(57)【要約】      （修正有）【課題】ウエハ裏面と静電吸着との接触面積を抑制すると共に、ウエハに反り等の変形があったとしても、ウエハの面方向の剛性を高い状態で維持できる静電吸着機構を提供する。【解決手段】ベース２と、当該ベースに支持される少なくとも３点の支持座５と、搭載される試料を静電吸着する静電吸着面６を備えた静電吸着機構１１において、前記静電吸着面は、板ばねによって支持され、当該板ばねは、前記試料の縁部に沿ったリング状に形成、或いはリング状に分割して配置され、前記ベースとの接続部と前記静電吸着面との接続部を結ぶ直線が、前記リングが形成する円の接線に対し、垂直となるように形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、当該ベースに支持される少なくとも３点の支持座と、搭載される試料を静電吸着する静電吸着面を備えた静電吸着機構において、前記静電吸着面は、板ばねによって支持され、当該板ばねは、前記試料の縁部に沿ったリング状に形成、或いはリング状に分割して配置され、前記ベースとの接続部と前記静電吸着面との接続部を結ぶ直線が、前記リングが形成する円の接線に対し、垂直となるように形成されていることを特徴とする静電吸着機構。
【請求項２】
請求項１において、前記静電吸着機構が、上記支持座が固定されたベースに水平方向の板バネを介して結合されることを特徴とする静電吸着機構。
【請求項３】
請求項１において、前記静電吸着面が、絶縁性の樹脂フィルムおよび該フィルムに固着された導電層より構成されることを特徴とする静電吸着機構。
【請求項４】
請求項１，２，３のいずれかにおいて、前記静電吸着面がリング状をなすことを特徴とする静電吸着機構。
【請求項５】
請求項１，２，３のいずれかにおいて、前記静電吸着面をウエハ外周部に複数配置したことを特徴とするウエハチャック機構。
【請求項６】
上記請求項１，２，３，４または５に記載の静電吸着機構を備えた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、静電吸着機構に係り、特に、静電チャック吸着を採用した荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線装置の１つである走査電子顕微鏡の測定，観察対象には、薄い円盤状の半導体ウエハがある。このウエハを走査電子顕微鏡の真空チャンバ内に設置された試料ステージ上に着実に固定するための技術として例えば特許文献１及び特許文献２に説明されているような静電チャック機構がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７４１０５号公報
【特許文献２】特開平６−１３２３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
静電チャック機構として、ウエハを一方の電極とし、静電チャック内部に設けた金属を他方の電極とするコンデンサのクーロン力を利用したもの等が知られている。このような電極間にて発生する静電吸着力が、ウエハを静電チャックの表面に押し付けるように作用する。
【０００５】
特許文献１に説明されている静電チャックは、真空中における半導体ウエハとステージとの熱伝導性を高めるために、弾性材料からなる薄型静電チャックが採用されている。また、特許文献２には、帯状の薄型静電チャックを用いて、ウエハを保持する例が説明されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示の技術では以下のような問題がある。特許文献１に説明されている薄型静電チャックは、ウエハ裏面の広範囲に亘って面接触するように構成されているので、ウエハ裏面からの異物発生の低減が困難であるという問題がある。また、ウエハとステージ間には所定のクリアランスが存在するため、静電吸着力によって静電チャック自身を持ち上げ、ウエハに接触させなければならない。即ち、特許文献１に説明されている静電チャックは、静電吸着力による十分な変形が可能な軟性材料である必要がある。このような軟性材料では、ウエハの横方向（ウエハの表面方向）へのウエハの移動抑止力を確保することが困難であるという問題がある。
【０００７】
