(57)【要約】【課題】原価のアップを抑えつつ、異なるサイズの試料を静電吸着可能とし、且つ試料エッジ部の電界を均一化させることで像質を向上させる装置を提供する。【解決手段】試料保持手段は静電チャックであることと、静電チャックの外周部には試料サイズの中で最大の寸法の試料を囲う基準平面部と、最大の試料サイズ以外の試料サイズを囲う開口部を有し、静電チャックに着脱可能なダミー試料を備え、試料サイズの切替え時に、ダミー試料を選択（使用しないことも含める）する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を移動させるステージと、
前記ステージ上に、設けられた試料保持手段とを備え、
前記試料保持手段は、
第１の試料サイズを有する第１の試料と、前記第１の試料サイズより大きな試料サイズを有する第２の試料との少なくても２種類の試料サイズが載置可能な静電チャックと、
前記静電チャックを搭載する開口部が設けられたトップテーブルと、を有し、
前記開口部の外周部には、前記静電チャック上に載置された前記第２の試料の外周部を囲むように配置された側壁と、該側壁上端に設けられた基準平面部を有し、
前記第１の試料を搭載する場合には、前記静電チャック上に着脱可能なダミー試料を搭載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において、
前記着脱可能なダミー試料は、前記静電チャック上の前記第１の試料の外周部と前記側壁との間に生じた空き領域に搭載され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、
前記静電チャックのサイズは、前記第１の試料サイズより大きく、前記第２の試料サイズより小さいことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記基準平面部の表面と前記第２の試料の表面のそれぞれの高さは、ほぼ同一であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
試料を移動させるステージと、
前記ステージ上に、設けられた試料保持手段とを備え、
前記試料保持手段は、
第１の試料サイズを有する第１の試料と、前記第１の試料サイズより大きな試料サイズを有する第２の試料との少なくても２種類の試料サイズが載置可能な静電チャックと、
前記静電チャックを搭載する開口部が設けられたトップテーブルと、を有し、
前記開口部の外周部には、前記静電チャック上に載置された前記第２の試料の外周部を囲むように配置された側壁と、該側壁上端に設けられた基準平面部を有し、
前記第１の試料を搭載する場合には、前記静電チャック上の前記第１の試料の外周部と前記側壁との間に生じた空き領域に着脱可能なダミー試料を搭載し、
前記着脱可能なダミー試料の内径は、前記第１の試料サイズの外径より大きく、前記着脱可能なダミー試料の外径は、前記静電チャックの外径より大きく、かつ前記開口部の外径より小さいことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記着脱可能なダミー試料の厚さは、前記第１の試料もしくは前記第２の試料の厚さとほぼ同一であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記着脱可能なダミー試料の材質は、前記第１の試料もしくは前記第２の試料と同じ材質であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項５において、
前記着脱可能なダミー試料は、帯電防止を目的としたアースに接触されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項５において、
前記着脱可能なダミー試料には、所定のパターンが形成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
試料を移動させるステージと、
前記ステージ上に、設けられた試料保持手段と、
前記ステージを囲むように設けられた試料室と、を備え、
前記試料保持手段は、
第１の試料サイズを有する第１の試料と、前記第１の試料サイズより大きな試料サイズを有する第２の試料との少なくても２種類の試料サイズが載置可能な静電チャックと、
前記静電チャックを搭載する開口部が設けられたトップテーブルと、を有し、
前記第１の試料を搭載する場合には、前記静電チャック上に着脱可能なダミー試料を搭載することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記着脱可能なダミー試料と前記第１の試料もしくは前記第２の試料が、各々個別に前記ステージから着脱可能な搬送機構を有していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記静電チャックの表面付近には、前記第１の試料の外周部と前記着脱可能なダミー試料との間に生じる間隙を延伸した領域を含むように溝部、あるいは非吸着部を設けていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項１０において、
