(57)【要約】【課題】絶縁膜付き試料のアースとの導通状態を、単一のコンタクトピンを用いる場合でも、正確に判断可能な荷電粒子線装置を実現する。【解決手段】試料２０の上側、数ミリメートルには表面電位計４０を配置し、試料２０の表面電位を計測する。試料２０を表面電位計４０に対して水平方向に移動させ、試料２０の表面電位分布が計測される。試料２０とコンタクトピン３とが非導通の場合、試料２０の表面に観測される電位は、不均一な電位分布を有する。一方、試料２０とコンタクトピン３とが導通していると、電位シフト値は著しく低減する。試料２０の表面電位シフトを判断する事によって、試料２０とコンタクトピン３との導通、非導通を正しく判定する事が可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を保持する試料ホルダと、試料ホルダ移動手段と、試料に荷電粒子を集束して照射する加工光学系と、試料と接触し、試料とアースとを導通させるための接触端子と、上記試料ホルダ移動手段及び上記加工光学系の動作を制御する制御部とを有する荷電粒子線装置において、
上記試料の表面のアースに対する電位を計測する表面電位計を備え、
上記制御部は、上記試料ホルダ移動手段を移動させて、上記試料を上記表面電位計測計に対して移動させて、上記試料の表面電位の分布を計測し、計測された試料の表面電位分布に基づいて、上記接触端子が上記試料に接触したか否かを判断することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、上記接触端子を試料に接触させるために、上記接触端子を試料に向かって移動させる移動手段を備え、上記制御部は、上記接触端子が上記試料に接触していないと判断した場合、上記移動手段により、上記接触端子の試料に向かって移動する動作を行なわせ、上記接触端子が上記試料に接触したと判断するまで、上記接触端子の試料に向かっての移動を繰り返し行なわせることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、上記接触端子と試料との接触力を増加させる接触力増加手段を備え、上記制御部は、上記接触端子が上記試料に接触していないと判断した場合、上記接触力増加手段により、上記接触端子の試料への接触力を増加させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、アラーム出力手段を備え、上記制御部は、上記接触端子の試料に向かっての移動の繰り返しが、所定の回数となったとき、上記アラーム出力手段により警告を出力させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項４に記載の荷電粒子線装置において、上記アラーム出力手段は、画面表示手段であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、上記試料ホルダは、上記試料を機械的に支持する複数のピンを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求１に記載の荷電粒子線装置において、上記試料ホルダは、上記試料を電気的な吸着力によって保持する静電チャックであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求７に記載の荷電粒子線装置において、上記静電チャックは、誘電層と、この誘電層内に配置された単極または双極の電極とを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
試料を保持する試料ホルダと、試料に荷電粒子を集束して照射する対物レンズと、試料と接触し、試料とアースとを導通させるための接触端子と、上記対物レンズの動作を制御する制御部とを有する荷電粒子線装置において、
上記対物レンズは、対物レンズコイルと、ブースター電極とを有し、上記制御部は、上記対物レンズコイルの電流値のシフト量、ブースター電極への印加電圧のシフト量、又は上記接触端子とアースとの間に印加されるリターデイング電圧のシフト量を算出し、算出したいずれかのシフト量に基づいて、上記試料の表面電位を算出し、算出した試料の表面電位に基づいて、上記接触端子が上記試料に接触したか否かを判断することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の荷電粒子線装置において、上記接触端子を試料に接触させるために、上記接触端子を試料に向かって移動させる移動手段を備え、上記制御部は、上記接触端子が上記試料に接触していないと判断した場合、上記移動手段により、上記接触端子の試料に向かって移動する動作を行なわせ、上記接触端子が上記試料に接触したと判断するまで、上記接触端子の試料に向かっての移動を繰り返し行なわせることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の荷電粒子線装置において、上記接触端子と試料との接触力を増加させる接触力増加手段を備え、上記制御部は、上記接触端子が上記試料に接触していないと判断した場合、上記接触力増加手段により、上記接触端子の試料への接触力を増加させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、アラーム出力手段を備え、上記制御部は、上記接触端子の試料に向かっての移動の繰り返しが、所定の回数となったとき、上記アラーム出力手段により警告を出力させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の荷電粒子線装置において、上記アラーム出力手段は、画面表示手段であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項９に記載の荷電粒子線装置において、上記試料ホルダは、上記試料を機械的に支持する複数のピンを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１５】
