、不良原因の追究及び対策が遅延して歩留まりの低下を招く場合がある。また、対物レンズ２３２（又はリターディング電極２２４等）と試料の間にガスノズル２３１等が存在することにより、均一な電界・磁場が乱れ、非点収差を補正する非点補正コイル等を用いても補正が不充分となり、ビームの非点収差が発生してビーム分解能が一層低下する場合もある。
【００５１】
これに対して、本実施の形態の荷電ビーム装置は、試料３０上の荷電ビーム照射部分に向かって反応性ガスを噴出する噴出孔１３０を有し、鏡体１５０に取り付けられたガス銃２８を備えている。このようにガス銃２８を鏡体１５０内に取り付けると、対物レンズ３２の下極３３が形成する円形開口部を介して噴出孔１３０を試料３０に臨ませることができるので、ワーキングディスタンスを大きくすることなく試料３０に反応ガスを供給することができる。即ち、本実施の形態によれば、ガス処理を行う際にもワーキングディスタンスを小さくできるので、ビーム分解能の低下を抑制しながらガス処理を行うことができる。
【００５２】
また、ガス銃２８は、上記のようにSUS材等の非磁性材で構成した場合には、対物レンズ３２周辺の電界・磁場を乱すことが少ないので、ビーム分解能の低下を抑制することができる。さらに、ガス銃２８の取り付け部分である孔１５１を鏡体１５０の中心軸に対して周方向に均等に配置すると、電界・磁場の対称性を保持することができ、ビーム分解能の低下を一層抑制することができる。
【００５３】
なお、上記では、ガス銃２８を対物レンズ磁路２３に取り付ける構成を例に挙げて説明してきたが、ガス銃２８を取り付ける箇所はこれに限られず、噴出孔１３０を、試料３０上の荷電ビーム照射部分に近接させられるように、ガス銃２８を鏡体１５０に取り付ければ良い。これには、例えば、対物レンズ３２の上方側の鏡体１５０にガス銃２８を取り付け、ブースター電極１８の開口部にガスノズル３１を上方から通し、噴出孔１３０が試料３０上の荷電ビーム照射部分に近接するように構成するものがある。
【００５４】
また、上記の説明ではレビューSEMに適用した場合について触れたが、この他にも、SEMやTEM、イオンビーム（FIB）等を利用する場合にも勿論適用可能である。イオンビームを利用する場合には、本実施の形態における電子源３の代わりに、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。
【００５５】
次に、本発明の第２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。
【００５６】
図７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。
【００５７】
図に示す荷電ビーム装置は、第１の実施の形態で説明した荷電ビーム装置と同様の構成からなりガス銃２８を鏡体内に有するＳＥＭ１１０と、イオンビームを生成するイオン源５１（後述する図８参照）を内包するイオンビーム鏡体１１８と、試料３０からマイクロサンプル８０（例えば、１０μｍ程度のサイズ；図１３参照）を摘出するマイクロサンプリングユニット（摘出手段）１１７と、試料室１１９内に設けられステージ１１４と、ステージ１１４の上部に取り付けられ、載置された試料３０を固定手段（例えば、ピン）で固定する試料ホルダー１１３と、イオンビーム鏡体１１８側に設けられ、イオンビーム鏡体１１８と別に配置されたガス銃２２８と、ＳＥＭ１１０側に設けられ、試料３０のアライメントを行う際に利用する光学顕微鏡１１１と、ＳＥＭ１１０側及びイオンビーム鏡体１１８側にそれぞれ設けられ、各荷電ビーム装置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１１５を備えている。
【００５８】
また、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。なお、説明のため、本実施の形態における試料３０は直径３００ｍｍのシリコンウェーハとする。
【００５９】
ステージ１１４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３０を載せた試料ホルダー１１３をＳＥＭ１１０側、又はイオンビーム鏡体１１８側に適宜移動させる。
【００６０】
試料室１１９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、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１１９には、大気搬送ユニットとの間に介在するかたちでロードロック室が隣接し、例えば試料３０搬入の際には、大気搬送ユニット内の大気搬送ロボット（図示せず）により試料３０がFOUP等からロードロック室内に待機したステージ１１４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１１４が試料室１１９内に移動する。なお、試料３０を搬出する場合は上記と逆の手順で行えば良い。
【００６１】
光学顕微鏡１１１は、試料３０上のアライメント用のマークを数点検出し、試料３０のアライメントを行う。Ｚセンサー１１５は、試料３０上の加工点までの距離を計測し、試料３０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１１４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。
【００６２】
また、荷電ビーム（電子ビーム、イオンビーム）が照射された試料３０から発生する２次電子は、２次電子検出器１６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、出力部のブラウン管の輝度を変化させる。そして、これを偏向コイル６３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。
【００６３】
図８は図７中のイオンビーム鏡体１１８の内部構造を示す図である。
【００６４】
図８において、イオンビーム鏡体１１８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３０上の所望の位置に所望の径で照射する加工光学系３００を備えている。
【００６５】
イオン源５１としては、試料（ウェーハ）３０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イオン源が適する。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、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。
【００６６】
加工光学系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３０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。
【００６７】
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３０に到達しないようにする為、イオン源５１は鏡体１１８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８参照）。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。
【００６８】
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３０に照射されるように調整されている。
【００６９】
試料室１１９とイオンビーム１１８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１１９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３０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。
【００７０】
図９は投射マスク６０の上面図であり、図１０はその部分拡大図である。
【００７１】
図９において、投射マスク６０には、試料３０からマイクロサンプルを摘出する際に利用するスリット孔７１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３０上に照射される。マイクロサンプル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。
【００７２】
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３０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。
【００７３】
図１０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。
【００７４】
上記のように構成されるイオンビーム鏡体１１８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加工光学系３００の構成を説明する。
【００７５】
図１１はイオンビーム鏡体１１８内の加工光学系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。
【００７６】
図１１（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３０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。
