(57)【要約】【課題】大掛かりなクリーンルームを用いずに、球面半導体を、所定間隔の真空空間を隔てて非接触で保持できる粒状半導体の検査測定装置及び粒状半導体の検査測定方法を得る。【解決手段】粒状半導体３を、所定間隔の真空空間を隔てて非接触で保持する局所真空機構５を備えた粒状半導体の検査測定装置１００であって、この局所真空機構５を、ブロック体２２の表面に凹設され粒状半導体３の外面に対面する湾曲面１５と、ブロック体２２に穿設され湾曲面１５に開口する電子ビーム通路と、電子ビーム通路を中心とした円周方向で湾曲面１５に設けられた排気口１９と、電子ビーム通路を中心とした円周方向で排気口１９の外側に設けられた給気口２１とで構成した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状半導体を、所定間隔の真空空間を隔てて非接触で保持する局所真空機構を備えた粒状半導体の検査測定装置であって、
前記局所真空機構が、
ブロック体の表面に凹設され前記粒状半導体の外面に対面する湾曲面と、
前記ブロック体に穿設され該湾曲面に開口する電子ビーム通路と、
該電子ビーム通路を中心とした円周方向で前記湾曲面に設けられた排気口と、
前記電子ビーム通路を中心とした円周方向で該排気口の外側に設けられた給気口と
からなることを特徴とする粒状半導体の検査測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の粒状半導体の検査測定装置において、
前記電子ビーム通路と前記給気口との間に、複数の前記排気口が同心円状に設けられ、
該複数の排気口は中心側のものほど真空度が高いことを特徴とする粒状半導体の検査測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の粒状半導体の検査測定装置であって、
前記給気口は、給気流体の通過可能な多孔質物質で覆われていることを特徴とする粒状半導体の検査測定装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の粒状半導体の検査測定装置であって、
前記排気口から排気される排気流量と、前記給気口から噴射される給気流量とのそれぞれが可変可能であることを特徴とする粒状半導体の検査測定装置。
【請求項５】
真空空間を介して粒状半導体に照射した電子ビームの２次電子を取り込んで検査測定を行う粒状半導体の検査測定方法であって、
湾曲面の最深部に電子ビーム通路を開口させ、
該電子ビーム通路を中心とした円周方向で前記湾曲面に設けた排気口から排気を行うとともに、前記電子ビーム通路を中心とした円周方向で該排気口の外側に設けた給気口から流体を前記粒状半導体に向けて噴射することで、前記粒状半導体と前記湾曲面とを一定の間隙で保持し、かつ該間隙における前記電子ビーム通路と前記粒状半導体との間に、前記真空空間を形成することを特徴とする粒状半導体の検査測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒状半導体の検査測定装置及び粒状半導体の検査測定方法に関し、さらに詳しくは、粒状半導体を、所定間隔の真空空間を隔てて非接触で保持する技術に関し、特に、真空領域が必要な検査・測定ユニット（例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ））を用いた検査測定に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、シリコン製の粒状体（例えば球体）の表面に回路を形成して構成される粒状半導体（以下、「球面半導体」とも称す。）が開発されつつある。球面半導体は、球の表面積を有効に利用したものであり、大掛かりなクリーンルームを必要とせずに製造が可能となる画期的なものであるが、その製造方法、検査方法も従来にない新規な開発が求められている。
【０００３】
球面半導体は形状よりも、さらにユニークなのがその搬送方法である。クリーンルームは一切用いない代わりにクリーンパイプと呼ばれる管を、工場の中にはりめぐらして搬送を行う。そのクリーンパイプの中に無数のシリコンボールを流し、このシリコンボールを浮かせたままで全てのプロセスを行う。一度も人間の手を触れることなく最終製品になる構想を有している。このようなことから球面半導体の回路が微細化され、電子顕微鏡での観察が必要でも、クリーンパイプと呼ばれる管で搬送するユニークな搬送方法のために、球面半導体を非接触で保持することができず、従来の電子顕微鏡による真空中での観察ができない。
【０００４】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】
特開２０００−１２６５４号公報
【０００５】
上記特許文献１では、球状半導体や球状太陽電池などの球状部品を非接触状態で保持しつつ搬送したり各種処理したりすることができる非接触球状部品保持具が提案されている。
