(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線装置の真空試料室と、当該真空試料室にホトマスクを搬送する前に、当該ホトマスクが存在する雰囲気を真空排気する予備排気室との間で搬送され、前記ホトマスクを保持する試料保持装置であって、
前記ホトマスクのパターンが形成された面を正面としたときに、当該ホトマスクの側面より当該ホトマスクを押圧する押圧機構と、
当該押圧機構によって押圧されるホトマスクを位置決めする位置決め部材とを備え、前記押圧機構は、前記ホトマスクの側面に平行な回転軸を持つ回転部材を有し、
当該回転部材は、前記回転軸と交差する２つの辺の間に形成される頂角部を有し、当該頂角部が前記ホトマスクの側部との接触部となるように構成されていることを特徴とする試料保持装置。
【請求項２】
請求項１において、
少なくとも２つの前記押圧機構を備え、当該押圧機構は互いに直交する方向に、前記ホトマスクを押圧することを特徴とする試料保持装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記２つの押圧機構の内、１の押圧機構による押圧の後、もう１つの押圧機構による押圧を行うことを特徴とする試料保持装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記１の押圧機構による押圧力より、前記もう１つの押圧機構による押圧力の方が強いことを特徴とする試料保持装置。
【請求項５】
請求項１において、前記ホトマスクに対する前記接触部の接触位置は、ホトマスクのパターン面を上としたときに、ホトマスク側面の長方形の中心位置を基準として、当該位置以上の高さであって、当該長方形の左右の辺の中心に、接触部が当接されることを特徴とする試料保持装置。
【請求項６】
荷電粒子光学系と、当該荷電粒子光学系によって照射される荷電粒子ビームが照射されるホトマスクを配置するための真空試料室と、当該真空試料室にホトマスクを搬送する前に、当該ホトマスクが存在する雰囲気を真空排気する予備排気室と、当該真空試料室と予備排気室との間で試料を搬送する試料保持装置と、当該試料保持装置を前記真空試料室と予備排気室との間で搬送する搬送ロボットを備えた荷電粒子線装置において、
前記試料保持装置は、前記ホトマスクのパターンが形成された面を正面としたときに、当該ホトマスクの側面より当該ホトマスクを押圧する押圧機構と、
当該押圧機構によって押圧されるホトマスクを位置決めする位置決め部材とを備え、前記押圧機構は、前記ホトマスクの側面に平行な回転軸を持つ回転部材を有し、
当該回転部材は、前記回転軸と交差する２つの辺の間に形成される頂角部を有し、当該頂角部が前記ホトマスクの側部との接触部となるように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記押圧機構によるホトマスクの押圧動作に併せて、前記予備排気室の真空排気を実行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、試料保持装置及び荷電粒子線装置に係り、特に半導体製造に用いられるホトマスクの測定，検査用の荷電粒子線装置に搭載される試料保持装置、及び当該試料保持装置を搭載した荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造で使用されるホトマスクは、パターンの高集積化に伴い微細化が進んでいる。それに伴い、ホトマスクの測定／検査装置の高精度化が求められ、例えば、ホトマスク用測長ＳＥＭに代表される荷電粒子線を用いた検査装置が主流になっている。
【０００３】
ホトマスク用測長ＳＥＭで検査されるホトマスクは、通常絶縁物である石英（Ｑｚ）を母材に、表面は電子線描画装置等で描画されたクロム（Ｃｒ）の集積回路パターンで覆われている。また、さらにそのクロム（Ｃｒ）上に、電子線描画装置等で描画されたレジストパターン（感光剤）で覆われている。
【０００４】
このようなホトマスクの帯電を除去するために、電子線描画装置のロードロック室に除電装置を設け、当該除電装置によって、除電する手法が特許文献１に説明されている。また、特許文献２，３には、導通ピンをマスク上部よりマスクに押圧し、レジスト膜を貫通させることによって、クロム膜との導通をとる手法が説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１７３０１号公報