前記第１の試料もしくは前記第２の試料試料と、前記着脱可能なダミー試料を、前記ステージ上で位置決めする位置決め手段を具備していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項１０において、
前記資料室に隣接して設けられ、少なくても１枚以上の着脱可能なダミー試料を収納可能なストッカーを有し、
処理する試料サイズ、材質に応じて着脱可能なダミー試料を選択可能な搬送手段を備えてい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、電子顕微鏡、イオンビーム加工／観察装置等の荷電粒子線装置に関する。
【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。半導体ウエハに代表される回路パターンが形成される試料において、品質管理、歩留まり向上を目的に様々な検査手段が用いられている。例えば、荷電粒子線を照射し回路パターンの寸法精度を測定する走査型電子顕微鏡（以下、測長ＳＥＭと呼ぶ）や、同じく荷電粒子線を照射し回路パターンの欠陥、或いは付着異物を評価する走査型電子顕微鏡（以下、レビューＳＥＭと呼ぶ）などが挙げられる。
【０００３】
ウエハに代表される試料の荷電粒子線を用いた観察において、試料エッジ周辺の電界分布が変化することから、上記周辺の観察像が歪む、或いはボケるなどの像質低下が発生していた。本現象の影響として、測長寸法値に誤差が生ずる、欠陥を誤検出する、或いは鮮明な像が取得できないなど様々な問題を引き起こしてしまう。この問題を解決する手段として、試料エッジ付近の試料保持手段に電圧を印加可能なリング状の導電要素を付加することで、エッジ周辺の電界を制御して均一にさせる方法が提案されている（特許文献１を参照）。また別の手段として、試料とほぼ同じ高さの試料位置決め部品により試料を囲むことで、従来あったエッジと試料保持手段の高さギャップを狭小化することで電界の分布を緩やかにする方法を提案されている（特許文献２を参照）。
【０００４】
試料保持の状態で、観察される像は大きく異なる。機械的な試料保持の例として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付け力によって保持する方法がある。本方式では、試料の押付け力を増加させる保持力は増加し、振動による試料のずれを低減できるが、一方で試料を歪ませてしまい、精度の良い観察が困難となる。また、ウエハは薄く、平面度も悪い為（単体の平行度は良い）、試料は凹型、又は凸型の形状で保持されやすい。このような状態では試料の移動に伴い大きく高さが変動する為（最大100μｍ程度）、電子光学系の焦点深度、或いは焦点可動距離を大きく設定しなければならいない。このことは電子レンズ設計の大きな制約となり、像質向上に繋がる分解能を挙げることが困難となる。そこで、試料保持手段に静電チャックを用いることで試料表面の平坦化と、保持力強化が同時に達成できる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３５１４９号公報
【特許文献２】特開２００４−７９５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
静電チャックは真空内の試料保持手段で非常に有効であるものの、一般にセラミックス製であり、製造コストが高い。従って、試料保持手段としてステージから着脱可能なホルダを試料サイズ毎に用意することは、原価の大幅アップに繋がる。また、静電チャックをステージに固定した場合、小さい試料サイズに切替えると、試料が吸着していない面が現れ、異物を吸着する可能性が高く、大きい試料サイズに切替えた時に異物を挟み、試料表面が歪む恐れがある。
【０００７】
他方、試料エッジの電界を均一化する従来の手段では、前述した手段はいずれも試料サイズ毎に異なるホルダを対象とした提案であり、ホルダと同じ数の静電チャックが必要となる。その結果、原価の大幅アップは避けられない。
【０００８】
本発明では、上記問題を解決するために考案されたものであり、原価のアップを抑えつつ、異なるサイズの試料を静電吸着可能とし、且つ試料エッジ部の電界を均一化させることで像質を向上させる装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
試料を移動させるステージと、ステージ上に具備され試料を保持する試料保持手段を備え、少なくても２種類の試料サイズを処理する荷電粒子線装置において、
