(57)【要約】  【課題】  本発明は、静電チャックを備えた荷電粒子線装置において、試料から放出されるアウトガスの存在によらず、静電チャックや試料の帯電等を効果的に抑制することが可能な荷電粒子線装置の提供を目的とする。  【解決手段】  上記目的を達成するために、本発明によれば、試料室内空間を排気する排気管となる貫通口を、その試料吸着面に備えた静電チャック機構と、貫通口を通過する排気対象の圧力を計測する圧力計と、圧力計による計測結果が所定値以上、或いは所定値を超えている場合に、静電チャック機構への電圧の印加の停止、通常の印加電圧より低い印加電圧の印加、及び／又は当該電圧の印加の待機を行うように印加電圧を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置を提案する。【選択図】  図２
2015023782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームが照射される試料を、真空雰囲気内にて保持するための試料室を備えた荷電粒子線装置において、
前記試料室内空間を排気する排気管となる貫通口を、その試料吸着面に備えた静電チャック機構と、前記貫通口を通過する排気対象の圧力を計測する圧力計と、当該圧力計による計測結果が所定値以上、或いは所定値を超えている場合に、前記静電チャック機構への電圧の印加の停止、通常の印加電圧より低い印加電圧の印加、及び／又は当該電圧の印加の待機を行うように印加電圧を制御する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記貫通口は、真空排気のためのポンプにつながっていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記印加電圧は、静電吸着のための電極に印加される電圧、或いは前記荷電粒子ビームを減速するための電界を発生させるための電圧の少なくとも一方であ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、静電チャックを備えた荷電粒子線装置に係り、特に試料からのガス放出によらず、安定してビーム照射を行い得る荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の集積回路の高集積化の加速に伴い、半導体製造装置及び測定、検査装置の高精度化と処理能力の向上が求められている。特に半導体の測定や検査を行う装置においては、高集積化に伴う検査工程、検査箇所の増加に伴い、処理能力向上の要求が高くなっている。荷電粒子線装置の一種である走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）は、高集積化された半導体デバイスの測定や検査を行うのに好適な装置であり、試料台に載せられた半導体ウエハ等の試料に、電子ビームを走査することによって得られる信号を用いて、試料の測定、検査を行う装置である。
【０００３】
一方、ウエハ等の試料を保持する保持手段として静電チャックが知られている。特許文献１には、静電チャックの試料吸着面にガス抜き経路を設けることによって、被吸着基板が静電チャックに吸着されたときの残留空気等を除去する手法が説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−６６８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装置は、真空状態が維持された試料室に半導体ウエハ等を導入し、静電チャック等の試料ホルダ上に半導体ウエハを搭載した上で、ビーム照射にもとすく測定や検査を行う装置である。半導体ウエハ等の試料を高真空状態の雰囲気に設置されたステージに搬送し、静電チャックに搭載すると、試料の種類によっては裏面からガスが放出されるものがある。このアウトガスが静電チャック表面と試料裏面間に充満すると、この空間の圧力が上昇する。
【０００６】
走査電子顕微鏡には、試料、或いは試料ホルダに負電圧を印加することによって、電子ビームを試料直前で減速させることによる試料ダメージの抑制と高分解能化の両方を実現するリターディング法が採用されているものがあるが、静電チャック裏面と試料表面間にガスが充満した状態で、静電チャックへの電圧印加や、負電圧印加等を行ってしまうと、ガスの種類によっては電離し、静電チャックの表面が帯電してしまう可能性がある。