請求９に記載の荷電粒子線装置において、上記試料ホルダは、上記試料を電気的な吸着力によって保持する静電チャックであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１６】
請求１５に記載の荷電粒子線装置において、上記静電チャックは、誘電層と、この誘電層内に配置された単極または双極の電極とを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１７】
試料を保持する試料ホルダと、試料に荷電粒子を集束して照射する加工光学系と、試料から放出された２次電子を検出する電子検出器と、試料と接触し、試料とアースとを導通させるための接触端子と、上記加工光学系の動作を制御する制御部とを有する荷電粒子線装置において、
上記試料と上記電子検出器との間に配置され、電圧が印加されるエネルギーフィルタを備え、上記制御部は、上記エネルギーフィルタへの印加電圧と上記電子検出器が検出した２次電子数との関係のシフト量から試料の表面電圧を算出し、算出したシフト量に基づいて、上記試料の表面電位を算出し、算出した試料の表面電位に基づいて、上記接触端子が上記試料に接触したか否かを判断することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の荷電粒子線装置において、上記接触端子を試料に接触させるために、上記接触端子を試料に向かって移動させる移動手段を備え、上記制御部は、上記接触端子が上記試料に接触していないと判断した場合、上記移動手段により、上記接触端子の試料に向かって移動する動作を行なわせ、上記接触端子が上記試料に接触したと判断するまで、上記接触端子の試料に向かっての移動を繰り返し行なわせることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の荷電粒子線装置において、上記接触端子と試料との接触力を増加させる接触力増加手段を備え、上記制御部は、上記接触端子が上記試料に接触していないと判断した場合、上記接触力増加手段により、上記接触端子の試料への接触力を増加させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の荷電粒子線装置において、アラーム出力手段を備え、上記制御部は、上記接触端子の試料に向かっての移動の繰り返しが、所定の回数となったとき、上記アラーム出力手段により警告を出力させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の荷電粒子線装置において、上記アラーム出力手段は、画面表示手段であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２２】
請求項１７に記載の荷電粒子線装置において、上記試料ホルダは、上記試料を機械的に支持する複数のピンを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２３】
請求１７に記載の荷電粒子線装置において、上記試料ホルダは、上記試料を電気的な吸着力によって保持する静電チャックであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２４】
請求２３に記載の荷電粒子線装置において、上記静電チャックは、誘電層と、この誘電層内に配置された単極または双極の電極とを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスなどの形状欠陥や異物に加え、電気特性不良となる欠陥観察、分析等を行う荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化及び高性能化に伴い、電子回路パターン加工技術の微細化が進み、新しい製造プロセスや新材料の導入が加速されている。また、短ＴＡＴ（Ｔｕｒｎ  Ａｒｏｕｎｄ  Ｔｉｍｅ）でデバイスの歩留まりを向上させるために、半導体デバイスの製造工程中で発生する形状欠陥や異物に加え、コンタクトホールやプラグの導通不良や配線ショートのような電気特性不良となる欠陥を早期に検知し、プロセス条件の最適化に迅速にフィードバックする技術が重要になってきている。
【０００３】
この要求に応えるため、電子ビームを用いたＳＥＭ式検査装置（欠陥検出）や、レビューＳＥＭ装置（欠陥観察、分類）などの荷電粒子線装置がある。
【０００４】
半導体製造過程においてウエーハなどの試料表面は、クロスコンタミネーション防止の為、酸化シリコン膜やシリコン窒化膜などの絶縁物で覆われている事が多い。上記の装置を用いて、電子ビームを試料に照射する場合、アースとの導通が不十分な場合、絶縁膜で覆われているため、電子の蓄積とともにウエーハの表面電位は上昇し、この電位により、フォーカスずれや、像ドリフトを引き起こす。上記の帯電現象は、レジスト塗布時の摩擦によるレジスト分子の分極、およびプラズマを使用したエッチング装置等においても同様に発生する。