前記試料保持手段は静電チャックであることと、静電チャックの外周部には前記試料サイズの中で最大の寸法の試料を囲う基準平面部と、最大の試料サイズ以外の試料サイズを囲う開口部を有し、前記静電チャックに着脱可能なダミー試料を備え、試料サイズの切替え時に、ダミー試料を選択（使用しないことも含める）する。
【００１０】
前記基準平面部の高さは最大の試料サイズの試料高さとほぼ同一であることが望ましい。
【００１１】
前記ダミー試料の厚さは、開口部の大きさに対応する試料厚さとほぼ同一であることが望ましい。
【００１２】
前記ダミー試料は試料の材質と同じであることが望ましい。
前記ダミー試料は帯電防止を目的としたアースが接触されていることが望ましい。
前記ダミー試料と前記試料は各々個別にステージから着脱可能な搬送機構を有していることが望ましい。
【００１３】
前記静電チャックには、最大試料サイズを除く試料サイズ付近に溝部、或いは非吸着部を設けていることが望ましい。
【００１４】
前記試料、及びダミー試料をステージ上で位置決めする位置決め手段を具備していることが望ましい。
【００１５】
また、少なくても１枚以上のダミー試料を収納可能なストッカーを有し、処理する試料サイズ、材質に応じてダミー試料を選択可能な搬送手段を備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、画像精度を確保しつつ、ステージ制定時間を短縮、或いは除去することで従来に比べて大幅なスループット向上が可能な装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を適用した荷電粒子線装置として走査電子顕微鏡を例として、図１ないし図３を参照しつつ説明する。
始めに図１に示す装置構成から説明する。
床に設置される架台６には、床振動を除振するマウント４が取付けられており、更にマウント５は試料室２を支持している。試料室２には電子線を生成、制御するカラム１と、試料を搬送する搬送ロボット３１が内包されるロードロック３が取付けられている。試料室は真空ポンプ５により常時真空排気されており、カラム１内も図示しない真空ポンプにより高真空度に保たれている。一方、ロードロック３には大気との隔離を行う大気側ゲートバルブ３３と、試料室２との隔離を行う真空側ゲートバルブ３２が取付けられている。
【００１８】
ここで、試料の搬送経路を簡単に説明する。
大気側ゲートバルブ３３をオープンし、搬送ロボット３１によって大気側から試料１０をロードロック３内に導入する。大気側ゲートバルブ３３をクローズし、ロードロック３内を図示しない真空ポンプにより真空排気して、真空度が試料室２内と同程度になったら、真空側ゲートバルブ３２をオープンし、試料室２に内包されるステージ２１上に試料１０を搬送ロボット３１により搬送する。試料１０が処理された後は、逆の流れで試料はロードロック３を通り、大気へと戻される。
試料１０はステージ２１に取付けられている静電チャック２４により静電吸着され、ステージ２１上に強力に保持される。また、ステージ２１上にはバーミラー２２が取付けられており、試料室２に取付けられている干渉計２３との相対的な距離変化をレーザ測長することで、ステージ上の試料位置を管理することが可能となる。ステージの位置情報は位置制御部７１で生成された後、ステージ駆動を行うステージ制御部７２に伝達される。ステージ制御部７２では現在の位置情報と目的座標との偏差が無くなるようにフィードバック制御を行っている。フィードバック制御には単純な位置フィードバックのみで行う制御や、ステージの速度情報、ステージ位置偏差の積分情報を加えて応答速度と位置決め精度を向上させるＰＩＤ制御などが考えられる。
【００１９】
一方、カラム１内の電子銃１１により発生した電子線１２は収束作用を有する電子レンズ１３、及び電子レンズ１６を通過し、偏向器１４によって所望の軌道に偏向させられた後に試料１０に照射される。電子線の照射により発生する反射電子、或いは２次電子は検出器１５によって検出され、偏向器１４の制御情報と共に画像制御部７３に伝達される。ここで偏向器の制御情報と得られた検出器からの情報を基に画像が生成されて、モニタ７４に画像として映し出される。
【００２０】
試料室２の上方には試料の高さ検出を行う光学式のＺセンサ２５が取付けられており、常時試料の高さをモニタ可能であり、得られた信号は位置制御部７１で位置変換された後、カラム制御部に伝達される。本情報によりカラム制御部では電子レンズの光学条件を変更し、試料の高さが変化してもフォーカスがずれないよう処理されている。
【００２１】
次に図２、及び図３を参照しつつ、試料保持状態の詳細について説明する。