【００７７】
一方、図１１（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３０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３０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。
【００７８】
上記のように構成される荷電ビーム装置において試料３０面上を観察する場合には、ステージ１１４によって試料３０をＳＥＭ１１０側に移動させ、ＳＥＭ１１０によって電子ビーム１９を試料３０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。
【００７９】
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１１８で試料３０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１１８によって加工するには、ＳＥＭ１１０によるGADで試料３０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、第１の実施の形態同様、ＳＥＭ１１０の鏡体に取り付けられたガス銃（図示せず）を利用する。ガス処理の方法等については、第１の実施の形態で説明したものと同様であるので省略するが、本実施の形態においても、ガス処理を行う際のワーキングディスタンスを小さくできるので、ビーム分解能の低下を抑制しながらガス処理を行うことができる。
【００８０】
図１２はGADによってマーク形成した後の試料３０の電子像９４を示す図である。
【００８１】
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。
【００８２】
次に、ステージ１１４によって、欠陥部を非汚染イオンビーム鏡体１１８直下に移動させる。このとき、ステージ１１４の位置精度で位置合わせできない場合には、試料３０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。
【００８３】
続いて、投射モード（図１１（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３０に照射し、試料３０から欠陥部９６及びマーク９７を含むマイクロサンプル（例えば、１０μｍ程度のサイズ）を形成し、これをマイクロサンプリングユニット１１７のマイクロサンプリングプローブ４８（図１３参照）で試料３０から摘出してメッシュ８２（図１３参照）に接着する。
【００８４】
図１３は試料ホルダー１１３（図７参照）上に配置されたカートリッジ機構部７５を示す図である。
【００８５】
図示したカートリッジ機構部７５は、試料３０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A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。
【００８６】
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３０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、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。
【００８７】
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。
【００８８】
カートリッジホルダ８３は、試料ホルダー１１３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B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とが合うように調整することができる。
【００８９】
マイクロサンプルプローブ（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。
【００９０】
図１４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。
【００９１】
薄膜化加工は図１１（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１１（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。
【００９２】
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９参照）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１３で示したように、スリット孔７２の長軸方向（図１４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、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。
【００９３】
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１３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。
【００９４】
以上、説明してきたように、本実施の形態である鏡体を２つ有する荷電ビーム装置においてもＳＥＭ１１０内にガス銃を取り付けることにより、第１の実施の形態同様の効果を得ることができる。なお、上記の説明では、イオンビーム鏡体１１８側のガス銃２２８は鏡体１１８と別に配置される構成としたが、ガス銃２２８をＳＥＭ１１０同様に鏡体１１８内に設ける構成としても勿論良い。このように構成すれば、イオンビームを利用して試料の薄膜化加工等を行う際にも、ワーキングディスタンスを保持しながらガス処理を行うことができる。
【００９５】
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、試料３０上で２つの鏡体の中心軸が交差する点にある。
【００９６】
図１５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。
【００９７】
図に示す荷電ビーム装置は、ＳＥＭ１１０の中心軸の延長とイオンビーム鏡体１１８の中心軸の延長とが試料ホルダー１１３に固定された試料３０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２の実施の形態のようにステージ１１４を移動させなくてもＳＥＭ１１０、イオンビーム鏡体１１８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。
【００９８】
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が、配置の関係上、ワーキングディスタンスが大きく成らざるを得ず、ガス処理を利用すると必要な分解能が得難くなる場合があった。しかし、上記の各実施の形態同様、本実施の形態においてもガス銃（図示せず）を各鏡体１１０，１１８内に設けることにより、ガス銃が侵食するワーキングディスタンスを低減することができるので、ビーム分解能の低下を抑制しながらガス処理を行うことができる。
【００９９】
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は走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope：以下、STEMと略す）に適用したものである。
【０１００】
図１６は本発明の第４の実施の形態である荷電ビーム装置（STEM）の対物レンズ周辺の構成を示す図である。
【０１０１】
この図において、STEMは、鏡体（図示せず）に取り付けられたガス銃２８（図示せず）のガスノズル３１と、カートリッジ８１と、マイクロサンプル９０内で散乱・回折を受けずに直進したブライトフィールド−STEM（BF-STEM）信号１２５を検出するBF−STEM検出器１２６と、マイクロサンプル９０内で散乱・回折したダークフィールド−STEM（DF-STEM）信号１２７を検出するDF-STEM検出器１２８と、２次電子検出器１６を備えている。
【０１０２】
メッシュ８２には第２の実施の形態と同じ要領で作成されたマイクロサンプル９０が接着されており、カートリッジ８１はマイクロサンプル９０の薄膜化した面に対して概ね垂直に電子ビーム１９が照射されるように保持されている。
【０１０３】
このように構成されるSTEMでは、電子ビーム１９の加速電圧を数十ｋVと比較的高電圧に設定してマイクロサンプル９０の透過電子像を得ることができる。BF-STEM検出器１２６によって得られるBF-STEM像では、通常のTEM像と同様、マイクロサンプル９０の内部構造を示す透過像の観察ができ、DF-STEM検出器１２８によって得られるDF-STEM像ではマイクロサンプル９０の組成を反映したコントラストが得られる組成像の観察ができる。また、電子ビーム１９の加速電圧を低下させて２次電子検出器１６により２次電子像を得ることもできる。以上のように構成したSTEMにおいて、ガス銃２８のガスノズル３１から反応性ガスを放出し、電子ビーム１９を照射することによって、マイクロサンプル９０にGADによるマーク付けを行い、次行程で行う再薄膜化やより高分解能な観察、分析を行うような場合のマークとする。