【０００５】
これらの問題の解決方法として、機械的な保持方法を用いる場合、試料外周に基準ピンを２点設け、対向する方向から可動ピンによる押し力によって試料を保持するとともに、試料と可動ピンとの接触力によって、試料表面上の絶縁膜を破壊し、アースと導通のとれた基準ピンと試料を接触させて、絶縁膜上の蓄積電荷を逃がす方法がある。
【０００６】
また、試料の表面または裏面から１本の突起部を有するコンタクトピンを試料に挿し、絶縁膜を破壊し、コンタクトピンと試料とを直に電気的に接触させ、試料をアースに接続している。この際、コンタクトピンと試料との接触具合は、コンタクトピンに電圧を印加し、このコンタクピンの抵抗値をモニタしている。このような装置が、特許文献１に開示されている。
【０００７】
２本以上のコンタクトピンを試料に挿し、２本以上のピン間に電圧を印加し、この間に流れる電流値を計測し、ある閾値以上で、コンタクトピンと試料とが導通したと判定している例がある。
【０００８】
試料台として、静電チャックを用い、吸着の初期において双極型電極に電圧印加を行い、吸着後、コンタクピンと一方の電極間に電圧を印加することにより、吸着中の電荷の偏りを無くし、高精度な加工を行なう装置が、特許文献２に開示されている。
【０００９】
さらに、双極の静電チャックと試料裏面からのコンタクトピンで構成され、双極電極とコンタクトピンとの間に電位を与え、試料表面の絶縁膜上の残留電荷をアースに流す装置が、特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−７１７８６号公報
【特許文献２】特開平５−１７７４７９号公報
【特許文献３】特開２００４−３１９８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載された技術では、下記の問題があった。
【００１２】
コンタクトピンを２本用いる場合、試料上の絶縁膜の破壊によりコンタクトピン１本を用いる場合と比較して、異物混入の可能性が増大し、半導体製造の歩留まり低下率が増大する課題があった。これは、コンタクトピンを３本以上用いる場合は、更に顕著な問題となる。
【００１３】
また、２本のコンタクトピンが絶縁膜を破壊し、試料にコンタクトしていても、コンタクトピンと試料との接触具合によって、接触抵抗値が変化する。
【００１４】
このため、次式（１）で表される電流Ｉが変化する。
【００１５】
Ｉ＝Ｖ／（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ）      ・・・（１）
ただし、上記（１）式において、Ｖは、２本のコンタクトピン間の印加電圧、Ｒａは、一方のコンタクトピンと試料間の接触抵抗値、Ｒｂは試料内抵抗値（絶縁膜抵抗値＞＞試料抵抗値の場合）、Ｒｃは他方のコンタクトピンと試料間の接触抵抗値である。
【００１６】
また、試料及び絶縁膜の材質（電気抵抗値等）、形状によっても、通電電流値は変化する。よって、ある閾値との比較から、導通したと判断する場合、種々の試料に対して、判定精度が低下する場合がある。
【００１７】
コンタクトが不十分で導通していない状態で電子ビームを照射すると、上記の如く、絶縁膜表面でのチャージングによりフォーカスズレやビームドリフトなどの不良が発生する事がある。
【００１８】
内部電極、誘電層、金属板で構成される静電チャックにより試料を保持する場合、コンタクトピンにより絶縁膜を完全に破壊し、内部電極と導通している場合、コンタクトピンに流れる電流Ｉは、定常状態で、コンタクトピンに電流を供給する電源の内部抵抗値を無視して、概略、次式（２）で表される。
【００１９】
Ｉ＝Ｖ／（Ｒａ１＋Ｒａ２＋Ｒｂ＋Ｒｃ）      ・・・（２）
ただし、上記（２）式において、Ｖは電源によりコンタクトピンと静電チャック内部電極間に印加する電圧、Ｒａ１は内部電極と静電チャック表面までの誘電層間の抵抗値、Ｒａ２は静電チャック上面と試料絶縁膜間との接触抵抗値と絶縁膜の抵抗値、Ｒｂは試料内抵抗値（絶縁膜抵抗値＞＞試料抵抗値の場合）、Ｒｃはコンタクトピンの接触抵抗値である。
【００２０】
上記の如く、接触抵抗値は、接触面の状態、接触面圧力に、また、絶縁膜、試料の抵抗値は、絶縁膜、試料の物性値（電気抵抗値等）、形状（厚み等）等に大きく影響される。
【００２１】
よって、コンタクトピンの接触状態、試料膜種、膜厚等で通電電流値は大きく変化し、しきい値で導通しているか否かを判定することは信頼性が乏しい。
【００２２】
本発明の目的は、絶縁膜付き試料のアースとの導通状態を、単一のコンタクトピンを用いる場合でも、正確に判断可能な荷電粒子線装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記の課題を解決するために本発明は次のように構成される。
【００２４】
本発明による荷電粒子線装置は、試料を保持する試料ホルダと、試料ホルダ移動手段と、試料に荷電粒子を集束して照射する加工光学系と、試料と接触し、試料とアースとを導通させるための接触端子と、上記試料ホルダ移動手段及び上記加工光学系の動作を制御する制御部と、上記試料の表面のアースに対する電位を計測する表面電位計とを備える。
【００２５】