【特許文献２】特開平１−１１７０３１号公報
【特許文献３】特開平３−２６３８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ホトマスクの測定や検査に用いられる走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）は、ホトマスクに荷電粒子である電子ビームを照射し、当該照射に基づいてホトマスクより放出される二次電子等を検出して、ホトマスク上に形成されたパターンの測定や、欠陥等の検査を行うために用いられている。ＳＥＭによる測定や検査の際にホトマスクが帯電していると、フォーカスずれや倍率変動が発生する可能性があるため、除電を行う必要がある。特許文献１に説明されているような除電機構を用いた除電によれば、除電前に付着した帯電についてはある程度緩和ができるが、ＳＥＭでは、その除電後に帯電が付着する可能性がある。
【０００７】
一方、特許文献２，３に説明されているような導通ピンをレジスト膜に押圧する手法によれば、導通ピンがクロム膜に接している限りにおいては、除電効果が期待できるが、パターン面に直接導通ピンを押し当てているため、パターン面へのダメージが懸念される。また、導通ピンが存在する部分については、電子ビームを照射することができないため、当該部分については測定や検査ができない。
【０００８】
以下に、ホトマスクの表裏面に押圧部材を押し当てることなく、ホトマスクの搬送及び測定，検査時に、当該ホトマスクの除電を行うことを目的とする試料保持装置、及び荷電粒子線装置について説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子線装置の真空試料室と、当該真空試料室にホトマスクを搬送する前に、当該ホトマスクが存在する雰囲気を真空排気する予備排気室との間で搬送され、前記ホトマスクを保持する試料保持装置であって、前記ホトマスクのパターンが形成された面を正面としたときに、当該ホトマスクの側面より当該ホトマスクを押圧する押圧機構と、当該押圧機構によって押圧されるホトマスクを位置決めする位置決め部材とを備え、前記押圧機構は、前記ホトマスクの側面に平行な回転軸を持つ回転部材を有し、当該回転部材は、前記回転軸と交差する２つの辺の間に形成される頂角部を有し、当該頂角部が前記ホトマスクの側部との接触部となるように構成された試料保持装置、及び荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によれば、試料表裏面に導通部材等を押し当てることなく、荷電粒子線装置の測定，検査時にホトマスクの帯電を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】走査電子顕微鏡の概略構成図。
【図２】試料保持装置の概略構成図。
【図３】クランプ機構の拡大構成図。
【図４】レジスト層とクロム層が塗布された石英基板の一例を説明する図。
【図５】ホトマスクのＳＥＭへの搬入から測定に至るまでのプロセスを説明するフローチャート。
【図６】クランプ機構の接触子の変形例を説明する図。
【図７】ホトマスク側面の接触子が接する部分の一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ホトマスク上の集積回路パターンの寸法を荷電粒子線で測長する場合、ホトマスクを装置内で支持する裏面は絶縁物であるため、集積回路パターン製造工程やホトマスクのハンドリングの際、或いは収納状態により、クロム（Ｃｒ）面が帯電し、外部に逃げない状態となっている。
【００１３】
このような状態において、回路パターンの測定や検査のために、荷電粒子ビームを照射すると、当該荷電粒子ビームの照射に起因して、或いは荷電粒子ビームの照射によってホトマスクから放出される後方散乱電子（Backscattered Electron：ＢＳＥ）等が再付着することによって、試料帯電が発生する可能性がある。このような帯電の発生は、荷電粒子ビームのフォーカスずれや倍率変動の原因となり測長誤差等の要因となる可能性がある。
【００１４】
このような帯電は、荷電粒子ビームの照射に起因して発生するため、測定や検査前に除電を行ったとしても、測定や検査そのものが帯電発生要因となるため、測定，検査時の除電を行うことが望ましい。また、パターン形成に用いられる電子線描画装置は、電子ビームの加速電圧が高く、且つホトマスクのクロム層はホトマスク全面に及ぶため、測定，検査のためにＳＥＭに搬送されるホトマスクには、大きな帯電が蓄積していることがある。