この非接触球状部品保持具は、球状部品を吸引する吸引開口と、この吸引開口の断面積より大きな断面積を有し、かつ、吸引された球状部品を非接触状態で保持する保持空間を有する保持部と、球状部品の吸引を低下又は停止することにより、保持部の保持空間に保持された球状部品を保持部から排出する保持解除部とを備えることで、球状部品の非接触状態での保持を可能としていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した非接触球状部品保持具は、球状部品の非接触状態での保持は可能とされるが、非接触状態で浮遊している球面半導体に対して、真空空間を接触させて形成することはできない。このため、球面半導体検査工程において、真空領域が必要な検査・測定ユニット（例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ））を用いた検査測定が行えない問題が生じた。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、大掛かりなクリーンルームを用いずに、球面半導体を、所定間隔の真空空間を隔てて非接触で保持できる粒状半導体の検査測定装置及び粒状半導体の検査測定方法を提供し、もって、真空領域が必要な検査・測定ユニットを用いた非接触での検査測定の実現を図ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載の粒状半導体の検査測定装置は、粒状半導体を、所定間隔の真空空間を隔てて非接触で保持する局所真空機構を備えた粒状半導体の検査測定装置であって、前記局所真空機構が、ブロック体の表面に凹設され前記粒状半導体の外面に対面する湾曲面と、前記ブロック体に穿設され該湾曲面に開口する電子ビーム通路と、該電子ビーム通路を中心とした円周方向で前記湾曲面に設けられた排気口と、前記電子ビーム通路を中心とした円周方向で該排気口の外側に設けられた給気口とからなることを特徴とする。
【０００８】
この粒状半導体の検査測定装置では、排気口からの排気による吸引力と、給気口からの流体噴射による斥力とを同時に粒状半導体に作用させることで、この粒状半導体が浮遊し、しかも、排気口に包囲された湾曲面最深部に開口する電子ビーム通路と粒状半導体との間隙が負圧状態に形成可能となる。これにより、粒状半導体が、所定間隔の真空空間を隔てて非接触で保持可能となる。
【０００９】
請求項２記載の粒状半導体の検査測定装置は、請求項１記載の粒状半導体の検査測定装置において、前記電子ビーム通路と前記給気口との間に、複数の前記排気口が同心円状に設けられ、該複数の排気口は中心側のものほど真空度が高いことを特徴とする。
【００１０】
この粒状半導体の検査測定装置では、排気口が同心円状に複数設けられ、中心側の排気口ほど真空度が高くなるようにしたので、排気口同士の間の差圧を累積させて、最外周側の排気口と最内周側の排気口との真空度の差（真空度勾配）を大きくすることができ、その結果、電子ビーム通路と粒状半導体との間に高真空が得られるようになる。
【００１１】
請求項３記載の粒状半導体の検査測定装置は、請求項１又は２記載の粒状半導体の検査測定装置であって、前記給気口は、給気流体の通過可能な多孔質物質で覆われていることを特徴とする。
【００１２】
この粒状半導体の検査測定装置では、給気口から噴射される給気流体が多孔質物質を通過することで、給気口の開口面全体から均一な給気流体が噴射可能となり、給気流体によって粒状半導体に作用する斥力が安定したものになる。
【００１３】
請求項４記載の粒状半導体の検査測定装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の粒状半導体の検査測定装置であって、前記排気口から排気される排気流量と、前記給気口から噴射される給気流量とのそれぞれが可変可能であることを特徴とする。
【００１４】
この粒状半導体の検査測定装置では、排気口から排気される排気流量と、給気口から噴射される給気流量とが可変されることで、非接触を維持する均衡状態は崩さない範囲で、一時的に、排気による吸引力と、給気による斥力とのバランスを変化させ、粒状半導体が回転可能となる。
【００１５】
請求項５記載の粒状半導体の検査測定方法は、真空空間を介して粒状半導体に照射した電子ビームの２次電子を取り込んで検査測定を行う粒状半導体の検査測定方法であって、湾曲面の最深部に電子ビーム通路を開口させ、該電子ビーム通路を中心とした円周方向で前記湾曲面に設けた排気口から排気を行うとともに、前記電子ビーム通路を中心とした円周方向で該排気口の外側に設けた給気口から流体を前記粒状半導体に向けて噴射することで、前記粒状半導体と前記湾曲面とを一定の間隙で保持し、かつ該間隙における前記電子ビーム通路と前記粒状半導体との間に、前記真空空間を形成することを特徴とする。
【００１６】
この粒状半導体の検査測定方法では、湾曲面に開口する電子ビーム通路を中心とした円周方向の排気口から排気が行われるとともに、排気口の外側に設けた円周方向の給気口から流体が粒状半導体に向けて噴射されることで、粒状半導体と湾曲面とが一定の間隙で保持され、かつこの間隙における電子ビーム通路と粒状半導体との間に、真空空間が形成される。したがって、浮遊する粒状半導体に対し、真空領域が必要な検査・測定ユニット（例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ））を用いた非接触での検査測定が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る粒状半導体の検査測定装置及び粒状半導体の検査測定方法の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る検査測定装置の要部を表す構成図、図２は図１に示した局所真空機構の拡大図である。