上記制御部は、上記試料ホルダ移動手段を移動させて、上記試料を上記表面電位計測計に対して移動させ、上記試料の表面電位の分布を計測し、計測された試料の表面電位分布に基づいて、上記接触端子が上記試料に接触したか否かを判断する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、絶縁膜付き試料のアースとの導通状態を、単一のコンタクトピンを用いる場合でも、正確に判断可能な荷電粒子線装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例１が適用される荷電粒子線装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施例１における試料表面電位を計測する構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１における試料表面電位分布を計測するための移動機構を示す図である。
【図４】本発明の実施例１における試料表面電位の計測結果を示す図である。
【図５】本発明の実施例１の変形例であり、内部電極の構成が異なる例を示す図である。
【図６】本発明の実施例１における機械的に試料を保持する試料ホルダの上面図である。
【図７】図６に示す試料保持機構の概略構造を示す図である。
【図８】図６に示す試料保持機構の概略断面図である。
【図９】本発明の実施例２の説明図であり、リターデイング電圧と試料の帯電電圧との関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施例３の試料帯電計測の説明図である。
【図１１】本発明の実施例３の説明のための計測結果を示す図である。
【図１２】本発明の実施例におけるメカチャック式試料ホルダのコンタクトピン昇降機構を示す図である。
【図１３】本発明の実施例における装置操作画面を示す図である。
【図１４】本発明とは異なる例であり、本発明との比較例を示す図である。
【図１５】本発明とは異なる例であり、本発明との他の比較例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は、本発明の実施例が適用される走査型電子顕微鏡装置（ＳＥＭ。）の概略構成図である。図１において、床に設置した架台１１上には、バネと減衰器で構成されたマウント１２がある。このマウント１２により、床面の振動が吸収されて試料室１３が支持される。
【００３０】
試料室１３には、試料を搬送する搬送ロボット１４を含むロードロック室１５が接続されている。試料は、図示していないロードポート、ミニエン、大気搬送ロボット等によってＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）よりウエーハなどの試料２０を大気圧状態にしたロードロック室１５に搬入する。
【００３１】
この後、ロードロック室１５の真空引きを図示していない排気系によって行い、所定の圧力値になったら、図示していないゲートバルブを開き、昇降機構（図示せず）により試料２０を試料ホルダ２１に搭載する。
【００３２】
試料ホルダ２１は、ステージ２２に固定される。ステージ２２には、バーミラー２３が搭載されており、試料室１３に取り付けられている干渉計２４との相対距離変化をレーザ光２５により計測する事により、試料ホルダ２１上の試料２０の位置管理を行う。
【００３３】
ステージ２２の位置は図１には示していない制御部７０、ステージ移動機構７１により、現在位置と目標位置との偏差が無くなるようにフィードバック位置制御されている。
【００３４】
試料室１３は、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ等で構成される真空排気系３０で高真空にまで真空引きされる。また、試料室１３には、電子ビーム３１を出射するＳＥＭカラム３２が搭載されている。カラム３２内の電子源３３により発生した電子ビーム３１は、１次集束レンズ３４によって集束され、ビーム３１のうちの中心部の電子ビームのみを絞り３５により取り出す。更に、電子ビームは、２次集束レンズ３６で集束され、対物レンズ１９に入射させる。
【００３５】
対物レンズコイル２７によって発生する磁界は、磁路２６によって、磁界密度を高める。この強磁界によって電子ビーム３１を集束させて試料２０に照射させる。本発明の実施例１では、電子源３３には、プローブ電流の安定性に優れたショットキーエミッション電子源を用いている。
【００３６】
試料から放出された２次電子等４２は、Ｅ×Ｂ分離器（直交電磁界偏向器）３９によって曲げられ、電子検出器３８の電界によって集束され、図示していないシンチレータに入射する。２次電子は、シンチレータで光電子に変換し、図示していない光電子倍増菅で電流値を増大させる。この情報は、偏向器３７の位置制御情報と共に図示していない画像制御部に伝わり、モニタに画像として映し出される。
【００３７】
対物レンズ１９は、対物レンズコイル２７と、磁路２６及び絶縁物２８を介して磁路２６と接続されたブースター電極２９とで構成される。ブースター電極２９に正負の任意の電位を与えることによって、２次電子等４２の運動を制御する事が可能となり、試料２０の表面電位を制御する事が可能である。
【００３８】
試料室１３には図示していない試料高さを計測するＺセンサーがあり、この情報によりＳＥＭの光学条件を変えて、試料２０面上で常にフォーカスするように制御している。
【００３９】