特許文献１に説明されているように、ウエハ裏面の接触面積を大きくすることによって、上記抑止力を向上することも考えられるが、上述のように接触面の拡大は、異物発生のリスクを増大させるという問題がある。
【０００８】
特許文献２に開示された静電チャックも同様であり、ウエハとステージ間に所定のクリアランスが存在するという構造上、静電チャック自身を軟性材料で構成する必要があり、特許文献１に開示の技術と同等の問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、ウエハ裏面と静電吸着との接触面積を抑制すると共に、ウエハに反り等の変形があったとしても、ウエハの面方向の剛性を高い状態で維持できる静電吸着機構、及びそれを用いた荷電粒子線装置の提供にある。
【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静電吸着機構として、ベースと、当該ベースに支持される少なくとも３点の支持座と、搭載される試料を静電吸着する静電吸着面を備えた静電吸着機構において、前記静電吸着面は、板ばねによって支持され、当該板ばねは、前記試料の縁部に沿ったリング状に形成、或いはリング状に分割して配置され、前記ベースとの接続部と前記静電吸着面との接続部を結ぶ直線が、前記リングが形成する円の接線に対し、垂直となるように形成されていることを特徴とする静電吸着機構を提供する。
【００１１】
リング状に形成された静電吸着面は、試料との接触面積を抑制するだけではなく、横方向（試料表面方向）の剛性を高く維持することが可能となる。また、板ばねをリングの接線に対し垂直となるように配置することで、板ばねの剛性の強い方向を、試料の横方向の移動を規制するために用いることができるため、この点においても高い横方向の剛性を期待することができる。
【００１２】
また、板ばねは、試料の変形に沿って静電吸着面の姿勢を変えることができるため、試料の裏表面と静電チャックの吸着面をほぼ並行にすることが可能となり、限られた吸着面を有効に、試料に接触吸着させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、試料裏面に対する異物付着を抑制しつつ、高いウエハ面方向の剛性を維持可能な静電チャック機構、及びそれを備えた荷電粒子線装置の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
移動ステージにウエハを固定するためのチャック機構には、微細なパターンを安定に観察するために、ずれや振動などの無い固定性能が求められる。また、半導体素子は異物の付着が不良の原因となるため、チャック機構には同時に低異物性、すなわち微細な粉粒などの異物をウエハに付着させないことが要求される。
【００１５】
ウエハをチャックする方式には機械的な固定方式と、静電吸着力を利用する静電チャック方式がある。機械的なウエハ固定方法の場合、ウエハ側面にピンを押し当てるため、レジストや薄膜等の硬度の低い材料が側面に付着しているウエハの場合には、ピンが当る部分からの異物発生が低減困難であるという問題がある。特に近年は、半導体デバイスの収量向上の観点からウエハ周辺部の性能非保証領域、いわゆるエッジエクスクルージョンを低減することへの要求が強く、エッジ付近の領域への付着異物についても低減が要求されるため、ピンからの異物発生は大きな問題となりつつある。
【００１６】
静電チャック方式はウエハ裏面が静電吸着力によりチャック面にしっかり固定されるので、安定なウエハ保持が比較的容易に実現されるという特徴がある。しかし同時に、この方式ではウエハ裏面が硬い静電チャック面全面に強く押し当てられるため、ウエハ裏面からの異物発生が低減困難であるという問題がある。
【００１７】
裏面への異物付着を防止するため、上面が僅かに静電チャック面から突出貫通する複数のポストを設け、ウエハをチャック面に接触させずに支持する方法を開示している。
【００１８】
しかし、この方法では、吸着力によるウエハの撓みによってチャック面とウエハとの空隙が不安定となりやすく、しかもこの空隙変化により吸着力が影響を受けるので安定なウエハ支持が困難となりやすい問題がある。さらに、クーロン力より強力な吸着力を得ることのできるジェンセン・ラーベック力を利用するためにはウエハ裏面とチャック面の接触が必要なため、この構成では強い吸着力を利用できない、あるいは強い吸着力を発生するためには数キロボルト以上の高電圧を印加する必要が生じる、という問題がある。