【００１５】
昨今、スピンコーターによるレジスト塗布時の摩擦やプラズマを使用したエッチング処理などの半導体製造プロセスにおいて、ホトマスク表面が帯電する現象が明らかとなってきており、ホトマスクの表面に生成されたパターンの破壊を防止するため、その処理後に除電するなど、帯電に対する管理が厳密になってきている。
【００１６】
しかし、ホトマスク用測長ＳＥＭ（Critical Dimension−ＳＥＭ）で検査されるホトマスクは、表面を電子線描画装置等で描画されたクロム（Ｃｒ）の集積回路パターン、または、そのクロム（Ｃｒ）上に電子線描画装置等で描画されたレジストパターン（感光剤）で、その裏面は、通常絶縁物である石英（Ｑｚ）が母材となっており、パターン製造工程やホトマスクのハンドリング、収納状態によりクロム（Ｃｒ）面が帯電し、外部に逃げない状態となっている。
【００１７】
これらの帯電を、除電機構を設けることによって除去することも考えられるが、測長時や検査時には、荷電粒子ビームが集積回路パターン上に照射されるため、新たな帯電が発生する可能性がある。
【００１８】
また、試料台，試料移動台と導通が確保可能なウエハは、試料の電位を積極的に変化させフォーカス点を計測し、荷電粒子線の加速電圧やリターディング電圧にフィードバックすることが可能であるが、ホトマスクの場合は、ホトマスクとホルダ間の導通が確保できないため、同じ機能が使えない。
【００１９】
さらに、電子線描画装置は測長ＳＥＭより加速電圧が高いため、さらに試料となるホトマスクの表面は全面がＣｒ面となっているため、描画時の帯電量が大きい。
【００２０】
本実施例では、主に荷電粒子ビームによるホトマスクパターン測長時、或いは検査時の帯電量の変化を抑制し、そのフォーカスずれや倍率変動を低減、或いは無くすために好適な試料台，試料移動台について説明する。
【００２１】
本実施例では、ホトマスク用測長ＳＥＭで測長する際、ホトマスクを保持し、実際に測長を行う試料室に移動するための試料台（試料保持装置）に、ホトマスク表面にＣｒを蒸着する際にその製作上の都合からホトマスク側面に蒸着されたＣｒ面と導通をとるための接触子を設け、絶縁物であるホトマスクの母材（Ｑｚ）で絶縁されているＣｒ面の帯電を抑制し、荷電粒子線のフォーカスずれや倍率変動を低減する態様について説明する。
【００２２】
また、更なる具体的な態様として、その接触子をホトマスクに接触させる際は、大気と真空の変換を行う予備排気室で行い、接触動作と真空排気動作を同期させ、ホトマスク表面への異物飛散を防止する例を説明する。
【００２３】
本実施例によれば、レジストパターン下層全面に覆われているＣｒ面と試料台間で導通が確保できるため、外部帯電除去に効果が有り、帯電を原因とする荷電粒子線のフォーカスずれや倍率変動を低減することが可能となる。また、試料の電位を積極的に変化させフォーカス点を計測し、荷電粒子線の加速電圧やリターディング電圧にフィードバックすることが可能となり、測長再現性が安定し、信頼性の高いホトマスク用測長ＳＥＭが実現可能となる。
【００２４】
以下、本実施例の具体的な態様を、図面を用いて説明する。なお本実施例では、ホトマスク用測長ＳＥＭを例にとって説明するが、これに限られたことではなく、イオンビーム照射装置等の荷電粒子線装置にも適用が可能である。
【００２５】
図１に走査電子顕微鏡の概略構成図を示す。ホトマスク用測長ＳＥＭは、荷電粒子ビーム（電子ビーム）の加速電圧，ホトマスクの情報，観察位置情報などをもとに、荷電粒子線を出し偏向を行う荷電粒子光学系１と、ホトマスク２を保持した試料台３（試料保持装置）を、真空状態が維持されている試料室４（真空試料室）内に設けられたステージ５と、試料雰囲気を真空排気し、測定や検査が終了した試料雰囲気について大気開放を行う予備排気室６と、試料室４と予備排気室６の間のゲートバルブ７と、予備排気室６と大気側（予備排気室６）を区別するゲートバルブ８と、試料台３を予備排気室６と試料室４の間にて搬送する搬送ロボット１０とを含む装置本体と、試料室４と予備排気室６の真空排気を制御する真空排気装置１１で構成されている。
【００２６】
また、ゲートバルブ８の大気側には、ホトマスク２を予備排気室６内の試料台３に搬送するための試料搬送機構９が配置されている。
【００２７】
