(57)【要約】【課題】ウェハ裏面を清潔に保つとともに異物拡散を効果的に予防し、製品の歩留まりを向上させる荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】試料を位置決めする試料ステージに配置され、試料の電位を確定する目的で設けられた接触端子の周囲に異物除去手段を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2011090950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空状態で、試料ステージに載置された試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置において、
前記試料ステージに設けられた接触端子と、
前記試料ステージに設けられ、前記接触端子が前記試料に接触することにより発生する試料裏面の異物を除去する異物除去手段と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記異物除去手段は、前記接触端子の周囲に配置され、異物を吹き飛ばす気体導入手段及び試料室外へと排出させる真空排気手段を備えることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記気体導入手段及び真空排気手段は、互いの方向を向くように先端部が折り曲げられた管形状を有することを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記異物除去手段は、前記気体導入手段及び真空排気手段を、前記接触端子が前記試料に接触する前後に亘って駆動させることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記接触端子は、静電吸着力により前記試料を前記試料ステージへ固定する静電チャックとともに用いられ、試料の電位を確保するための接触端子であることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記気体導入手段及び真空排気手段は、前記試料ステージ又は前記静電チャックの少なくとも一方に固定されていることを特徴とする請求項５記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
前記異物除去手段は、前記接触端子と前記試料との間に配置され、異物を付着させる粘着性テープを備えることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置に関し、例えば試料ステージに載置された試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製品の集積度は益々向上し、その回路パターンの更なる高精細化が要求されてきている。この分野では、歩留まりを早期に向上させるために、製造工程中の半導体ウェハ（以下ウェハと略す）の検査・計測が益々重要になっている。製造工程におけるウェハの検査・計測装置としては、荷電粒子線を用いた装置が種々使用されている。例えば、回路パターンの幅の計測にはＣＤ−ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）が使用されており、配線形成後の欠陥位置検出にはＳＥＭ外観検査装置、欠陥分類にはレビューＳＥＭなどが使用されており、これらはすべて走査電子顕微鏡技術を基礎にした装置である。
【０００３】
また、回路パターンの高精細化に伴い、半導体製品の不良に繋がる異物の問題が増加しており、ウェハ表面異物だけでなく、ウェハ裏面異物の低減要求も益々厳しくなっている。一例としては160ナノメートル以上の大きさの異物を千個以下にする、という要求がある。異物は、欠けたウェハ片やレジスト片、装置の摺動部等から発生する金属や樹脂の欠片が主なものである。このような異物は、ウェハ表面に付着すると回路ショート等による動作不良の原因となり、ウェハ裏面に付着するとウェハの傾きによる回路パターンの変形等の原因となるため、結果として製品の歩留まりが低下する。
【０００４】
異物の発生の多くは、上述の検査・計測装置のステージへ試料を保持させる際に起こる。試料は、例えば、試料表面の外周に基準ピンを２点設け、対向する方向から可動ピンによる押付け力によって保持される。この方法では、ウェハ側面にピンが接触することで、異物が剥がれ落ち、ウェハ表面へ飛散する。更に、上記用途の荷電粒子線装置には高スループット化が求められるため、ウェハを位置決めする移動ステージの高速化が図られている。これに伴い、ウェハをより強固に固定する必要があり、押付け力を増加させた結果、異物が増加する傾向にある。
【０００５】
一方、静電チャック方式は、試料表面の外周にピンを設けず、ステージ上に静電力を発生させる機構を設け、静電吸着力によりチャック面に試料を固定する方法である。この方法では、より安定なウェハ保持が実現でき、ピン付近のウェハ表面異物も対策できる。ただし、静電チャックの表面には、試料が吸着されるチャック動作の際に微小な滑りを生じて粉粒が発生し、付着する問題が知られている。また、残留吸着や、ウェハの初期帯電による吸着力のバラつき等の問題から、例えばステージ上に設けた針状の端子（以下コンタクトピンと表記する）をウェハ裏面に接触させてウェハの電位をアース又は一定電位に確定させることが多く、この付近の異物発生も避けられない。このように、静電チャックの場合、ウェハ裏面に付着する異物が課題であり、様々な異物除去手法が発明されてきた。特許文献１は、複数枚の静電チャックをストックしておける交換室を設けて、試料室を大気開放せずに静電チャックを容易に交換できる技術について説明している。また、特許文献２は、粘着テープを試料の搬送経路に沿って搬送させ、その過程にある異物を吸着除去する例や静電チャック表面に気体を噴きつけて表面に付着した異物を吹き飛ばす技術について説明している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２２６５０９号広報