試料室１３には、表面電位計４０が搭載されている。試料と表面電位計４０の先端部とを数ミリメートル程度まで接近させ、表面電位計４０内部の電極と試料との間を静電容量的に結合させる。表面電位計４０の内部電極の静電容量結合による変位電流信号を取り出す事により試料の帯電電位を求める。
【００４０】
上記各機器の動作は、後述する制御部７０でコントロールされる。この制御部７０は、各種処理作業を行なう処理部（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録部（ＨＤＤ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、処理部への命令を入力する入力部（キーボート等）、及び各種処理結果等を表示する表示部（モニタ等）を備えている。そして、上記制御部７０は、各種の電源と接続されており、これらの各電源等を処理部を利用して適宜制御している。
【００４１】
図２は、本発明の実施例による試料表面電位計測の概略断面図である。図２において、コンタクトピン（接触端子）３は、内部電極７、誘電層８及び金属板９に形成された孔内に配置されている。そして、コンタクトピン３と静電チャック１０内の内部電極７との間には電源４ａによって、電位Ｖ１が与えられる。電位Ｖ１によって、内部電極７、誘電層８、絶縁膜１、試料２、電源４ｂを伝わってアースに向かって、電流５が流れる。
【００４２】
静電チャック１０は、誘電層８内に内部電極７が配置される構造となっている。静電チャック１０の表面はシリコンウエーハなどの被吸着物を吸着するため、滑らかな吸着面となっている。静電チャック１０と試料２０とが接触して発生する異物の数を低減化するため、静電チャック１０と試料２０との接触率を低減する必要がある。この為、静電チャック１０の表面には一般的にはドットが形成されている。
【００４３】
誘電層８と絶縁膜１での分極による正負の電荷発生による電気力によって、試料２０は吸着される。この場合の内部電極７は、１枚の電極で構成されており、単極電極と呼ばれている。コンタクトピン３は、シリンダ等（図示せず）により駆動され、絶縁膜１を破壊する方向に押し付けられる。コンタクピン３が完全に絶縁膜１を破壊し、コンタクトピン３と試料２とが接触している場合、表面電位は、電源４ｂで与えられる可変電圧Ｖ２とほぼ同一となる。可変電圧Ｖ２は、静電チャック１０の金属板９にも印加されている。
【００４４】
可変電圧Ｖ２は、リターデイング電圧と呼ばれており、ＳＥＭの場合、負の電圧が印加される事が一般的である。
【００４５】
試料２０に負電圧を印加する事によって、試料２０に入射させる電子ビーム３１のエネルギーを小さくし、試料２０へのダメージ及びチャージングを低減できるとともに、対物レンズ１９には高エネルギーで電子ビーム３１を入射させる事ができる。したがって、色収差等を小さく出来、分解能が高い良好な像を得る事が可能となる。
【００４６】
例えば、電子源３３に、−３ｋＶを印加し、試料２０に−２．２ｋＶを印加する。電子ビーム３１は、対物レンズ１９には、対地に対して３ｋｅＶで入射するが、試料２０には３ｋＶと２．２ｋＶの差分の０．８ｋｅＶの低ネルギーで入射させる事が出来る。
【００４７】
試料２０の電子ビーム３１に関して上流側、数ミリメートルには表面電位計４０を配置しており、試料２０の表面電位を計測している。表面電位計４０には、昇降機構が付いており、電位計測を行っていない時は、移動する試料ホルダ２１との干渉を防止する為、表面電位計４０を上昇させて、試料２０から遠ざけている。図では、表面電位計４０は、試料２０に対して上面に配置しているが、コンパクトに出来る場合、試料２０の下面に配置する事も可能である。
【００４８】
図３は、試料２０の中心部を通って、試料２０の端（周縁部）から端にかけての表面電位を表面電位計４０により計測するための構成を示す図である。図３において、制御部７０の制御指令により、ステージ移動機構７１が、ステージ２２を水平方向に移動させることにより、試料２０を表面電位計４０に対して水平方向に移動させる。そして、試料２０の水平方向への移動に伴って表面電位計４０により試料２０の表面電位が計測される。表面電位計４０が計測した表面電位は制御部７０に伝達される。
【００４９】
図４は、試料２０とコンタクトピン３との導通がある場合と無い場合とについて、複数点の表面電位を表面電位計４０にて計測した計測電圧分布を示す。なお、図４は、特徴的な例を示している。
【００５０】
試料２０とコンタクトピン３とが非導通の場合、試料２０の表面に観測される電位は、コンタクトピン３と試料２０との間にある絶縁膜１の内部抵抗値等によりＶ２ではない。また、試料面上には不均一な電位分布を有する。
【００５１】
実験結果によると、図４に示すように、Ｖ２＝−１．２ｋＶにて、非導通状態の場合、絶縁膜１の膜種、厚みによっても値は異なるが、数十Ｖから数百Ｖの電位シフトが観察された。また、非導通の場合、ウエーハ半径方向に数十Ｖから数百Ｖの不均一性が観察された。
【００５２】
一方、試料２０とコンタクトピン３とが導通していると、電位シフト値は著しく低減し、最大でも数Ｖから数十Ｖ程度の電位シフトがあるのみであり、ウエーハの半径方向の不均一性も非導通と比較して著しく低減した。
【００５３】
このように、試料表面の中止を通る端から端までの電位を計測し、制御部７０が、電位シフトを判断する事によって、試料２０とコンタクトピン３との導通、非導通を正しく判定する事が可能となる。
【００５４】