【０００７】
静電チャックが帯電すると、静電チャックに吸着している試料の電位が変化するため、電子ビームのフォーカス合わせに時間を要するなどして自動化率が低下する。また、試料が残留吸着することにより、特に試料を静電チャックから引きはがすのに時間を要するためスループットが低下する。さらに、帯電により試料とポールピース間等の電位の異なる部品間で放電が発生した場合や、試料が損傷していた場合などには、残留吸着との複合要因によって試料が破壊される可能性もある。
【０００８】
特許文献１に開示されているような真空排気口を、静電チャックに設けることによっても、ある程度はガス充満によって発生する上記現象の発生を抑制することができるが、大量の放出ガスが発生した場合、ガスの除去が十分にできず、電離等が発生してしまう可能性がある。
【０００９】
以下に、静電チャックを備えた荷電粒子線装置において、試料から放出されるアウトガスの存在によらず、静電チャックや試料の帯電等を効果的に抑制することを目的とする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】
【００１０】
上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームが照射される試料を、真空雰囲気内にて保持するための試料室を備えた荷電粒子線装置であって、前記試料室内空間を排気する排気管となる貫通口を、その試料吸着面に備えた静電チャック機構と、前記貫通口を通過する排気対象の圧力を計測する圧力計と、当該圧力計による計測結果が所定値以上、或いは所定値を超えている場合に、前記静電チャック機構への電圧の印加の停止、通常の印加電圧より低い印加電圧の印加、及び／又は当該電圧の印加の待機を行うように印加電圧を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成によれば、電離等が発生する可能性がある場合には、静電チャック機構への電圧印加を中断、或いは待機するため、電離等の発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】走査型電子顕微鏡装置の概略を示す図。
【図２】圧力計の出力に基づいて高電圧印加制御を行う工程を示すフローチャート。
【図３】圧力計を備えた静電チャックの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に説明する実施例は、試料を載置する試料台を備えた荷電粒子線装置に関するものである。本実施例では特に、静電チャック等の試料と試料台との間の密着度が高い試料台を備えた荷電粒子線装置について説明する。
【００１４】
後述する荷電粒子線装置は、試料ホルダとして静電チャックを備え、当該静電チャックにアウトガスを効率的に排出する機能と、帯電防止システムとを有している。
【００１５】
より具体的には、静電チャックの試料吸着面に貫通孔を設け、静電チャックと試料間に発生するアウトガスを、貫通孔を通じて排気する。アウトガスは貫通孔を通じて排気ポンプによって外部に排出される。この貫通孔による排気に加え、小型の圧力計によって真空圧力を監視する制御とし、帯電と帯電によるリスクを未然に防ぐ機能を提案する。
【００１６】
上記構成によれば、静電チャックのアウトガス排気機構によって、試料からのアウトガスを効率的に排出でき、且つ真空センサによる圧力変化をリアルタイムモニタすることによって、静電チャック及び試料の帯電を効果的に抑制することが可能となる。
【００１７】
図１は、走査電子顕微鏡の一例を示す図である。電子源１０１から引出電極１０２によって引き出され、図示しない加速電極によって加速された電子ビーム１０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ１０４によって、絞られた後に、走査偏向器１０５により、試料１０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビーム１０３は試料ステージ１０８に内蔵された電極に印加された負電圧により減速されると共に、対物レンズ１０６のレンズ作用によって集束されて真空試料室１０７内の試料１０９上に照射される。
【００１８】