【特許文献２】特開２００６−２２９１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、静電チャック表面に発生する異物を鑑みて発明された上記技術は、いずれも一定期間毎にウェハの乗っていない状態で静電チャックのクリーニングを実施するものであり、ウェハ裏面に付着した異物を除去することができない。
【０００８】
また、コンタクトピンはウェハ裏面の酸化膜を突き破ってシリコン部分と接触させるため、この際に発生する異物は、より大きな異物（例えば2um以上）が発生し易い。それらが上述のチャック動作などで砕け、突発的に多数の異物がウェハ裏面に付着する危険があり、上記技術で十分な対策ができているとは言えない。
【０００９】
更に、多数のウェハを繰り返し処理するうちに、発生した異物がコンタクトピンを配置した開口部に堆積し、これらがピンの上下動や、試料室の大気開放、真空排気等をきっかけに舞い上がり、多数の異物がウェハ裏面に付着するという課題もある。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ウェハ裏面を清潔に保つとともに異物拡散を効果的に予防し、製品の歩留まりを向上させるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、ウェハ裏面の主な異物発生の根本原因となるコンタクトピン周辺の異物を除去する。
【００１２】
すなわち、本発明による荷電粒子線装置は、真空状態で、試料ステージに載置された試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置において、前記試料ステージに備えられ、試料の電位を確定するための接触端子と、前記試料ステージに備えられ、前記接触端子が前記試料に接触することにより発生する試料裏面の異物を除去する異物除去手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
この場合において、上記異物除去手段は、前記接触端子の周囲に配置され、異物を吹き飛ばす気体導入手段及び試料室外へと排出させる真空排気手段を備えてもよい。
【００１４】
または、上記異物除去手段は、前記接触端子と前記試料との間に配置され、異物を付着させる粘着性テープであってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ウェハ裏面を清潔に保つとともに異物拡散を効果的に予防し、製品の歩留まりを向上させる荷電粒子線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態による走査電子顕微鏡の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による試料ステージの上面図及び異物除去手段を説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による試料ステージの断面図を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による試料ステージの上面図及び異物除去手段を説明する図である。
【図５】本発明の第３の実施形態による試料ステージの上面図及び異物除去手段を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、試料ステージに載置された試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置に関するものである。ここでは、荷電粒子線装置の一種である走査電子顕微鏡を例に説明する。
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例にすぎず、本発明の技術的範囲を制限するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。
【００１９】
＜第1の実施形態＞
（走査型電子顕微鏡の構成および動作）
本発明の走査型電子顕微鏡の構成および動作について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る走査型電子顕微鏡の全体構成を表す図である。本発明の走査型電子顕微鏡は、カラム１０１、試料室１１４、ロードロック室１１５から構成される。試料室１１４は、床面に設置する架台１２７上に床振動を除去する除振用のマウント１２８を介して支持されており、上部には上記カラム１０１が、側部には上記ロードロック室１１５が取り付けられている。以下、図１を用いて、観察対象であるウェハ１１１を観察する基本動作を詳細に説明する。
【００２０】
はじめに、試料搬送について説明する。大気側ゲート１１８が開けられ、ウェハ１１１が装置外部の図示しないウェハ搬送装置からロードロック室１１５内に搬入されると、大気側ゲート１１８が閉じられ、真空ポンプ１２５によりロードロック室１１５が真空排気される。その後、試料室側ゲート１１６が開けられ、真空搬送ロボット１１７によりウェーハ１１１が試料室１１４内に搬入される。なお、試料室１１４内は、常に真空ポンプ１２６により真空排気されており、カラム１０１内も図示しない真空ポンプによって高真空度に保たれている。上記、真空排気、ウェハ搬送に係る各構成物は排気搬送制御部１２３によって制御されている。