なお、ディスプレイを設け、図４に示した試料２０の表面電位を、このディスプレイの表示させることもできる。そして、表面電位シフトが一定値（例えば、シフト電位が４０Ｖ）を超えるか否かを制御部７０が判断して、一定値を超える場合には、アラーム表示することもできる。
【００５５】
図５は、静電チャック１０として、図２に示した単極の内部電極７ではなく、２枚の内部電極７ａ、７ｂを有する双極型静電チャック１０を用いた場合を示している。２枚の内部電極７ａ、７ｂは、コンタクトピン３を間にして、互いに水平方向に対向する２枚の電極であってもよい。また、２枚の内部電極７ａ、７ｂは、互いに対向する側が櫛状に形成され、互いの櫛歯が交互に配置され、コンタクトピン３を間にして、互いに水平方向に対向する２枚の電極であってもよい。
【００５６】
電源４ｂによるリターデイング電圧Ｖ２に対して、プラス、マイナスの電圧Ｖ１ａ、Ｖ１ｂを電源４ａ、４ｃにより、双極電極７ａ、７ｂに印加させる。試料２０の上空には、表面電位計４０を配置し、上記と同じく試料２０の端から端の表面電位を計測する。
【００５７】
図６は、試料２０の保持固定を機械的に行なっている試料ホルダ２１を上面より見た概略図である。図６において、試料ホルダ２１は、試料２０の保持を行なう。試料ホルダ２１には、可動ピン４８が矢印５３の方向に移動出来るように穴部４９が形成されている。
【００５８】
試料ホルダ２１の上表面には、３ケ以上の導電性樹脂製の試料支持台４６がある。また、試料ホルダ２１には、２ケ以上の固定ピン４７と１つ以上の可動ピン４８がある。固定ピン４７は試料２０外周面と接し、位置決めが行われ、可動ピン４８の移動によって３点で試料２０の外周を固定し、最終的な位置決めが行なわれる。
【００５９】
図７は、可動ピン４８の移動構造物の概略図を示す図である。この移動構造物は、試料ホルダ２１の裏面、つまり、試料が配置される面とは反対側の面に固定されている。移動構造物には、ベローズ５１がある。このベローズ５１は、周囲が真空になると、ベローズ５１内部に封入されたガスの圧力によって長さが長軸方向に伸び、可動ピン４８を固定した板４９を軸５２周りに回転させる。
【００６０】
逆に、ベローズ５１の周囲が大気圧になると、ベローズ５１の軸方向に縮み、可動ピン４８がベローズ５１の縮む方向とは反対方向に回転する。板４９は、周囲が真空、大気と変化する事で、矢印５３の方向に移動（回動）する。
【００６１】
上記は、図１に示したような、ロードロック室１５に真空搬送ロボット１４を搭載した場合ではなく、真空搬送ロボット１４の代わりに、試料ホルダ２１を試料室１３、ロードロック室１５の間を移送させる移送ユニットを用いた場合に使用出来る。
【００６２】
つまり、上記の移送ユニットを用い、試料室１３にある試料ホルダ２１をロードロック室１５に移動させる。その後、ロードロック室１５を大気開放し、大気搬送ロボット、昇降ピン等でウエーハを試料ホルダ２１に搭載する。その後、ロードロック室１５を排気系にて真空状態にする。これにより、上記の如く、試料２０は試料ホルダ２１上の固定ピン４７、可動ピン４８によって固定される。この状態にて、試料ホルダ２１を試料室１３に移送し、電子ビーム３１を照射し、所定の観察、分析等を行なう。ウエーハを搬出する場合は、逆の操作を行う。このような、ベローズを用いない場合、別の手段で可動ピン４８を駆動させる必要がある。
【００６３】
図８は、図６の断面を示す図である。図８において、試料ホルダ２１には、コンタクトピン３を収納しており、コンタクトピン３の昇降動作によって、絶縁膜１を突き破り、試料２に接触させる。コンタクトピン３と試料２とが接触しているか否かを、試料２０上面に配置した表面電位計４０によって計測する。
【００６４】
以上のように、本発明の実施例１によれば、試料２の表面電位について、試料２の表面の直径上を端から端まで、電位分布を計測し、計測した電位分布が一定範囲内か否かにより、試料とコンタクトピン（端子）とが導通したか否かを判断している。
【００６５】
したがって、試料とコンタクトピンとが導通しているか否かを確実に判断することができる。
【００６６】
つまり、試料の特定部分のみの表面電位を測定し、一定電位範囲内であったとしても、図４に示したように、試料とコンタクトピンとが互いに導通していない場合があるが、本願発明の実施例１のように、試料の表面電位分布を計測し、導通非導通を判断すれば、試料とコンタクトピンとが導通しているか否かを確実に判断することができる。
【００６７】
そして、絶縁膜付き試料のアースとの導通を確実に行なう事が可能となり、ビーム照射時の像ドリフトやフォーカスずれ等の不具合を防止する事が可能となる。
【実施例２】
【００６８】
次に、本発明の実施例２について説明する。
【００６９】
コンタクトピン３と試料２０との電気的導通が十分か否かの判定を行なう手段として、上記に述べたように試料の表面電位を直接計測する以外の方法がある。この方法を以下に述べる。
【００７０】
本発明の実施例２は、電子ビーム３１を試料２０に照射した際に、フォーカスする対物レンズ１９の通電電流値、または、ブースター電極２９の印加電圧、リターデイング電圧Ｖ２のシフト分を計測する例である。
【００７１】
コンタクトピン３と試料２０とが非導通の場合、試料２０への電子ビーム照射により、試料２０表面上に残留電荷が発生し、帯電電位が発生する。この為、フォーカスする際の対物レンズ１９の通電電流値、フォーカス時のブースター電極２９の印加電圧、リターデイング電圧Ｖ２がずれる。