電子ビーム１０３が試料１０９に照射されると、当該照射個所から二次電子、及び後方散乱電子のような電子１１０が放出される。放出された電子１１０は、試料に印加される負電圧に基づく加速作用によって、電子源方向に加速され、変換電極１１２に衝突し、二次電子１１１を生じさせる。変換電極１１２から放出された二次電子１１１は、検出器１１３によって捕捉され、捕捉された二次電子量によって、検出器１１３の出力が変化する。この出力に応じて図示しない表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器１０５への偏向信号と、検出器１１３の出力との同期をとることで、走査領域の画像を形成する。
【００１９】
走査偏向器１０５には、視野内の二次元的な走査を行う偏向信号に加え、視野を移動させるための偏向信号が重畳して供給されることがある。この偏向信号による偏向はイメージシフト偏向とも呼ばれ、試料ステージによる試料移動等を行うことなく、電子顕微鏡の視野位置の移動を可能とする。本実施例ではイメージシフト偏向と走査偏向を共通の偏向器によって行う例を示しているが、イメージシフト用の偏向器と走査用の偏向器を別に設けるようにしても良い。
【００２０】
なお、図１の例では試料から放出された電子を変換電極にて一端変換して検出する例について説明しているが、無論このような構成に限られることはなく、例えば加速された電子の軌道上に、電子倍像管や検出器の検出面を配置するような構成とすることも可能である。
【００２１】
制御装置１２０は、走査電子顕微鏡の各構成を制御すると共に、検出された電子に基づいて画像を形成する機能や、ラインプロファイルと呼ばれる検出電子の強度分布に基づいて、試料上に形成されたパターンのパターン幅を測定する機能を備えている。また、後述する静電チャックに設けられた圧力計１３０のモニタ結果に基づいて、試料１０９、或いは試料ステージ１０８への印加電圧を制御すると共に、走査電子顕微鏡を制御して、測定の実行や中断制御を行う。また、試料ステージ１０９は静電チャックであり、制御装置１２０は静電吸着を行うための印加電圧を制御する。
【００２２】
静電チャックは、大きくわけてクーロン方式のものとジョンソン・ラーベック方式の２種類が存在するが、本実施例ではいずれの方式でも適用することができる。また、前述のいずれの方式の静電チャックであっても電圧を印加するための電極が必要であるが、この電極が一つの単極型と二つの双極型にわけることができる。単極型では、試料の電位を固定するための手段が必要であり、例えばエッチング装置やＣＶＤ装置といったプラズマを利用する装置ではウエハの電位をプラズマで固定することができるが、走査電子顕微鏡装置ではプラズマが存在しないが例えばコンタクトピン等でウエハの電位を固定すれば同様に適用可能である。これら静電チャックには様々な種類が考えられるが、本実施例において重要なことは、試料が静電吸着されると試料と静電チャックの電極間に電位差が発生するため、試料裏面と静電チャック表面の間の空間（以下、ギャップ）に電界が発生するということである。
【００２３】
次に、この電界によってもたらされる影響について説明する。電子顕微鏡による測定、或いは検査対象である試料にはさまざまなプロセスを経たものが持ち込まれ、試料によっては裏面からガスを大量に放出するものも存在する。これが、静電吸着されるとギャップに放出ガスが充填され、圧力が上昇する。当然、このガスは試料の外周から徐々にリークはするもののコンダクタンスが小さいため圧力が下がるのに時間を要する。この状態で内部電極に電圧が印加され試料が静電吸着されると、ギャップに電界が発生する。通常であればこの電界で放電が発生することが無いように適宜静電チャックの設計がなされているものの、ガスの種類と放出量によっては、ガスが電離し静電チャックの表面に残留電荷を残す場合がある。この残留電荷が原因でうえは試料が静電吸着された状態を維持すると、電極に印加した電圧を切っても残留吸着するため、試料を搬送しようとしてリフトする場合にずれたり、破損してしまう可能性がある。
【００２４】
図３は、静電チャック機構を備えた試料ステージ１０８の拡大図である。図３に例示する静電チャック機構は、試料からの放出ガスが試料と静電チャックの吸着面との間のギャップに長時間滞在することを避ける目的で、静電チャックの吸着面につながる貫通孔が設けられている。図３に例示するような小径の貫通孔（例えばφ２程度）を各孔間の距離が概略同一となるように複数個所に設けた構成とする。これにより、静電チャックと試料間に発生するアウトガスが滞留することなく貫通孔を通じて短時間で静電チャック外に排気されるため、ギャップの圧力が低く維持され放電が抑止される。