【００２１】
次に、試料室内での動作について説明する。試料室１１４内に搬入されたウェハ１１１は、試料ステージ１１０上の静電チャック１１２に搭載される。試料ステージ１１０は、例えばボールねじとパルスモータを組み合わせた搬送手段や、リニアモータ又は超音波モータ等を組み合わせた搬送手段が用いられ、ステージ制御部１２１により制御される。試料ステージ１１０上にはバーミラー１２４が、試料室１１４には干渉計１１３が取り付けられており、バーミラー１２４と干渉計１１３との相対的な距離変化をレーザ測長することにより試料ステージ１１０の位置を計測する。相対的な距離変化は位置制御部１２０で処理され、試料ステージ１１０上に搭載保持されたウェハ１１１の位置が管理される。ここで、試料ステージ１１０の位置を検出するために、リニアスケール等の位置検出手段を用いても構わない。
【００２２】
次に、電子線による観察動作について説明する。カラム１０１内の電子銃１０２から電子線１０３が射出され、この電子線１０３は電子レンズ１０４および対物レンズ１０８によって集束される。さらに偏向コイル１０５、１０６により電子線１０３は所定の軌道に偏向され、ウェハ１１１に照射される。電子線１０３がウェハ１１１に照射されると反射電子および２次電子が発生し、検出器１０７によって検出される。検出器１０７で検出された反射電子および２次電子の検出信号は、偏向コイル１０５，１０６による電子線１０３の制御情報とともに画像制御部１２２に入力される。画像制御部１２２では前記情報を元に画像データを生成し、中央演算部１２９を介して、画像が表示装置１３０に表示される。中央演算部１２９は上記各構成ユニットを統括する役割を果たしており、オペレータは入力装置１３１を使って観察条件等を入力することで所望の観察を実行できる。なお、本実施形態における走査型電子顕微鏡には高さ検出センサ１０９が搭載されており、ウェハ１１１の詳細な高さを検出し、それを元にカラム制御部１１９にて電子線１０３の偏向量，収束率等を決定している。
【００２３】
（異物除去手段の構成および動作）
本実施形態の局所的なガス導入と真空排気による異物除去手段の構成の詳細を図２、図３を用いて説明する。本実施形態では、試料ステージ１１０にガス導入口及び真空排気口を設け、排気搬送制御部１２３にそれらを制御する機能を設けたことを特徴とする。
【００２４】
図２は、本実施形態の試料室１１４内に配置された静電チャック１１２の上面図、及び異物除去手段の概略図である。静電チャック１１２には、ウェハ検査・計測終了後にウェハ１１１を引き剥がすためのリフトピン２０２と、ウェハ電位を確定するためのコンタクトピン２０１と、それらを上下させるための開口部とが設けられている。試料ステージ１１０には、ガス導入および真空排気のための例えばシリコンゴム製のチューブ２０５、２０６が接続されている。異物除去機能のＯＮ／ＯＦＦは、排気搬送制御部１２３がリークバルブ２０３及び真空バルブ２０４を制御することで実現している。
【００２５】
図３は、試料ステージ１１０をＡで切断した断面図、及びコンタクトピン２０１近傍の拡大図である。コンタクトピン２０１の近傍には、ガス導入口３０１と真空排気口３０２とが設けられている。ガス導入口３０１はチューブ２０５に、真空排気口３０２はチューブ２０６に繋がっている。ガス導入口３０１及び真空排気口３０２は、先端部が折り曲げられている。また、ガス導入口３０１及び真空排気口３０２は、コンタクトピン２０１の抜差しの妨げとならないように、静電チャック１１２又は試料ステージ１１０の少なくとも一方に固定されていても良い。
【００２６】
はじめに、試料ステージ１１０へのウェハ搬入の流れについて説明する。試料ステージ１１０上のリフトピン２０２が上昇し、図示しないウェハ搬送ロボットによりリフトピン２０２上にウェハ１１１が置かれる。その後、リフトピン２０２が下降し、静電チャックの吸着面にウェハが搭載され、吸着固定される。その後、リークバルブ２０３及び真空バルブ２０４が開き、最後にコンタクトピンが上昇してウェハに接触し、搬入が完了する。試料ステージ１１０からの搬出は上記搬入動作の逆の動作となるので説明を省略する。
【００２７】
次に、異物除去手段の動作について説明する。コンタクトピン２０１の近傍に先端部を折り曲げたガス導入口３０１と真空排気口３０２を設けたことにより、真空中で局所的にガスの流れを発生させる。ガスの流れは、コンタクトピン２０１をウェハ１１１に抜差しする際に発生する異物を吹き飛ばし、試料室外へと排出する。本実施形態ではコンタクトピン２０１がウェハ１１１に接触している間、及びその前後の数秒は異物除去機能を作動させている。ただし、本動作による振動が観察の障害となる場合は、観察時は同機能を停止させてもよい。
【００２８】
本実施形態では導入ガスに不活性ガスである窒素を用いているが、試料を汚染しない他の不活性ガスを用いてもよい。更に、ガス導入口３０１、真空排気口３０２を１対設けた場合について記載したが、除去効果を向上させるために、複数のガス導入口３０１、真空排気口３０２を設けてもよい。
【００２９】
以上のように、本実施形態によれば、ウェハ裏面の主な異物発生の根本原因となるコンタクトピン周辺にガス導入口３０１と真空排気口３０２を設ける。
【００３０】