【００１９】
以下に図面を交えて、本発明の一例である静電チャック、及びそれを用いた荷電粒子線装置を説明する。なお、本例においては、荷電粒子線の１種である走査電子顕微鏡を例にとって説明するが、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。
【００２０】
具体的には、電子顕微鏡の試料室内でウエハを保持するウエハチャック機構を、ベースに固定され、ウエハを下方から支持する３個以上の支持座と、吸着面がベースに対し上下方向に弾性的に可動に支持された、ウエハの外周部を吸着する静電吸着機構を備えた走査電子顕微鏡について説明する。
【００２１】
また、本発明の一形態ではこの静電吸着機構を、水平方向の板バネを介してベースに対し結合する例について説明する。
【００２２】
また、本発明の別の一形態では、静電吸着機構を絶縁性の樹脂フィルムおよび該フィルムに固着された導電層より構成する例について説明する。
【００２３】
さらに、本発明の一形態では、上記静電吸着機構の吸着面をリング状の形状とする例について説明する。
【００２４】
また、本発明の別の一形態では、静電吸着機構をウエハ外周部に複数配置する例について説明する。
【００２５】
また、これらの特徴を備えたウエハチャック機構を電子顕微鏡に搭載する例について説明する。
【００２６】
図１は第一の実施例であるウエハチャック機構を示す斜視図、図２は同実施例にウエハを装着した状態を示す斜視図、また図３は同実施例の断面を示す図である。本実施例であるウエハチャック機構は、電子顕微鏡の真空室に内蔵し、移動テーブルにウエハを固定する目的に用いるものである。移動テーブルに固定されるベース２上には、支持座５および静電吸着機構１１が配置されており、ウエハ１は７つの支持座５によって支持されると共に、静電吸着機構１１により吸着される。
【００２７】
即ちベースと、当該ベースに支持される少なくとも３点の支持座と、搭載される試料を静電吸着する静電吸着面を備えた静電吸着機構において、前記静電吸着面は、板ばねによって支持され、当該板ばねは、前記試料の縁部に沿ったリング状に形成されている。なおここでは、支持座が７つの例を説明するが、少なくとも３個以上あれば良い。
【００２８】
静電吸着機構１１は、ベース２上に固定された支持リング１２，リング状の板バネ１５、およびリング状の静電吸着面６より構成される。板バネ１５の内周部は支持リング１２に、また外周部は静電吸着面６に固定され、この構造によって静電吸着面６はベース２上に支持されている。換言すれば、板ばね１５とベース２の接続部と、板ばね１５と静電吸着面１６との接続部を結ぶ直線が、前記リングが形成する円の接線に対し、垂直となるように形成されている。
【００２９】
板バネ１５は厚みが薄いため上下方向への撓みを起こしやすく、その結果静電吸着面６は上下方向には弾性的に移動することが可能となっている。一方、板バネ１５の面内の引っ張り力に対する剛性は面外への撓みに対する剛性よりはるかに高いので、横方向に関しては静電吸着面６はベース２に対し高剛性に支持される。
【００３０】
電圧を印加することにより、静電吸着機構１１はウエハ１を吸着する。支持座５の上面と静電吸着面６は概ね同じ高さとしているので、平面状のウエハは吸着により支持座５とも接触し安定に支持される。
【００３１】
ただし、半導体製造プロセスを経てきたウエハは最大で数百マイクロメートル程度の反りを生じている場合がある。中央部が上方向に凸になったウエハの場合、もし静電吸着面６が高剛性にベースに固定されていると、支持座５に当たらないケースが生じ得る。ウエハは薄板状であるので、周辺のみが支持された状態では中央部が上下に振動する、いわゆるベンド振動を起こしやすく高分解能の観察においては像障害の原因となる。
【００３２】
しかし、本発明においては上述のように静電吸着面６を上下方向に弾性的に可動に支持しているため、図３（ｂ）に示すように上方向に凸になったウエハ１が吸着された場合、ウエハ重量によって板バネ１５が変形し、支持座５と接触するので振動等をひき起こすことが無い。
【００３３】