【０１０４】
本実施の形態においても、ガス銃２８のノズル３１から反応性ガスを噴出しながら電子ビームを照射することによって、ワーキングディスタンスを保持しながらGADによるマーク付けを行うことができる。
【０１０５】
また、上記の各実施の形態において、対物レンズ磁路２３にガス銃２８を取り付ければ、インレンズ型の対物レンズを有する荷電ビーム装置でガス処理を行うことができる。以下、この場合について説明する。
【０１０６】
図１７はインレンズ型の対物レンズを有する荷電ビーム装置の対物レンズ３２Ａ付近の拡大図である。この図において、ガス銃２８は、第１の実施の形態同様、フランジ１３３（図示せず）を介して対物レンズ磁路２３に取り付けられており、試料３０Ａは対物レンズ内に配置できる程度の大きさに形成されており、対物レンズ３２Ａ内に配置されている。
【０１０７】
荷電ビーム装置の鏡体と試料の間にガス銃を配置する従来の技術では、インレンズ型の対物レンズを有する荷電ビーム装置でガス処理を行うことは不可能だった。しかし、図に示したように、対物レンズ磁路２３にガス銃２８を取り付けると、インレンズ型の対物レンズの場合にも反応性ガスを試料３０Ａに供給することができる。これにより、高分解能の観察が可能なインレンズ型の荷電ビーム装置でもガス処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【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の実施の形態である荷電ビーム装置のガス銃２８付近を拡大して示す断面図。
【図３】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、低分解能観察を行う際のガスノズル３１の位置、及び各電極１８，２４への電圧の印加状態を示す図。
【図４】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、高分解能観察を行う際のガスノズル３１の位置、及び各電極１８，２４への電圧の印加状態を示す図。
【図５】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、電子ビームデポを行う際のガスノズル３１の位置、及び各電極１８，２４への電圧の印加状態を示す図。
【図６】本実施の第１の形態の比較例である荷電ビーム装置の対物レンズ周辺の構成を示す図。
【図７】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８】本発明の第２の実施の形態である荷電ビーム装置のイオンビーム鏡体１１８の内部構造を示す図。
【図９】本発明の第２の実施の形態である荷電ビーム装置の投射マスク６０の上面図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態である荷電ビーム装置の投射マスク６０の部分拡大図。
【図１１】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、イオンビーム鏡体１１８内の加工光学系３００によるビームモードを示す図。
【図１２】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、GADによってマーク形成した後の試料３０の電子像９４を示す図。
【図１３】本発明の第２の実施の形態である荷電ビーム装置のカートリッジ機構部７５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において、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１５】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１６】本発明の第４の実施の形態である荷電ビーム装置の対物レンズ周辺の構成を示す図。
【図１７】インレンズ型の対物レンズを有する荷電ビーム装置の対物レンズ付近の拡大図。
【符号の説明】
【０１０９】
１ 制御部（制御装置）
３ 電子源（荷電ビーム発生源）
１８ ブースター電極
１９ 電子ビーム（荷電ビーム）
２３ 対物レンズ磁路
２４ リターディング電極
２６ ガス銃コントローラ
２８ ガス銃
３０ 試料
３１ ガスノズル
３２ 対物レンズ
３３ 下極
３５ エアシリンダ（駆動装置）
３８ 調整ネジ
５０ 凹部
５１ イオン源（荷電ビーム発生源）
６６ イオンビーム（荷電ビーム）
７５ カートリッジ機構部
１１０ ガス銃内蔵型SEM
１１７ マイクロサンプリングユニット（摘出手段）
１１８ イオンビーム鏡体
１３０ 噴出孔
１５０ 鏡体
１５１ 孔
【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、及びその鏡体に関する。
【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】
これらGADやGAE等のガス処理を利用できる荷電ビーム装置には、ガス源に接続されたガスノズルを備え、このガスノズルにより反応性ガスを試料に供給可能としたものがある。そして、そのような荷電ビーム装置にはガスノズルを対物レンズ（終段フォーカスレンズ）と試料の間に配置したものがある（特許文献１等参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４２５８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記技術のように、対物レンズ（又はリターディング電極等）と試料との間にガスノズル等のガス供給部を配置すると、配置の関係上、対物レンズの磁極端面（試料側の端面）と試料表面との距離であるワーキングディスタンス（作動距離）がガス供給部が無い場合と比較して大きくなり、試料への荷電ビームの開き角が変化してしまう。ビーム開き角が変化してその最適条件から外れると、ビーム径が大きくなってビーム分解能が低下し、微小な異物や欠陥等を検出することが難しくなる。更に、こうした事態は不良原因の追及及び対策の遅れに繋がり、製品の歩留まり低下の原因にもなり得る。
【０００６】
本発明の目的はガス処理を行ってもビーム分解能の低下を抑制することができる荷電ビーム装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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試料上に集束させる電子レンズを形成する対物レンズ磁路を有する鏡体とを備える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向かって反応性ガスを噴出する噴出孔を有し、前記鏡体に取り付けられたガス供給部を備えるものとする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ガス処理を行う際にもワーキングディスタンスを小さくできるので、ビーム分解能の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
図に示す荷電ビーム装置は、その鏡体（カラム）１５０（対物レンズ３２（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１と、電子ビームを生成する電子源（荷電ビーム発生源）３と、電子源３から所定のエミッション電流の電子ビーム１９を引き出す引き出し電極４と、引き出した電子ビーム１９を集束する第１集束コイル６と、第１集束コイル６で集束された電子ビーム１９の必要な部分だけを取り出す絞り７と、絞り７によって絞られた電子ビーム１９を集束する第２集束コイル９と、第２集束コイル９で集束された電子ビーム１９を集束し微小スポットとして試料３０に照射する電子レンズを形成する対物レンズ３２と、試料３０上の電子ビーム１９の照射部分（スポット）に反応性ガスを噴出するガス銃（ガス供給部）２８と、電子ビーム１９の照射により試料表面から放出される２次電子３４を検出する２次電子検出器１６と、２次電子３４に偏向作用を与えるＥ×Ｂ偏光器（直交電磁界偏光器）１２と、電子ビーム１９を試料３０上で走査する偏向コイル１１を主に備えている。
【００１２】
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）、処理部への命令を入力する入力部（キーボード等）、及び各種処理結果等を表示する表示部（モニタ等）等を備えている。また、制御部１は、電子源３及び引き出し電極４に接続された高電圧制御電源２、第１集束コイル６に接続された第１集束コイル制御電源５、第２集束コイル９に接続された第２集束コイル制御電源８、偏向コイル１１に接続された偏向コイル制御電源１０、E×B偏光器１２に接続されたE×B偏光器制御電源１３、２次電子検出器１６に接続された２次電子検出器制御電源１５、反射電子検出器２０（後述）に接続された反射電子検出器制御電源１７、ブースター電極１８（後述）に接続されたブースター電極電圧制御電源２１、対物レンズコイル２２（後述）に接続された対物レンズコイル電圧制御電源２５、ガス銃２８に接続されたガス銃コントローラ２６、及びリターディング電極２４に接続されたリターディング電極制御電源２９と接続されており、これら各電源等を処理部等を利用して適宜制御している。
【００１３】
電子源３にはプローブ電流の安定性に優れた電子源を用いることが好ましく、本実施の形態では電子源３としてショットエミッション電子源を利用している。
【００１４】