これにより、コンタクトピンの抜差しにより発生した異物を試料室外へ回収することができる。従来技術では、異物が剥がれ落ちて舞い上がり、試料表面や静電チャックに付着した後に、事後的にガスにより吹き飛ばすクリーニング作業を行っていた。これに対し、本実施形態では、予め、異物が発生するタイミングで発生源に対して局所的に異物除去対策をすることで、ウェハ裏面、表面または静電チャック等へ拡散するのを効果的に予防できる。また、ガスはウェハ裏面から局所的に発生させているので、試料室１１４の真空度への影響も少ない。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
第1の実施形態では試料ステージ１１０にガス導入及び真空排気を行うチューブ２０５、２０６を接続する構成について説明したが、本実施形態ではチューブ２０５、２０６を設けない構成について説明する。
【００３２】
図４は、試料ステージ１１０の上面図及び異物除去手段を説明する図である。本実施形態では、試料ステージ１１０へウェハ１１１を搭載する際の試料ステージ位置４０１が一意に決まることに着目し、その位置に試料ステージ１１０が移動した際に、対となるオス継手４０２、４０３とメス継手４０４、４０５とがそれぞれ結合する構成としている。ウェハ搭載位置４０１でのみ異物除去動作が可能であることを除き、異物除去の動作シーケンスに関しては第1の実施形態と同様である。
【００３３】
これにより、第１の実施形態の効果に加え、部品数を削減でき、試料ステージ１１０の駆動能力を向上させることが可能となる。
【００３４】
＜第３の実施形態＞
第1の実施形態では、局所的なガス導入及び真空排気による異物除去手段の構成について説明したが、本実施形態では、粘着性テープを用いた異物除去手段の構成について説明する。本実施形態の装置の全体構成については、図１とほぼ同様であるため、説明は省略する。
【００３５】
図５は、試料ステージ１１０をＡで切断した断面図、及びコンタクトピン２０１近傍の拡大図である。コンタクトピン２０１とウェハ１１１との間には粘着性テープ５０１が設けられている。また、粘着性テープ５０１がウェハに均一に貼り付くためのガイドローラ５０４、粘着性テープ５０１を格納する使用前ボビン５０２および使用後ボビン５０３が設けられている。
【００３６】
この構成により、コンタクトピン２０１は粘着性テープ５０１を突き破りウェハと接触するため、コンタクトピン２０１の抜差しにより発生する異物は粘着性テープ５０１に付着する。コンタクトピン２０１を抜いた後、使用前ボビン５０２、使用後ボビン５０３を回転させ、使用前の粘着性テープ５０１がウェハ１１１に接する位置まで移動させる。同時に異物の付着した粘着性テープ５０１は使用後ボビン５０３に巻き取られ、ウェハ裏面の異物除去が完了する。なお、説明を簡単にするために、使用前ボビン５０２、使用後ボビン５０３の位置関係を図５のように表記したが、装置の定期メンテナンス時には交換が必要であるため、ガイドローラ５０４を追加して容易に交換可能な位置に配置してもよい。
【００３７】
以上のように、本実施形態によれば、ウェハ１１１とウェハ裏面の主な異物発生の根本原因となるコンタクトピン２０１との間に粘着性テープ５０１を設ける。
【００３８】
これにより、コンタクトピンの抜差しにより発生した異物がウェハ裏面、表面または静電チャック等へ拡散するのを効果的に予防できる。また、ガスを用いずに異物除去できるため、試料室１１４の真空度への影響が無い。
【００３９】
＜まとめ＞
以上説明したように、本実施形態では、ウェハ裏面の異物除去手段として、ガス導入口及び真空排気口を設けたこと、または粘着性テープ５０１を設けたことを特徴とする。
【００４０】
この構成によりコンタクトピン２０１の抜差しにより発生した異物が除去され、コンタクトピンの抜差しにより発生した異物がウェハ裏面へ拡散するのを効果的に予防できる。
【００４１】
なお、上述の実施形態では、荷電粒子線装置の一種である走査電子顕微鏡を例に説明したが、これに限られることはなく、例えばイオンビーム装置、電子線描画装置等、他の荷電粒子線装置に適用が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０１  カラム
１０２  電子銃
１０３  電子線
１０４  電子レンズ
１０５、１０６  偏向コイル
１０７  検出器
１０８  対物レンズ
１０９  高さ検出センサ
１１０  試料ステージ
１１１  ウェハ
１１２  静電チャック
１１３  干渉計
１１４  試料室
１１５  ロードロック室
１１６  試料室側ゲート
１１７  真空搬送ロボット
１１８  大気側ゲート
１１９  カラム制御部
１２０  位置制御部
１２１  ステージ制御部
１２２  画像制御部
１２３  排気搬送制御部
１２４  バーミラー
１２５、１２６  真空ポンプ
１２７  架台
１２８  マウント
１２９  中央演算部
１３０  表示装置
１３１  入力装置
２０１  コンタクトピン
２０２  リフトピン
２０３  リークバルブ
２０４  真空バルブ
２０５、２０６  チューブ
３０１  ガス導入口
３０２  真空排気口
４０１  ウェハ搭載位置
４０２、４０３  オス継手
４０４、４０５  メス継手
５０１  粘着性テープ
５０２  使用前ボビン
５０３  使用後ボビン
５０４  ローラ
【図１】
2011090950.tif 000003
【図２】
2011090950.tif 000004
【図３】
2011090950.tif 000005
【図４】
2011090950.tif 000006
【図５】
2011090950.tif 000007