【００７２】
図９は、あるＳＥＭ光学条件で試験的に試料の帯電電圧とフォーカス時のリターデイング電圧Ｖ２との関係を求めた結果を示すグラフである。リターデイング電圧と試料帯電電圧との関係は、図９に示すような関係にあるため、リターデイング電圧のシフト分を計測することにより、試料の帯電電圧を算出することができ、コンタクトピン３と試料２０とが接触しているか否かを判断することができる。なお、図示していないが、本発明の実施例２においては、リターデイング電圧Ｖ２の測定手段を備え、このリターデイング電圧測定手段により測定されたリターデイング電圧のシフト量が、制御部７０により演算される。
【００７３】
以上のように本発明の実施例２によれば、試料２への電子ビーム照射による、フォーカスする対物レンズ１９の通電電流値、ブースター電極２９の印加電圧、又はリタンデイング電圧のシフト量を測定し、試料の帯電電圧を算出して、コンタクトピン３と試料２とが導通しているか否かを判断しているので、コンタクトピン３と試料２との導通、非導通を確実に判断することができる。
【００７４】
ここで、ＳＥＭのフォーカス操作を対物レンズコイルの通電電流値を変化させるのではなく、試料に印加するリターデイング電圧を変化させることで高速にフォーカス動作を行なうことが可能となる。電磁コイルを用いた場合、磁場ヒステリシスを持つ事が知られているが、このヒステリシスを除去するための操作が必要で、この所要時間により高速にフォーカスを行なう事が困難であるためである。
【００７５】
フォーカスさせるリターデイング電圧が、試料が帯電していない場合のリターデイング電圧と異なる場合、コンタクトピン３と試料２０とが導通していないと判断し、コンタクトピン３の昇降動作を繰り返し、導通を図るようにする。
【実施例３】
【００７６】
コンタクトピン３と試料２０との導通が十分か否かについて判断するために、試料帯電を計測する別の方法として、エネルギーフィルタを用いる方法がある。
【００７７】
本発明の実施例３は、このエネルギーフィルタを用いる例である。
【００７８】
試料２０の上流側にある所定の電位を印加したメッシュ（エネルギーフィルタ）を配置する。このメッシュに印加した電位より小さいエネルギーを有する２次電子は、この電界で押し返され電子検出器３８に到達する事は出来ない。メッシュに印加する電位を変化させる事で電子検出器３８に到達する２次電子量を制御出来る。
【００７９】
メッシュに印加する電圧を横軸に、電子検出器３８で検出する信号量を縦軸とすると、メッシュに印加する電圧をある値より小さくすると、電子検出器３８で検出する２次電子量は、急激に低下する。
【００８０】
図１０は、図２に示した例の構成の表面電位計４０に代えて、エネルギーフィルタ５５を試料２０の上流側に追加、配置した例を示す図である。図１０において、エネルギーフィルタ５５は、可変電圧電源５６によって、正負の可変電圧Ｖ３を印加する事が可能な構成となっている。エネルギーフィルタ５５を通過した２次電子４２が電子検出器３８により検出される。
【００８１】
図１１は、試料２０が正負に帯電している場合の印加電圧Ｖ３と電子検出器３８に流れる電流値（入射電子数に比例）の関係を示すグラフである。
【００８２】
図１１において、試料（ウエーハ）２０が正に帯電している場合（破線）、帯電が０である場合（実線）と比較して試料の帯電によって検出器３８に入射する電子数は低下し、結果、検出器３８に流れる電流値は低下する。
【００８３】
一方、試料２０が負に帯電している場合（破線）、帯電が０である場合と比較して、電子検出器３８に入射する電子数は増大し、電流値は増大する。
【００８４】
試料２０が正に帯電している場合、電位＝０（帯電していない場合）と同じ電流値を得るには、図１１に示すようにΔＶ３分だけ、エネルギーフィルタ５５への印加電圧Ｖ３を増大させる必要があり、このドリフト量ΔＶ３が試料帯電電位に相当する。
【００８５】
上記の方法で、試料２０の帯電を知る事が出来るので、ある判定値以上のドリフト量ΔＶ３がある場合、制御部７０は、導通が不十分と判断し、コンタクトピン３の接触を再度行なう。
【００８６】
以上のように、本発明の実施例３においても、試料とコンタクトピンとが導通しているか否かを確実に判断することができる。
【００８７】
コンタクトピン３の昇降機構について次に述べる。なお、以下に説明するコンタクトピン３の昇降機構については実施例１〜３に共通である。
【００８８】
図１２は、コンタクトピン３の昇降機構を示す図である。図１２において、シリンダ５６を用い、コンタクトピン３の昇降を行なう。図１２に示したシリンダ５６は圧縮空気５７で動作するタイプを示している。圧縮空気５７の圧力値はレギュレータ５８によって調整されている。圧縮空気５７は適切なポンプ（図示せず）から供給される。
【００８９】
規定回数、コンタクトピン３を昇降させても、試料１とコンタクトピン３とがコンタクトしていない場合、レギュレータ５８によって、圧縮空気５７の圧力値を上昇させる。レギュレータ５８への指令は、走査型電子顕微鏡装置の制御部７０によって行なわれる。シリンダ５６は、電気駆動タイプを用いても良い。図１２に示した例では、試料ホルダ２１は、試料２０を機械方式で保持する例を示しているが、上述した静電チャック方式とする事も可能である。
【００９０】
図１３は、本発明の実施例１〜３における走査型電子顕微鏡装置に設けられた表示装置（図示せず）操作画面６０を示す図である。図１３において、操作画面６０の下表示部分には、ステージコントローラ、イメージコントローラ、マニュアルコントローラ等のコントロール画面６１がある。