図２に試料保持装置の一態様を例示する。試料台３は、ベース１４にホトマスク２のＸ方向の位置の基準となるＸ基準ベアリング１５と、Ｙ方向の基準となるＹ基準ベアリング１６とを備えている。Ｘ基準ベアリング１５とＹ基準ベアリング１６は、ホトマスクの位置決めを行う位置決め部材として機能する。また、試料台３は、ホトマスク２をＺ方向で支持する支持台１７と、ホトマスク２をＸ基準ベアリング１５、及びＹ基準ベアリング１６に押圧することによって、位置決めし、且つホトマスク２の側面上部に接触するＸクランプ機構１８及びＹクランプ機構１９を備えている。
【００２８】
Ｘ基準ベアリング１５は、ベース１４の中心を通過するＸ軸を中心として、対称な位置に配置され、可能な限りホトマスクの角部に近い位置に配置されている。Ｘクランプ機構１８は、ホトマスクとの接触部がＸ軸上に配置されるように構成されている。また、Ｙ基準ベアリング１６とＹクランプ機構１９は、ベース１４の中心を通過するＹ軸上に、ホトマスクとの接触部が配置され、ホトマスク２が保持状態の時に回転方向のモーメントが作用しないように配慮されている。
【００２９】
図３は、Ｘクランプ機構１８とＹクランプ機構１９の拡大構成図である。Ｘクランプ機構１８、及びＹクランプ機構１９は、ベアリング２１と、非磁性材料であり、且つ硬い材質である非磁性超鋼や、導電性ダイヤモンドによって構成されると共に、ホトマスク側面との接触部が、鋭利なエッジを持ったリング状の接触子２０と、接触力を決定するばね２２と、接触子２０を回転移動させるためのアーム２３とによって構成されている。Ｘクランプ機構１８とＹクランプ機構１９は、各々ベース１４に対して電気的に独立している。
【００３０】
接触子２０は、ホトマスク２の側面との接触部が点接触に近くなるように、接触子２０の回転軸に交差する２つの辺の間に形成される頂角がホトマスクとの接触部となるような形状とする。接触子の回転軸は、ホトマスクの側面に平行であり、且つホトマスク正面（パターンが形成されている面）に平行に、接触子２０が回転移動可能なように設定される。このように、接触子２０のホトマスク側面との接触部を鋭利に形成する理由は以下の通りである。
【００３１】
図４は、ガラス基板上に、レジスト層２７とクロム層２８が塗布された状態を説明する図である。ホトマスク２上にはクロム層２８が形成され、その上にレジスト層２７が形成されている。製造プロセスを経て、ＳＥＭ等による測定が行われるホトマスクには、本来パターンが形成される面だけではなく、図４の右図に例示するように、ガラス基板側面にもクロム層がはみ出るように形成されていることが、わかってきた。図４の左図はクロム層２８の形成状態を模式的に示しており、図４の右図は、ホトマスクの断面拡大図を示している。ホトマスク側面に形成されるクロム層は、遮光膜として機能するものではないため、当該部分に導通用の接触部材を選択的に当接させることができれば、パターン面以外への接触子の接触によって、帯電を抑制することが可能となる。
【００３２】
本実施例装置では、このようなホトマスクの側面に位置するクロム膜に選択的に押し当てることが可能なように、ホトマスクのパターン面を上としたときに、ホトマスク側面の長方形の中心位置を基準として、当該位置以上の高さであって、当該長方形の左右の辺の中心に、接触子が当接されるように構成する。即ち、ホトマスク２の固定時に図７に例示するような位置（斜線部）に、接触子２０が当接する。このような構成によれば、クロム膜が存在する位置に的確に接触子を接触させることが可能となる。
【００３３】
図５はホトマスク２のＳＥＭへの搬入から測定に至るまでのプロセスを説明するフローチャートである。まず、真空排気装置１１によって、予備排気室６に窒素ガスを導入するなどして、大気開放を行う（ステップ５０１）。次にゲートバルブ８を開放する（ステップ５０２）。その次に駆動機構２４を用いて、図２に例示した２つのクランプ機構を開放して、ホトマスク２の導入準備を行う（ステップ５０３）。このようにしてホトマスクの搬入準備が整った後、試料搬送機構９を用いたホトマスク２の搬入作業が行われる（ステップ５０４）。試料搬送機構９は、大気にてホトマスクを保持する保持装置（図示せず）から取り出されたホトマスクを、試料台３上に移送するように構成されている。
【００３４】