【００２５】
貫通孔を通じて静電チャック外に排出されたアウトガスは、ターボ分子ポンプによって排出され、試料室内の高真空状態を維持する。したがって、このような構成とした静電チャックを備えた走査電子顕微鏡装置では試料が残留吸着することがないため、搬送の信頼性が高い装置を提供することが可能となる。
【００２６】
さらに、この貫通孔による排気に加え、小型の圧力計１３０を静電チャック付近に設置し、圧力計１３０によって、アウトガスによる圧力の変化を監視し印加電圧を制御する構成とすれば、極端にガス放出が大きな試料の場合であっても放電を抑止することができ、さらに装置の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２７】
図２は、走査電子顕微鏡の真空試料室への試料の搬入から搬出に至るまでの高電圧印加制御工程を示すフローチャートである。まず、真空試料室に図示しない搬送機構によって試料（ウエハ）が搬入される（ステップ２０１）。搬入された試料１０９は、静電チャック機構が設けられた試料ステージ１０８上に載置される。次に、圧力計１３０によって、試料１０９と試料ステージ１０８との間のギャップの圧力を計測する（ステップ２０２）。ウエハ裏面からガスが発生している場合、圧力が上昇（真空度が低下）するため圧力計の出力をモニタすれば、アウトガスの発生の有無をモニタすることができる。ここで制御装置１２０は、圧力計１３０のモニタ結果が所定の閾値を超えた（或いは所定値以上）と判断される場合には、貫通孔からの排気を継続し、モニタ結果が閾値以下（或いは所定値未満）となるまで、装置を待機させる。高電圧印加までの待機時間を設けることによって、アウトガスが存在する場合の放電等を抑制することが可能となる。
【００２８】
次に、圧力計１３０のモニタ結果が閾値以下と判断される場合に、制御装置１２０は静電吸着のための電圧を、試料ステージ１０８に印加する（ステップ２０３）。更に、リターディング電圧等の高電圧の印加を実行する（ステップ２０４）なお、図２ではモニタ結果が所定の閾値以下となった時点で、静電チャックによる吸着を行う例について説明しているが、例えば試料１０９が試料ステージ１０８に搭載された時点で、放電等の恐れのない弱い吸着力（弱い印加電圧）で試料１０９を吸着し、アウトガス量が所定値以下であることが確認された時点で、本来の吸着力（強い印加電圧）で試料１０９を吸着するようにしても良い。
【００２９】
以上のようにアウトガスがゼロ、或いは所定値以下となった後に、電子ビーム照射に基づく測定処理を実行する（ステップ２０５）。また測定実行時にもアウトガスの存在に基づく帯電等が生じると、電子ビームが帯電の影響を受け、測定精度に影響を与える可能性もあるため、測定処理実施中も圧力計１３０を用いた計測を実施し、アウトガスが認められた時点で静電チャックに印加する電圧を低下、或いは停止すると共に、リターディング電圧の印加を停止して、装置を待機させる（ステップ２０６）。その後は圧力モニタ（ステップ２０２）を継続して行い、モニタ結果が所定値以下となったとの判断に基づいて、高電圧印加（測定処理）を再開する（ステップ２０３、２０４）。
【００３０】
以上のような制御を測定処理が終了するまで実行し、測定が終了したと判断できる場合には、高電圧印加を停止（ステップ２０７）し、試料を搬出する（ステップ２０８）。
【００３１】
上述のようなフローに基づいて電圧の印加制御を行うことによって、アウトガスの存在によらず、高精度且つ高速に測定処理を実行することが可能となる。
【符号の説明】
【００３２】
１０１  電子源
１０２  引出電極
１０３  電子ビーム
１０４  コンデンサレンズ
１０５  走査偏向器
１０６  対物レンズ
１０７  真空試料室
１０８  試料ステージ
１０９  試料
１１０  放出された電子
１１１  二次電子
１１２  変換電極
１１３  検出器
１２０  制御装置
１３０  圧力計
【図１】
2015023782.tif 000003
【図２】
2015023782.tif 000004
【図３】
2015023782.tif 000005