対物レンズ３２は、対物レンズコイル電圧制御電源２５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２２と、対物レンズコイル２２を内包するように設けられ試料３０側の電極（下極）３３を構成する対物レンズ磁路２３と、下極３３の上方に位置するように対物レンズ磁路２３に絶縁部３７を介して取り付けられたブースター電極（上極）１８を備え、試料３０に対面するように鏡体１５０の下端に設けられている。
【００１５】
ブースター電極１８及び下極３３は、それぞれ、環状構造から成っており、電子ビーム１９が通過する鏡体１５０の中心部分に円形の開口部を形成している。これらの電極１８，３３の間には鏡体１５０の外周側に奥まった凹部５０が形成されている。対物レンズ磁路２３の凹部５０側には孔１５１が設けられており、この孔１５１にはガス銃２８が取り付けられている。なお、対物レンズ３２付近の磁場分布の一様性を極力確保するために、孔１５１の径はできるだけ小さくすることが好ましい。
【００１６】
また、孔１５１を設けることによって対物レンズ３２付近の磁場分布の対称性が乱れないように、孔１５１は鏡体１５０の軸心に対して周方向に均等になるように複数設けることが好ましい。即ち、孔１５１が２つの場合には他の孔は鏡体１５０の中心軸を挟んで対向するように反対側に設け、３つ以上の場合には鏡体１５０の中心軸を中心とする正多角形の頂点位置に各孔を配置すると良い。なお、この場合、複数の孔の内少なくとも１つの孔にガス銃２８を取り付ければ良く、他の孔はガス銃２８を取り付けないダミーの孔で良い。ダミーの孔とする場合には、その孔は非磁性材（例えば、SUS材やアルミ材等）で密閉して鏡体１５０内を真空に保持すると良い。また、もちろん、各孔にガス銃２８を取り付けるように構成しても良い。
【００１７】
ブースター電極１８は、ブースター電極電圧制御電源２１によって正または負の電圧を印加される。これにより、試料３０上における電子ビーム１９のビーム径を小さくして分解能を向上させたり、２次電子検出器１６及び反射電子検出器２０（後述）による２次電子及び反射電子の収率を向上させたりすることができる。
【００１８】
対物レンズ磁路２３は、荷電ビーム装置の鏡体１５０の一部を構成しており、その材質は純鉄が好ましい。このように純鉄で製造すると、必要な磁束密度を得るために対物レンズコイル電圧制御電源２５で対物レンズコイル２２に継続的に負荷をかけても磁気飽和が発生しない。
【００１９】
Ｅ×Ｂ偏向器１２は２次電子等に対して１次電子と異なる電界及び磁場を作用させるように調整されている。より具体的には、１次電子である電子ビーム１９には、電界と磁場が相殺して結果的に偏向作用を与えないように強度調整されており、入射方向がこれと逆になる２次電子３４には偏向作用を与え、２次電子検出器１６に入射するように調整されている。
【００２０】
２次電子検出器１６は２次電子像を形成する際に利用される。２次電子像は、偏向コイル１１を利用して電子ビーム１９を試料３０の表面上で走査し、２次電子検出器１６が検出した２次電子３４の強度を走査信号と同期させて輝点列とすることで得られ、例えば、制御部１の表示部に表示される。
【００２１】
本実施の形態の荷電ビーム装置は、上記構成要素の他にも、電子によって２次電子が発生しやすい材料（例えば、金、銀、白金等）がコーティングされている反射板１４と、電子ビーム１９の照射により試料３０の表面から放出される反射電子を検出する反射電子検出器２０と、電子ビーム１９に電位を付与して減速させるリターディング電極２４等を備えている。反射電子検出器２０は、鏡体１５０の中心軸を取り囲むように設けられており、２次電子検出器１６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。
【００２２】
図２は図１におけるガス銃２８付近を拡大して示す断面図である。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）。
【００２３】
図示するように、ガス銃２８は、反応性ガスを噴出する噴出孔１３０が先端に設けられたガスノズル３１と、ガスノズル３１と連結された本体１３１と、大気圧となる鏡体１５０外部において本体１３１を外周から覆う本体カバー１３２と、真空に保持された鏡体１５０内部において本体１３１を外周から覆う真空ベロー４０と、孔１５１に取り付けられガス銃２８を保持するフランジ１３３と、ガスボンベ（ガス源）４５と接続されガスノズル３１に反応性ガスを供給するガス管３９を備えている。ガス銃２８を構成する各部材は、対物レンズ３２で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。
【００２４】
本体１３１は、ガスノズル３１側と反対側の端部においてジョイント部材３６を介してエアシリンダ（駆動装置）３５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３７を介して本体カバー１３２内に収納されている。
【００２５】
エアシリンダ３５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２６の指令によって噴出孔１３０を試料３０に対して軸方向に沿って進退させる。GAD及びGAEを行う際にはこの進退機能を利用することにより噴出孔１３０を試料３０上の荷電ビーム照射部分に接近させることができ、その他の時には凹部５０内に待避させることができる。ガス銃２８には、ガスノズル３１を一定距離以上試料３０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３７は本体１３１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３１の進退の微調整は微調整機構（図示せず）によって行なう。
【００２６】
ガス銃２８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１３３に設けられカバー本体１３２の姿勢を保持している調整ネジ３８を利用する。調整ネジ３８は、フランジ１３３を介してカバー本体１３２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２８を所望の姿勢に保持する。また、本体１３１はモーター等の回転駆動装置とギア等の動力伝達装置（ともに図示せず）と連結されており、ガスノズル３１をその軸心周りに回転させる場合には、回転駆動装置を駆動させることにより回転させることができる。
【００２７】
真空ベロー４０は、本体１３１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１３１側）は大気圧に保持されている。また、フランジ１３３と対物レンズ磁路２３との間には孔１５１を取り囲むようにOリング４２が設けられており、鏡体１５０の内部を真空に保持している。
【００２８】
ガス管３９は、上流側においては複数のガスボンベ４５と調整弁４４を介して接続され、下流側においては真空ベロー４０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３１と結合されている。このようにガス管３９をコイル状に配することにより、本体１３１が進退してもそれに追随して伸縮することができる。
【００２９】
各ガスボンベ４５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４４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（×eF2）や、フッ素系ガス（CF4等）、塩素系ガス等が挙げられる。
【００３０】
なお、図に示したガス銃２８は、鏡体１５０の外部（大気側）に配置されたガスボンベ４５によりガスが供給されるものであるが、ガスボンベ４５の位置はこれに限らず真空側（例えば、鏡体１５０の内側）に設けても良い。また、ガスノズル３１の軸方向に平行又は垂直に複数のガスタンクを本体１３１に環状に取り付けても良い。さらに、ガス源が常温で固体又は液体の場合には、ガス源を適宜加熱して飽和蒸気圧を上昇させ、気化させてからガス管を介して供給すれば良い。
【００３１】
ここで図１に戻り、鏡体１５０内の対物レンズ３２の上方には流路抵抗を大きくするオリフィス（絞り部）１６０が設けられている。反応性ガスの供給箇所付近ではガスによって圧力が上昇して持続的な放電が発生し、圧力勾配が生じて反応性ガスが鏡体１５０の上流側（電子源３側）に逆流する場合がある。この逆流した反応性ガスは、鏡体１５０内部の機器（例えば、偏向コイル１１や引き出し電極４等）に付着して汚れとなり機器の性能を劣化させたり、絶縁物に付着して帯電しビームドリフトの発生原因になったりする場合がある。しかし、上記のように設けたオリフィス１６０によって蒸発物の逆流を抑制することができるので、反応性ガスが鏡体１５０の上流に侵入して汚れとして蓄積されることを抑制することができる。
【００３２】
なお、このオリフィス１６０は、鏡体１５０内のできるだけ下流側、かつ電子ビーム１９の径ができるだけ小さくなる箇所に設けることが好ましく、本実施の形態では、第２集束コイル９の下流側かつ偏向コイル１１の下流側に設けている。このような箇所に配置すれば、オリフィスの径をできるだけ小さくすることができるので、反応性ガスの逆流を一層効果的に防止することができる。また、上記の放電等の不具合の発生を防止するには、ブースター電極１８やリターディング電極２４へできるだけ小さい電圧が印加されるように制御することも有効である。
【００３３】