次に、ゲートバルブ８を閉鎖する（ステップ５０５）。これによって、真空排気の準備が完了する。ゲートバルブを閉鎖した後、Ｘクランプ機構１８を動作させ、ホトマスク２を、Ｘ基準ベアリング１５に押し付けるように、押圧する。このとき、接触子２０がクロム層に接するため、クロム層に蓄積された電荷がリークされ、帯電の除去が行われる。この状態において、Ｘ基準ベアリング１５、及びＸクランプ機構１８に設けられた接触子２０は、ホトマスクの側面と平行な方向に回転軸を備えているため、Ｙ方向からホトマスクを押圧するときのガイドとなって、ホトマスク２は試料台２上で正確な位置決めが行われる。ホトマスク２は、Ｘクランプ機構１８による押圧の後、Ｙクランプ機構１９によって、Ｙ基準ベアリング１６に押圧される（ステップ５０６）。
【００３５】
ここで、Ｘクランプ機構１８とＹクランプ機構１９の接触力（押圧力）は、Ｘクランプ動作によるＸ位置決め完了後、Ｙクランプ動作によるＹ位置決め動作ができるようにＸ＞Ｙの関係とした。無論ＸとＹの順番は逆であっても構わない。その場合はＸ＜Ｙの関係となる。なお、本実施例では、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれに帯電除去のための接触子を設けているが、１つであっても構わない。但し、帯電除去を確実にする意味ではＸ方向，Ｙ方向のそれぞれに接触子を設けておくことが望ましい。
【００３６】
また、Ｘクランプ機構１８とＹクランプ機構１９のアーム２３は、予備排気室６の外部に設けられた駆動機構２４で駆動する。また、予備排気室６の排気ポート２５は、試料台３のＸクランプ機構１８とＹクランプ機構１９の下面近傍に配置されている。ホトマスク２は、試料搬送機構９によって、試料台３上に搬送され、ゲートバルブ８を閉じた後、予備排気室６を真空排気装置１１による排気ポート２５からの真空排気（ステップ５０７）と同時に、Ｘクランプ機構１８とＹクランプ機構１９のクランプ動作を行い、ホトマスク２の位置決めと接触子２０の接触を同時に完了させる。その後、予備排気室６の真空排気後ゲートバルブ７を開放し（ステップ５０８）、真空ロボット１０を用いて、クランプ機構にてホトマスク２を保持したまま、試料台３を、ステージ５に搬送する（ステップ５０９）。
【００３７】
ステージ５上に試料台３を搬送した後、ゲートバルブ７を閉鎖（ステップ５１０）し、測長を開始（ステップ５１１）する。
【００３８】
以上のように、接触子２０は、電子ビームが照射されるときに、クロム膜に接した状態にあるため、ビーム照射に起因する帯電や、試料搬送時等に蓄積される帯電等を除去した状態で、測定や検査を行うことが可能となる。
【００３９】
本実施例装置では、図４に示すようなレジストパターンのＣｒ面と試料台で導通が確保できるため、試料の電位を積極的に変化させフォーカス点を計測し、荷電粒子線の加速電圧やリターディング電圧にフィードバックすることが可能となり、荷電粒子線のフォーカスずれや倍率変動を低減することが可能となるため測長再現性が安定し、信頼性の高いホトマスク用測長ＳＥＭの提供実現可能となる。
【００４０】
図６は、図３にて説明した接触子２０と、その他の接触子の変形例を説明する図である。接触子６０１，６０２はいずれもホトマスク側面に当接するための頂角部を有するという点で、接触２０と共通する。例えば接触子を、基準ベアリングのように円柱形状にしてしまうと、レジスト層２７に阻まれて、接触子がクロム層２８に到達し得ない可能性があるが、本実施例装置のように、接触部を鋭利に形成することによって、クロム層への到達をより確実なものとすることができる。更に、接触子の回転を伴う押圧によって、単に押圧する場合と比較して、接触子のクロム層への到達をより確実なものとすることが可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１  荷電粒子光学系
２  ホトマスク
３  試料台
４  試料室
５  ステージ
６  予備排気室
７，８  ゲートバルブ
９  試料搬送機構
１０  搬送ロボット
１１  真空排気装置
１４  ベース
１５  Ｘ基準ベアリング
１６  Ｙ基準ベアリング
１７  支持台
１８  Ｘクランプ機構
１９  Ｙクランプ機構
２０  接触子
２１  ベアリング
２２  ばね
２３  アーム
２４  駆動機構
２５  排気ポート
【図１】
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【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】
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