一方、ステージの移動による加速度や衝撃によりウエハ１に横方向の慣性力が加わる場合を考えると、ウエハ１と支持座５は単にウエハ１の自重により接触しているだけなので、この部分だけの支持では横ずれを起こす可能性がある。通常、ウエハのＸＹ座標は直接測定することが困難なので、ウエハを固定しているステージのトップテーブルの座標をレーザ干渉測長法やリニアスケール等で測定してウエハ移動量を求めるが、ウエハ固定部に横ずれを生じると、測定される座標には実際のウエハ移動量に対し誤差が生じ、観測上の障害となってしまう。
【００３４】
しかし本実施例では、上述のようにウエハ１を吸着している静電吸着面６は板バネ１５により横方向には高剛性に拘束されているため、ウエハ１は高剛性に支持され、横ずれ等の発生が防止される。
【００３５】
また、ピンにより側面を押さえないので、レジストや薄膜等の硬度の低い材料が側面に付着しているウエハの場合でも側面からの異物の発生を避けることができる。また、ウエハの大部分の面積を吸着する静電吸着方式と比較すると、静電吸着される面積が小さいため、吸着に伴うウエハ裏面への異物の付着を小さく押さえることができる。
【００３６】
図４は本発明の第二の実施例であるウエハチャック機構を示す斜視図、図５は同実施例の断面図である。本実施例では、ベース２上に固定された支持リング１２に、下面に導電層２１を固着した樹脂フィルム１６の外周が固定されており、樹脂フィルム１６の上面が静電吸着面６を成している。上記第一の実施例と同様に、電圧印加によりウエハ１は樹脂フィルム１６により吸着されると共に、７つの支持座５によって支持される。
【００３７】
図５（ｂ）に示すように、樹脂フィルム１６は厚みが薄いため上下方向への撓みを起こしやすく、その結果としてウエハ１の周辺部は上下方向には弾性的に可動に支持され、しかも横方向には高剛性に拘束されるので、中央部が上方向に凸になったウエハの場合にも上記第一の実施例と同様の効果が得られる。
【００３８】
さらに、静電吸着機構として導電層を備えた樹脂フィルムを用いることにより、硬い吸着板を用いた場合のような吸着面の擦れによる発塵を防ぐことができるため、一層の異物数の低減を図ることができる。
【００３９】
図６は本発明の第三の実施例であるウエハチャック機構を示す斜視図、図７は同実施例の静電吸着機構部分の拡大図である。
【００４０】
本実施例では、６つの静電吸着機構１１をウエハ外周に沿って配置している。静電吸着機構１１はベース２上に固定された支持ブロック１７と、板バネ１５および静電吸着面６から構成され、板バネ１５の両端はそれぞれ支持ブロック１７と静電吸着面６に固定されている。
【００４１】
本実施例の効果も上記第一の実施例と同様であるが、各々の静電吸着機構１１がそれぞれ独立に撓みを生じることができ、またウエハ半径方向の傾斜が自由であるため、第一の実施例と比較してより変形の大きなウエハにも対応が可能である。また、吸着面積をより小さくすることが可能なため、第一の実施例と比較してより異物発生数を低減可能である。
【００４２】
図８は本発明によるウエハチャック機構を備えた電子顕微鏡の例を示す図である。ウエハチャック機構は移動ステージ２上に固定されている。上述した本発明の効果によりウエハに付着する異物を低減することができ、半導体微細パターンの観察に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第一の実施例であるウエハチャック機構の斜視図。
【図２】図１に示す実施例にウエハを装着した状態を示す斜視図。
【図３】図１に示す実施例の断面図。
【図４】本発明の第二の実施例であるウエハチャック機構の斜視図。
【図５】図４に示す実施例の断面図。
【図６】第三の実施例であるウエハチャック機構の斜視図。
【図７】図６の静電吸着機構の構造を示す図。
【図８】ウエハチャック機構を備えた電子顕微鏡を示す断面図。
【符号の説明】
【００４４】
１  ウエハ
２  ベース
５  支持座
６  静電吸着面
１１  静電吸着機構
１２  支持リング
１５  板バネ
１６  樹脂フィルム
１７  支持ブロック
２１  導電層
２２  真空チャンバ
２４  ＸＹステージ
３１  電子ビームカラム
【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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