また、上記の第１集束コイル６、絞り７、第２集束コイル９、及び偏向コイル１１等は、荷電ビーム源（電子源３）から引き出した荷電ビーム（電子ビーム１９）を試料上の所望の位置に照射する荷電ビーム光学系２００を構成する。
【００３４】
ところで、上記において説明した荷電ビーム装置は、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欠陥観察用走査型電子顕微鏡（以下、レビューSEMと略す）である。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。
【００３５】
上記の制御部１の処理部は、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い、記憶部には、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が格納されており、制御部１はこれらを利用して上記のADR及びADCを行っている。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
次に、レビューSEMにおいて、低分解能観察、高分解能観察、及び電子ビームデポを行う場合について図を用いて詳述する。
【００４０】
図３は低分解能観察を行う際のガスノズル３１の位置、及び各電極１８，２４への電圧の印加状態を示す図である。
【００４１】
低分解能観察を行う場合には、図に示すように、噴出孔１３０が凹部５０内に収まるようにエアシリンダ３５によってガスノズル３１を試料３０から待避させた位置（例えば、ガス処理を行う位置から噴出孔１３０を２０mm待避させた位置）で保持しながら、ブースター電極電圧制御電源２１によってブースター電極１８にアース電圧を、リターディング電極制御電源２９によってリターディング電極２４に負の電圧（例えば、−１kV）を印加する。これにより、電子プローブ電流値が大きくなってビーム径が大きくなるので、異物及び欠陥等を高速で探すことができる。
【００４２】
また、ガスノズル３１がブースター電極１８近傍にあると、下極３３とブースター電極１８との間に軸対称に形成される電界が乱れてビーム分解能が低下する場合があるので、ガスノズル３１は上記のように凹部５０内に待避させている。このようにガスノズル３１を待避させれば、ガスノズル３１による電界の乱れや、分解能の低下を抑制することができる。さらに、リターディング電極２４によって正に帯電している試料に２次電子を戻す事により、残留電荷を中和し、帯電による像コントラスト低下などの不具合を回避する事が可能となる。
【００４３】
図４は高分解能観察を行う際のガスノズル３１の位置、及び各電極１８，２４への電圧の印加状態を示す図である。
【００４４】
高分解能観察を行う場合には、低分解能観察のときと同様に、試料３０から待避させた位置でガスノズル３１を保持しながら、ブースター電極電圧制御電源２１によってブースター電極１８に正の電圧（例えば、３kV）を、リターディング電極制御電源２９によってリターディング電極２４に負の電圧（例えば、−１kV）を印加する。これにより対物レンズ３２によって電子レンズが形成され、このレンズによって試料３０上に照射される電子ビーム径が小さくなるので、ビーム分解能を向上させことができる。また、電子レンズを形成すると、２次電子、反射電子が各検出器１６，２０で検出される割合（収率）も向上するので、ＳＮ比の高い高画質な電子像を得ることができる。
【００４５】
図５は電子ビームデポを行う際のガスノズル３１の位置、及び各電極１８，２４への電圧の印加状態を示す図である。
【００４６】
ガス処理を伴う電子ビームデポ（GAD）を行う場合には、図に示すように、噴出孔１３０が試料３０上のビーム照射部分に臨む位置（例えば、加工点上空の２００μｍ程度）にエアシリンダ３５でガスノズル３１を伸長させて反応性ガスを噴出しながら、低分解能観察時と同様に、ブースター電極電圧制御電源２１によってブースター電極１８にアース電圧を、リターディング電極制御電源２９によってリターディング電極２４に負の電圧（例えば、−１kV）を印加する。本実施の形態によれば、ガス銃２８が対物レンズ磁路２３に取り付けられているので、ガス処理を行わない場合と同じワーキングディスタンス（下極３３の試料３０側の端面から試料３０表面までの距離）でガス処理を行うことができる。
【００４７】
次に本実施の形態の荷電ビーム装置の効果を説明する。
【００４８】
GADやGAE等のガス処理が利用可能な荷電ビーム装置としては、ガスノズル等のガス供給部を対物レンズと試料の間に配置する技術が知られている。この技術を本実施の形態の比較例として図を用いて説明する。
【００４９】
図６は本実施の形態の比較例である荷電ビーム装置の対物レンズ周辺の構成を示す図である。この図において、試料３０に反応性ガスを供給するガス銃２２８は、荷電ビーム装置の鏡体２５０とは独立した部材であり、対物レンズ２３２と試料３０の間にガスノズル２３１が配置されるように設けられている。
【００５０】
このようにガス銃２２８を配置すると、配置の関係上、ガス供給部が無い場合と比較してワーキングディスタンスが大きくなり、試料３０に照射されるビーム径が大きくなってビーム分解能が低下してしまう。このようにビームの分解能が低下すると、ガス処理を行わない場合に検出できた異物や欠陥が検出できなくなる場合があり、不良原因の追究及び対策が遅延して歩留まりの低下を招く場合がある。また、対物レンズ２３２（又はリターディング電極２２４等）と試料の間にガスノズル２３１等が存在することにより、均一な電界・磁場が乱れ、非点収差を補正する非点補正コイル等を用いても補正が不充分となり、ビームの非点収差が発生してビーム分解能が一層低下する場合もある。
【００５１】
これに対して、本実施の形態の荷電ビーム装置は、試料３０上の荷電ビーム照射部分に向かって反応性ガスを噴出する噴出孔１３０を有し、鏡体１５０に取り付けられたガス銃２８を備えている。このようにガス銃２８を鏡体１５０内に取り付けると、対物レンズ３２の下極３３が形成する円形開口部を介して噴出孔１３０を試料３０に臨ませることができるので、ワーキングディスタンスを大きくすることなく試料３０に反応ガスを供給することができる。即ち、本実施の形態によれば、ガス処理を行う際にもワーキングディスタンスを小さくできるので、ビーム分解能の低下を抑制しながらガス処理を行うことができる。
【００５２】
また、ガス銃２８は、上記のようにSUS材等の非磁性材で構成した場合には、対物レンズ３２周辺の電界・磁場を乱すことが少ないので、ビーム分解能の低下を抑制することができる。さらに、ガス銃２８の取り付け部分である孔１５１を鏡体１５０の中心軸に対して周方向に均等に配置すると、電界・磁場の対称性を保持することができ、ビーム分解能の低下を一層抑制することができる。
【００５３】
なお、上記では、ガス銃２８を対物レンズ磁路２３に取り付ける構成を例に挙げて説明してきたが、ガス銃２８を取り付ける箇所はこれに限られず、噴出孔１３０を、試料３０上の荷電ビーム照射部分に近接させられるように、ガス銃２８を鏡体１５０に取り付ければ良い。これには、例えば、対物レンズ３２の上方側の鏡体１５０にガス銃２８を取り付け、ブースター電極１８の開口部にガスノズル３１を上方から通し、噴出孔１３０が試料３０上の荷電ビーム照射部分に近接するように構成するものがある。
【００５４】
また、上記の説明ではレビューSEMに適用した場合について触れたが、この他にも、SEMやTEM、イオンビーム（FIB）等を利用する場合にも勿論適用可能である。イオンビームを利用する場合には、本実施の形態における電子源３の代わりに、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。
【００５５】
次に、本発明の第２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。
【００５６】
図７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。
【００５７】
図に示す荷電ビーム装置は、第１の実施の形態で説明した荷電ビーム装置と同様の構成からなりガス銃２８を鏡体内に有するＳＥＭ１１０と、イオンビームを生成するイオン源５１（後述する図８参照）を内包するイオンビーム鏡体１１８と、試料３０からマイクロサンプル８０（例えば、１０μｍ程度のサイズ；図１３参照）を摘出するマイクロサンプリングユニット（摘出手段）１１７と、試料室１１９内に設けられステージ１１４と、ステージ１１４の上部に取り付けられ、載置された試料３０を固定手段（例えば、ピン）で固定する試料ホルダー１１３と、イオンビーム鏡体１１８側に設けられ、イオンビーム鏡体１１８と別に配置されたガス銃２２８と、ＳＥＭ１１０側に設けられ、試料３０のアライメントを行う際に利用する光学顕微鏡１１１と、ＳＥＭ１１０側及びイオンビーム鏡体１１８側にそれぞれ設けられ、各荷電ビーム装置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１１５を備えている。
【００５８】
また、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。なお、説明のため、本実施の形態における試料３０は直径３００ｍｍのシリコンウェーハとする。
【００５９】
ステージ１１４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３０を載せた試料ホルダー１１３をＳＥＭ１１０側、又はイオンビーム鏡体１１８側に適宜移動させる。
【００６０】