図２には異なる試料サイズに対応した試料保持手段を示したもので、図３は図２のＡ−Ａは断面を示したものである。ここでは理解し易いよう、対応試料サイズをφ３００ｍｍウエハとφ２００ｍｍウエハの２種類と仮定して説明する。図２には２００ｍｍウエハ１０Ａが静電チャック上に吸着されていると共に、ダミー試料４０も同じく静電チャック２４上に吸着されている。ここで、基準平面部２６Ａ、２００ｍｍウエハ１０Ａ、及びダミー試料４０は等電位となるよう、電気経路が組まれていることを言及しておく。ダミー試料４０と２００ｍｍウエハ１０Ａには隙間Ｇ1が存在し、その大きさによって表面電位の分布状態が変化する。従って、出来るだけＧ1を小さく、また全周に渡り均一化することが望ましい。また、２００ｍｍウエハ１０Ａ、及びダミー試料４０を各々静電チャック２４から取外すことを目的として上下運動可能な試料アーム４１と、ダミーアーム４２が設けられており、図示しないアクチュエータに各々接続されている。これにより、２００ｍｍウエハを連続的に処理する場合には、ダミー試料を静電チャックに残したまま２００ｍｍウエハのみ搬送することが可能となる。
【００２２】
図４は、試料サイズをφ３００ｍｍウエハ１０Ｂに切替えた場合の状態を示している。ダミー試料４０を取外して、φ３００ｍｍウエハ１０Ｂを搭載すると、基準平面部２６Ａとφ３００ｍｍウエハ１０Ｂエッジ部にはギャップＧ２が生ずる。前述したφ２００ｍｍウエハと同様にＧ２を小さく、かつ全周を均一にすることで、より電位勾配が小さくなりウエハ周辺部においても良好な像質が取得可能となる。
【００２３】
ここで本発明では図５、及び図６に示すような位置決め手段を設けることで上記ギャップを管理することができる。ダミー試料４０にはノッチ用位置決め突起４０Ａと外周用位置決め突起４０Ｂ、それらとほぼ等角な位置にφ２００ｍｍウエハ用可動ピン４０Ｄの逃げ部が設けられている。これらの突起、及びφ２００ｍｍ用可動ピン４０Ｄからある程度の隙間（〜1ｍｍ程度）で搬送されるφ２００ｍｍウエハ１０Ａを静電チャック２４に載置した後、２００ｍ用可動ピン４０Ｄにより上記２つの突起に押付けることで位置決め精度が確保される。その後、静電吸着によりφ２００ｍｍウエハ１０Ａを完全に固定し、２００ｍｍ用可動ピン４０Ｄの押付けを解除する。無論、φ２００ｍｍ用可動ピン４０Ｄは解除されると静電チャック２４表面から完全に下に逃げることでφ３００ｍｍウエハ１０Ｂの載置に干渉することはなくなる。
【００２４】
以下にシーケンスをまとめる。
１）  ノッチ用位置決め突起４０Ａと外周用位置決め突起４０Ｂとある程度の隙間を保ちながらφ２００ｍｍウエハ１０Ａを静電チャック２４に載置する。
２）  φ２００ｍｍ用可動ピン４０Ｄを動作させ、上記２つの突起にφ２００ｍｍウエハ１０Ａを押付ける。
３）  静電吸着を行い、完全に固定する。
４）  φ２００ｍｍ用可動ピン４０Ｄを退避させる。
【００２５】
前述したノッチ用位置決め突起４０Ａ、外周用位置決め突起４０Ｂ、及び２００ｍ用可動ピン４０Ｄのφ２００ｍｍウエハ１０Ａとの接触部分は、異物発生しにくい材料、或いは表面処理が有効である。例えば耐磨耗性が高く、導電性に優れ、且つ真空内での放出ガスが小さい樹脂が有効である。
【００２６】
次に、ダミー試料４０の位置決めについてはφ３００ｍｍウエハの位置決め手段を利用している。そのため、ダミー試料４０にはウエハと同様に外周にはノッチ４０Ｃが形成されており、回転方向の基準点としている。トップテーブル２６にはノッチ基準ピン５０、及び外周基準ピン５１が取付けられており、φ３００ｍｍ用可動ピン５２によりダミー試料４０を位置決めしている。
【００２７】
ダミー試料４０（φ３００ｍｍウエハも同じ）の載置手順を以下に示す。
１）  ノッチ用基準ピン５０、外周用基準ピン５１とある程度の隙間を保ちながらダミー試料４０を静電チャック２４に載置する。
２）  φ３００ｍｍ用可動ピン５２を動作させ、２つの基準ピンにダミー試料４０を押付ける。
３）  静電吸着を行い、完全に固定する。
４）  φ３００ｍｍ用可動ピン５２を退避させる。
【００２８】
また、ダミー試料に一般的なパターン（例えばラインパターン、ドットパターン）を設けることで、様々な情報収集が可能となる。例えば、選んだ2箇所のパターン距離を時系列で測定することで、温度による熱膨張の様子が分かるので、この結果から逆に静電チャックの温度を算出することが可能となる。或いは、ダミー試料の搬送精度を、パターン観察、とその時のステージ位置情報を元に算出することも可能である。更には、試料を処理しつつも、真空の質によるパターンへの汚れ、異物の付着が長時間試験できる。また、あるパターンを標準パターンとして、寸法、或いは位置座標の基準にすることで、ステージの変形、ビームドリフト等の確認や校正にも活用可能となり非常に有効な手段と言える。
【００２９】