【００９１】
図１３に示した例では、ステージコントローラ画面６２と、イメージコントロール画面６３とを表示させている。イメージコントロール画面６３には、ＳＥＭ像６４の倍率、スキャン速度等の情報が表示される設定部６５と、ビームの加速電圧、モード等の選択を行う選択画面６６とが表示されている。
【００９２】
コンタクトピン３と試料２との接触が不十分（非導通）な場合、アラーム表示画面６７が表示される。アラーム表示画面６７には、「コンタクト不十分な為、コンタクト動作を繰り返しています。暫く、お待ち下さい。」と表示し、判定回数分のコンタクトピン３の昇降動作を繰り返しても、試料２とのコンタクトが不十分な場合、「コンタクト不良です。コンタクトピンの交換を行なうか、サービスマンに連絡下さい。」というアラーム表示を行なう。
【００９３】
次に、本発明と異なる例であり、本発明と比較を行なうための比較例について説明する。
【００９４】
図１４は、第１の比較例を示す図である。図１４の例のように、コンタクトピン３ａ、３ｂの２本を用いる場合、試料２上の絶縁膜１の破壊によりコンタクトピン１本を用いる場合と比較して、異物混入の可能性が増大し、半導体製造の歩留まり低下率が増大する。これは、コンタクトピンを３本以上用いる場合は、更に顕著な問題となる。
【００９５】
また、２本のコンタクトピンが絶縁膜を破壊し、試料にコンタクトしていても、コンタクトピンと試料との接触具合によって、接触抵抗値が変化する。
【００９６】
図１５は、第２の比較例を示す図である。図１５に示す例は、内部電極７、誘電層８、金属板９で構成される静電チャック１０により試料２を保持する場合、１本のコンタクトピン３により絶縁膜１を破壊し、内部電極７と導通しようとする場合の例である。
【００９７】
しかし、上記の如く、接触抵抗値は、接触面の状態、接触面圧力に、また、絶縁膜、試料の抵抗値は、絶縁膜、試料の物性値（電気抵抗値等）、形状（厚み等）等に大きく影響される。
【００９８】
よって、コンタクトピ３ンの接触状態、試料膜種、膜厚等で通電電流値は大きく変化し、しきい値で導通しているか否かを判定することは信頼性が乏しい。
【００９９】
これに対して、本発明は、表面電位計により、試料の電位分布を測定してコンタクトピンと試料との導通、非導通を判断しているため、正確に導通か否かを判断することができる。また、リターデイング電圧のシフト量、エネルギーフィルタを用いて、２次電子検出器３８により検出した２次電子により、コンタクトピンと試料との導通、非導通を判断する場合も、正確に導通か否かを判断することができる。
【０１００】
なお、上述した例は、本発明を走査型電子顕微鏡装置に適用した場合の例であるが、本発明は走査型電子顕微鏡装置のみならず、表面電位計を用いる例は、荷電粒子線装置の試料残留電荷放電装置としても成立する。
【符号の説明】
【０１０１】
１・・・絶縁膜、  ２・・・試料、  ３ａ、３ｂ・・・コンタクトピン、  ４ａ、４ｂ・・・電源、  ７、７ａ、７ｂ・・・内部電極、  ８・・・誘電体、  ９・・・金属板  、１０・・・静電チャック、  １１・・・架台、  １２・・・マウント、  １３・・・試料室、  １４・・・真空搬送ロボット、  １５・・・ロードロック室、  １９・・・対物レンズ、  ２０・・・試料、  ２１・・・試料ホルダ、  ２２・・・ステージ、  ２３・・・バーミラー、  ２４・・・干渉計、  ２５・・・レーザ光、  ２６・・・磁路、  ２７・・・対物レンズコイル、  ２８・・・絶縁物、  ２９・・・ブースター電極、  ３０・・・排気系、  ３１・・・電子ビーム、  ３２・・・カラム、  ３３・・・電子源、  ３４・・・一次集束レンズ、  ３５・・・絞り、  ３６・・・二次集束レンズ、  ３７・・・偏光コイル、  ３８・・・電子検出器、  ３９・・・Ｅ×Ｂ分離器、  ４０・・・表面電位計、  ４６・・・試料支持台、  ４７・・・固定ピン、  ４８・・・可動ピン、  ４９・・・穴部、  ５１・・・ベローズ、  ５２・・・回転軸、  ５５・・・エネルギーフィルタ、  ５６・・・可変電圧電源、  ５７・・・圧縮空気、  ５８・・・レギュレータ、  ６０・・・操作画面、  ６１・・・コントロール画面、  ６２・・・ステージコントロール画面、  ６３・・・イメージコントロール画面、  ６４・・・ＳＥＭ像、  ６５・・・設定部、  ６６・・・選択画面、  ６７・・・アラーム画面、  ７０・・・制御部、  ７１・・・ステージ移動機構
【図１】
2010272586.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010272586.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010272586.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2010272586.tif 000013
【図１２】
2010272586.tif 000014
【図１３】
2010272586.tif 000015
【図１４】
2010272586.tif 000016
【図１５】
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