試料室１１９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、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１１９には、大気搬送ユニットとの間に介在するかたちでロードロック室が隣接し、例えば試料３０搬入の際には、大気搬送ユニット内の大気搬送ロボット（図示せず）により試料３０がFOUP等からロードロック室内に待機したステージ１１４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１１４が試料室１１９内に移動する。なお、試料３０を搬出する場合は上記と逆の手順で行えば良い。
【００６１】
光学顕微鏡１１１は、試料３０上のアライメント用のマークを数点検出し、試料３０のアライメントを行う。Ｚセンサー１１５は、試料３０上の加工点までの距離を計測し、試料３０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１１４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。
【００６２】
また、荷電ビーム（電子ビーム、イオンビーム）が照射された試料３０から発生する２次電子は、２次電子検出器１６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、出力部のブラウン管の輝度を変化させる。そして、これを偏向コイル６３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。
【００６３】
図８は図７中のイオンビーム鏡体１１８の内部構造を示す図である。
【００６４】
図８において、イオンビーム鏡体１１８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３０上の所望の位置に所望の径で照射する加工光学系３００を備えている。
【００６５】
イオン源５１としては、試料（ウェーハ）３０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イオン源が適する。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、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。
【００６６】
加工光学系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３０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。
【００６７】
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３０に到達しないようにする為、イオン源５１は鏡体１１８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８参照）。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。
【００６８】
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３０に照射されるように調整されている。
【００６９】
試料室１１９とイオンビーム１１８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１１９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３０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。
【００７０】
図９は投射マスク６０の上面図であり、図１０はその部分拡大図である。
【００７１】
図９において、投射マスク６０には、試料３０からマイクロサンプルを摘出する際に利用するスリット孔７１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３０上に照射される。マイクロサンプル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。
【００７２】
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３０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。
【００７３】
図１０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。
【００７４】
上記のように構成されるイオンビーム鏡体１１８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加工光学系３００の構成を説明する。
【００７５】
図１１はイオンビーム鏡体１１８内の加工光学系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。
【００７６】
図１１（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３０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。
【００７７】
一方、図１１（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３０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３０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。
【００７８】
上記のように構成される荷電ビーム装置において試料３０面上を観察する場合には、ステージ１１４によって試料３０をＳＥＭ１１０側に移動させ、ＳＥＭ１１０によって電子ビーム１９を試料３０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。
【００７９】
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１１８で試料３０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１１８によって加工するには、ＳＥＭ１１０によるGADで試料３０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、第１の実施の形態同様、ＳＥＭ１１０の鏡体に取り付けられたガス銃（図示せず）を利用する。ガス処理の方法等については、第１の実施の形態で説明したものと同様であるので省略するが、本実施の形態においても、ガス処理を行う際のワーキングディスタンスを小さくできるので、ビーム分解能の低下を抑制しながらガス処理を行うことができる。
【００８０】
図１２はGADによってマーク形成した後の試料３０の電子像９４を示す図である。
【００８１】
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。
【００８２】
次に、ステージ１１４によって、欠陥部を非汚染イオンビーム鏡体１１８直下に移動させる。このとき、ステージ１１４の位置精度で位置合わせできない場合には、試料３０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。
【００８３】
続いて、投射モード（図１１（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３０に照射し、試料３０から欠陥部９６及びマーク９７を含むマイクロサンプル（例えば、１０μｍ程度のサイズ）を形成し、これをマイクロサンプリングユニット１１７のマイクロサンプリングプローブ４８（図１３参照）で試料３０から摘出してメッシュ８２（図１３参照）に接着する。
【００８４】
図１３は試料ホルダー１１３（図７参照）上に配置されたカートリッジ機構部７５を示す図である。
【００８５】
図示したカートリッジ機構部７５は、試料３０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A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。
【００８６】
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３０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、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。
【００８７】
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。
【００８８】
カートリッジホルダ８３は、試料ホルダー１１３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B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とが合うように調整することができる。
【００８９】
マイクロサンプルプローブ（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。
【００９０】
図１４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。