このように荷電粒子を照射して観察すると、ダミー試料表面はチャージして、像がボケる、或いは歪む現象が発生する。本対策の為に、ダミー試料４０の外周にはアース突起４０Ｅが設けられており、吸着動作を行うことでトップテーブル２６に取付けられているアース機構４３に接触し、電荷を逃す構造となっている。ここで、アースとは本来ダミー試料４０があるべき電圧レベルに接地することを意味しており、一概に０Ｖを示すものではない。アース機構４３の接触部形状は針状の突起や、ナイフ上のエッジ形状が考えられ、押しバネにより一定の力でダミー試料に押付けられる。本アース機構４３により、チャージし難い状態となり像質の良い観察が長時間可能となる。
【００３０】
これまで説明してきた静電チャックの表面は一様の状態を想定したものだったが、試料とダミー試料との僅かな隙間でも吸着力が発生している為、異物を引き寄せてしまう。この対策として本発明では図７及び図８に示す静電チャックを提案する。
【００３１】
図７に示す静電チャック２４のダミー試料４０とφ２００ｍｍウエハ１０Ａの隙間付近は、吸着面をマスク部材２４Ａにより覆い、吸着力を除去している。φ２００ｍｍウエハ１０Ａ、及びダミー試料４０を静電チャック２４に吸着した状態を示している。ここで、マスク部材２４Ａの幅はφ２００ｍｍウエハ１０Ａとダミー試料４０の隙間よりも大きくなるよう設計することで、異物の吸着を確実に除去することが可能となる。
【００３２】
一方、図８に示す静電チャック２４のダミー試料４０とφ２００ｍｍウエハ１０Ａの隙間付近は、溝部２４Ｂが形成されている為、仮に異物を吸着してもφ３００ｍｍウエハを吸着した場合でも、ウエハを変形させることはない。この溝部２４Ｂの幅もφ２００ｍｍウエハ１０Ａとダミー試料４０の隙間よりも大きくなるよう設計することで、異物の吸着を確実に除去することが可能となる。
【００３３】
次に、本発明の搬送機構について図９を参照しつつ説明する。
ロードロック３には真空ロボット３１が内包されており、試料１０及びダミー試料４０の搬送を行う。ロードロック３にはダミー試料４０を少なくても１枚以上収納可能なストッカー６０が取付けられており、試料サイズ毎、材質毎、或いは予備品のダミー試料を待機させることが可能となる。これにより、試料サイズの切替え、予備品への交換が迅速に実行できることから、装置の稼動率低下を抑えることが可能となる。
以上説明した内容において、試料サイズは、例として挙げたφ２００ｍｍウエハ、φ３００ｍｍウエハの他にも対応できることは言うまでもない。
【００３４】
以上述べてきたように本発明によれば、原価のアップを抑えつつ、異なるサイズの試料を静電吸着可能とし、且つ試料エッジ部の電界を均一化させることで像質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の装置全体を示す平面図。
【図２】φ２００ｍｍウエハを本発明に適用した場合のトップテーブル周辺の平面図。
【図３】φ２００ｍｍウエハを本発明に適用した場合のトップテーブル周辺のＡ−Ａ断面図。
【図４】φ３００ｍｍウエハを本発明に適用した場合のトップテーブル周辺のＡ−Ａ断面図。
【図５】試料及びダミー試料の位置決めを示す平面図。
【図６】試料及びダミー試料の位置決めを示すＢ−Ｂ断面図。
【図７】本発明の静電チャックを示す断面図。
【図８】本発明の静電チャックを示す断面図。
【図９】本発明の搬送系を示す説明図。
【符号の説明】
【００３６】
１…カラム、２…試料室、３…ロードロック、４…マウント、５…真空ポンプ、６…架台、１０…試料、１０Ａ…φ２００ｍｍウエハ、１０Ｂ…φ３００ｍｍウエハ、１１…電子銃、１２…電子線、１３…電子レンズ、１４…偏向器、１４Ａ…位置偏向器、１４Ｂ…走査偏向器、１５…検出器、１６…電子レンズ、１７…偏向制御部、２１…ステージ、２２…バーミラー、２３…干渉計、２４…静電チャック、２４Ａ…マスク部材、２４Ｂ…溝部、２５…Ｚセンサ、２６…トップテーブル、２６Ａ…基準平面部、２７…支柱、２８…可動テーブル、３１…搬送ロボット、３２…真空側ゲートバルブ、３３…大気側ゲートバルブ、４０…ダミー試料、４０Ａ…ノッチ用突起、４０Ｂ…外周用突起、４０Ｃ…ノッチ、４０Ｄ…φ２００ｍｍ用可動ピン、４０Ｅ…アース突起、４１…試料アーム、４２…ダミーアーム、４３…アース機構、５０…ノッチ用基準ピン、５１…外周用基準ピン、５２…φ３００ｍｍ用可動ピン、６０…ストッカー、６１…予備排気室、７０…カラム制御部、７１…位置制御部、７２…ステージ制御部、７３…画像制御部、７４…モニタ。
【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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【図８】
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【図９】
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