【００９１】
薄膜化加工は図１１（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１１（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。
【００９２】
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９参照）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１３で示したように、スリット孔７２の長軸方向（図１４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、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。
【００９３】
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１３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。
【００９４】
以上、説明してきたように、本実施の形態である鏡体を２つ有する荷電ビーム装置においてもＳＥＭ１１０内にガス銃を取り付けることにより、第１の実施の形態同様の効果を得ることができる。なお、上記の説明では、イオンビーム鏡体１１８側のガス銃２２８は鏡体１１８と別に配置される構成としたが、ガス銃２２８をＳＥＭ１１０同様に鏡体１１８内に設ける構成としても勿論良い。このように構成すれば、イオンビームを利用して試料の薄膜化加工等を行う際にも、ワーキングディスタンスを保持しながらガス処理を行うことができる。
【００９５】
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、試料３０上で２つの鏡体の中心軸が交差する点にある。
【００９６】
図１５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。
【００９７】
図に示す荷電ビーム装置は、ＳＥＭ１１０の中心軸の延長とイオンビーム鏡体１１８の中心軸の延長とが試料ホルダー１１３に固定された試料３０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２の実施の形態のようにステージ１１４を移動させなくてもＳＥＭ１１０、イオンビーム鏡体１１８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。
【００９８】
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が、配置の関係上、ワーキングディスタンスが大きく成らざるを得ず、ガス処理を利用すると必要な分解能が得難くなる場合があった。しかし、上記の各実施の形態同様、本実施の形態においてもガス銃（図示せず）を各鏡体１１０，１１８内に設けることにより、ガス銃が侵食するワーキングディスタンスを低減することができるので、ビーム分解能の低下を抑制しながらガス処理を行うことができる。
【００９９】
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は走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope：以下、STEMと略す）に適用したものである。
【０１００】
図１６は本発明の第４の実施の形態である荷電ビーム装置（STEM）の対物レンズ周辺の構成を示す図である。
【０１０１】
この図において、STEMは、鏡体（図示せず）に取り付けられたガス銃２８（図示せず）のガスノズル３１と、カートリッジ８１と、マイクロサンプル９０内で散乱・回折を受けずに直進したブライトフィールド−STEM（BF-STEM）信号１２５を検出するBF−STEM検出器１２６と、マイクロサンプル９０内で散乱・回折したダークフィールド−STEM（DF-STEM）信号１２７を検出するDF-STEM検出器１２８と、２次電子検出器１６を備えている。
【０１０２】
メッシュ８２には第２の実施の形態と同じ要領で作成されたマイクロサンプル９０が接着されており、カートリッジ８１はマイクロサンプル９０の薄膜化した面に対して概ね垂直に電子ビーム１９が照射されるように保持されている。
【０１０３】
このように構成されるSTEMでは、電子ビーム１９の加速電圧を数十ｋVと比較的高電圧に設定してマイクロサンプル９０の透過電子像を得ることができる。BF-STEM検出器１２６によって得られるBF-STEM像では、通常のTEM像と同様、マイクロサンプル９０の内部構造を示す透過像の観察ができ、DF-STEM検出器１２８によって得られるDF-STEM像ではマイクロサンプル９０の組成を反映したコントラストが得られる組成像の観察ができる。また、電子ビーム１９の加速電圧を低下させて２次電子検出器１６により２次電子像を得ることもできる。以上のように構成したSTEMにおいて、ガス銃２８のガスノズル３１から反応性ガスを放出し、電子ビーム１９を照射することによって、マイクロサンプル９０にGADによるマーク付けを行い、次行程で行う再薄膜化やより高分解能な観察、分析を行うような場合のマークとする。
【０１０４】
本実施の形態においても、ガス銃２８のノズル３１から反応性ガスを噴出しながら電子ビームを照射することによって、ワーキングディスタンスを保持しながらGADによるマーク付けを行うことができる。
【０１０５】
また、上記の各実施の形態において、対物レンズ磁路２３にガス銃２８を取り付ければ、インレンズ型の対物レンズを有する荷電ビーム装置でガス処理を行うことができる。以下、この場合について説明する。
【０１０６】
図１７はインレンズ型の対物レンズを有する荷電ビーム装置の対物レンズ３２Ａ付近の拡大図である。この図において、ガス銃２８は、第１の実施の形態同様、フランジ１３３（図示せず）を介して対物レンズ磁路２３に取り付けられており、試料３０Ａは対物レンズ内に配置できる程度の大きさに形成されており、対物レンズ３２Ａ内に配置されている。
【０１０７】
荷電ビーム装置の鏡体と試料の間にガス銃を配置する従来の技術では、インレンズ型の対物レンズを有する荷電ビーム装置でガス処理を行うことは不可能だった。しかし、図に示したように、対物レンズ磁路２３にガス銃２８を取り付けると、インレンズ型の対物レンズの場合にも反応性ガスを試料３０Ａに供給することができる。これにより、高分解能の観察が可能なインレンズ型の荷電ビーム装置でもガス処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【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の実施の形態である荷電ビーム装置のガス銃２８付近を拡大して示す断面図。
【図３】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、低分解能観察を行う際のガスノズル３１の位置、及び各電極１８，２４への電圧の印加状態を示す図。
【図４】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、高分解能観察を行う際のガスノズル３１の位置、及び各電極１８，２４への電圧の印加状態を示す図。
【図５】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、電子ビームデポを行う際のガスノズル３１の位置、及び各電極１８，２４への電圧の印加状態を示す図。
【図６】本実施の第１の形態の比較例である荷電ビーム装置の対物レンズ周辺の構成を示す図。
【図７】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８】本発明の第２の実施の形態である荷電ビーム装置のイオンビーム鏡体１１８の内部構造を示す図。
【図９】本発明の第２の実施の形態である荷電ビーム装置の投射マスク６０の上面図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態である荷電ビーム装置の投射マスク６０の部分拡大図。
【図１１】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、イオンビーム鏡体１１８内の加工光学系３００によるビームモードを示す図。
【図１２】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、GADによってマーク形成した後の試料３０の電子像９４を示す図。
【図１３】本発明の第２の実施の形態である荷電ビーム装置のカートリッジ機構部７５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において、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１５】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１６】本発明の第４の実施の形態である荷電ビーム装置の対物レンズ周辺の構成を示す図。
【図１７】インレンズ型の対物レンズを有する荷電ビーム装置の対物レンズ付近の拡大図。
【符号の説明】
【０１０９】
１ 制御部（制御装置）
３ 電子源（荷電ビーム発生源）
１８ ブースター電極
１９ 電子ビーム（荷電ビーム）
２３ 対物レンズ磁路
２４ リターディング電極
２６ ガス銃コントローラ
２８ ガス銃
３０ 試料
３１ ガスノズル
３２ 対物レンズ
３３ 下極
３５ エアシリンダ（駆動装置）
３８ 調整ネジ
５０ 凹部
５１ イオン源（荷電ビーム発生源）
６６ イオンビーム（荷電ビーム）
７５ カートリッジ機構部
１１０ ガス銃内蔵型SEM
１１７ マイクロサンプリングユニット（摘出手段）
１１８ イオンビーム鏡体
１３０ 噴出孔
１５０ 鏡体
１５１ 孔
【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試料上に集束させる電子レンズを形成する対物レンズ磁路を有する鏡体とを備える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向かって反応性ガスを噴出する噴出孔を有し、前記鏡体内に取り付けられたガス供給部を備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項２】
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試料上に集束させる電子レンズを形成する対物レンズ磁路を有する鏡体とを備える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向かって反応性ガスを噴出する噴出孔を有し、前記対物レンズ磁路又はその上方に取り付けられたガス供給部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１記載の荷電ビーム装置において、
前記ガス供給部は前記鏡体に設けられた孔を介して取り付けられていることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項４】
請求項３記載の荷電ビーム装置において、
前記鏡体に設けられた孔に対して前記鏡体の中心軸を挟んで反対側に設けられた他の孔を有していることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項５】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記ガス供給部の材質は非磁性体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１記載の荷電ビーム装置において、
前記噴出孔を試料に対して進退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７】
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８】
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９】
請求項８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１０】
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１１】
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１２】
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１３】
荷電ビームを生成する２つの荷電ビーム発生源と、
この２つの荷電ビーム発生源からの荷電ビームを試料上にそれぞれ集束させる電子レンズを形成する対物レンズ磁路をそれぞれ有し、前記２つの荷電ビーム発生源をそれぞれ内包する２つの鏡体と、
試料上の荷電ビーム照射部分に向かって反応性ガスを噴出する噴出孔を有し、前記２つの鏡体の内少なくとも一方の鏡体における前記対物レンズ磁路、又はその上方に取り付けられたガス供給部とを備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１４】
請求項１４記載の荷電ビーム装置において、
前記２つの荷電ビーム発生源は、一方が電子ビーム発生源であり、他方がイオン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１５】
荷電ビーム発生源が生成する荷電ビームを試料に照射する荷電ビーム装置の鏡体において、
前記荷電ビーム発生源からの荷電ビームを試料上に集束させる電子レンズを形成する対物レンズ磁路と、
前記対物レンズ磁路、又はその上方に取り付けられ試料上の荷電ビーム照射部分に向かって反応性ガスを噴出するガス供給部を取り付けるための孔とを備えることを特徴とする荷電ビーム装置の鏡体。
【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試料上に集束させる電子レンズを形成する対物レンズ磁路を有する鏡体とを備える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向かって反応性ガスを噴出する噴出孔を有し、前記鏡体内に取り付けられたガス供給部を備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項２】
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試料上に集束させる電子レンズを形成する対物レンズ磁路を有する鏡体とを備える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向かって反応性ガスを噴出する噴出孔を有し、前記対物レンズ磁路又はその上方に取り付けられたガス供給部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１記載の荷電ビーム装置において、
前記ガス供給部は前記鏡体に設けられた孔を介して取り付けられていることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項４】
請求項３記載の荷電ビーム装置において、
前記鏡体に設けられた孔に対して前記鏡体の中心軸を挟んで反対側に設けられた他の孔を有していることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項５】
請求項１記載の荷電ビーム装置において、
前記ガス供給部の材質は非磁性体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１記載の荷電ビーム装置において、
前記噴出孔を試料に対して進退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７】
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８】
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９】
請求項８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１０】
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１１】
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１２】
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１３】
荷電ビームを生成する２つの荷電ビーム発生源と、
この２つの荷電ビーム発生源からの荷電ビームを試料上にそれぞれ集束させる電子レンズを形成する対物レンズ磁路をそれぞれ有し、前記２つの荷電ビーム発生源をそれぞれ内包する２つの鏡体と、
試料上の荷電ビーム照射部分に向かって反応性ガスを噴出する噴出孔を有し、前記２つの鏡体の内少なくとも一方の鏡体における前記対物レンズ磁路、又はその上方に取り付けられたガス供給部とを備えることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１４】
請求項１４記載の荷電ビーム装置において、
前記２つの荷電ビーム発生源は、一方が電子ビーム発生源であり、他方がイオン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１５】
荷電ビーム発生源が生成する荷電ビームを試料に照射する荷電ビーム装置の鏡体において、
前記荷電ビーム発生源からの荷電ビームを試料上に集束させる電子レンズを形成する対物レンズ磁路と、
前記対物レンズ磁路、又はその上方に取り付けられ試料上の荷電ビーム照射部分に向かって反応性ガスを噴出するガス供給部を取り付けるための孔とを備えることを特徴とする荷電ビーム装置の鏡体。
【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】
【公開番号】特開２００８−１２３８９１（Ｐ２００８−１２３８９１Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０７７０２（Ｐ２００６−３０７７０２）
【出願日】平成１８年１１月１４日（２００６．１１．１４）
【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５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１４日（２００６．１１．１４）
【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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