【００１８】
本実施の形態による粒状半導体の検査測定装置１００は、クリーンパイプ１と呼ばれる管によって搬送される球面半導体３を、局所真空技術を用いた局所真空機構５により、所定間隔の真空空間を隔てて非接触で保持し、測定・検査することを目的とする。なお、ここで、球面半導体３とは、例えば直径１ｍｍ程度の半導体単結晶シリコンの表面に集積回路を形成したものであり、１個の球面半導体のみならず、電気的に接続されてＬＳＩ機能を持つ複数個の球面半導体をも意味するものとする。
【００１９】
クリーンパイプ１は、搬送管７に嵌合されて搬送管７の内壁面に結合し内壁面から連続的に径が大きくなる曲面を形成した図示しないノズル曲面部と、このノズル曲面部との間にノズルの間隙を形成する環状間隙形成部材から構成された駆動手段を有し、駆動手段から搬送管７中に流体を流入させることによって、管壁近傍に螺旋流による緩衝層を形成して、球面半導体３を非接触状態とするとともに、管壁部と管中央部に圧力勾配を発生させ、搬送管７の中央部の圧力を相対的に負圧とすることによって、球面半導体３を搬送管７の壁面に非接触状態で搬送するものである。なお、このクリーンパイプ１についての詳細は、特願平９−２７２２９５（名称：粒状体の搬送装置及び搬送方法）などを参照されたい。
【００２０】
クリーンパイプ１は、隔離弁９を有し、その上流側に枝管１１が分岐されている。また、枝管１１には、隔離弁１３が設けられている。搬送される被検査対象となった球面半導体３は、後述する動作により、この枝管１１へと導かれる。
【００２１】
枝管１１の端末には局所真空機構５が接続されている。この局所真空機構５は、基本的に、湾曲面１５と、電子ビーム通路１７（図２参照）と、排気口１９と、給気口２１とを備えて成る。湾曲面１５は、ブロック体２２の表面に凹設され、球面半導体３の外面に所定の間隙を有して対面する曲率半径を有している。電子ビーム通路１７は、ブロック体２２に穿設され、湾曲面１５の最深部に、電子ビーム出射孔１７ａを開口させている。
【００２２】
ブロック体２２の上方には図示しない電子ビームコラムが接続される。電子ビームコラムは、例えば電子銃と、これより放出された電子ビームを収束するコンデンサ電子レンズと、電子ビーム変調手段と、中央にアパーチャを有する制限板と、偏向手段と、フォーカス調整手段と、対物電子レンズとを有する。電子ビーム変調手段は、例えば相対向する偏向電極板より成り、これら間に所要の電圧を印加することによって電子ビームを偏向して、制限板のアパーチャを透過させたり、制限板によって遮断することによってオン・オフ変調を行うようになされている。また、偏向手段は、これによって例えば電子ビームを、被電子ビーム照射体において往復微小移動させるいわゆるウォブリングさせるための偏向を行う。また、電子ビームコラムにはディテクタが設けられ、ディテクタは電子ビーム出射孔１７ａから出射された電子線によって発生した２次電子を検出する。本検査測定装置１００は、この検出値によって検査測定が行われる。
【００２３】
図２に示すように、排気口１９は、電子ビーム通路１７を中心とした円周方向で、湾曲面１５に設けられている。給気口２１は、電子ビーム通路１７を中心とした円周方向で、排気口１９の外側に設けられている。本実施の形態では、排気口１９及び給気口２１は、円周方向に連続して形成された吸引溝の形態で形成されている。
【００２４】
なお、排気口１９及び給気口２１は、この他、円周方向に所定間隔で開口させた複数の孔とし、それぞれの孔における排気又は給気を独立して行えるようにしてもよい。このような独立複数孔を備えることで、後述するように、球面半導体３を回転させる際に好都合となる。また、この場合、任意の孔の排気又は給気方向を所望の方向に向けることで、球面半導体３への回転力付与、及び回転規制をより効果的に作用させることができるようになる。
【００２５】
また、本実施の形態では、排気口１９は、電子ビーム通路１７と給気口２１との間に、複数のもの（第１の吸引溝１９ａ、第２の吸引溝１９ｂ）が同心円状に設けられている。そして、第１の吸引溝１９ａ、第２の吸引溝１９ｂは、中心側の第１の吸引溝１９ａが、第２の吸引溝１９ｂよりも真空度が高く設定されている。
【００２６】
また、給気口２１は、給気流体の通過可能な多孔質物質２３で覆われている。これにより、給気口２１から噴射される給気流体は、多孔質物質２３を通過することで、給気口２１の開口面全体から均一に噴射可能となり、給気流体によって球面半導体３に作用する後述する斥力が安定したものになる。
【００２７】
電子ビーム通路１７には電子ビーム通路排気管２５が接続され、電子ビーム通路排気管２５は図示しない電子ビーム通路用排気手段に接続されている。第１の吸引溝１９ａには排気管２７が接続され、排気管２７は図示しない第１吸引溝用排気手段に接続されている。第２の吸引溝１９ｂには排気管２９が接続され、排気管２９は図示しない第２吸引溝用排気手段に接続されている。
【００２８】
これらの排気手段には、高い真空度が得られる、例えばクライオポンプ、ターボ分子ポンプ、イオンスパッタポンプ等の例えば１×１０−８Ｐａの真空能力を有する排気手段を用いる。
【００２９】
さらに、給気口２１には給気管３１が接続され、給気管３１は図示しない給気手段に接続されている。給気管３１には、例えば５×１０５Ｐａ程度の圧縮気体が供給され、これが多孔質物質２３から噴出されるようになっている。この気体は、例えば窒素（Ｎ）もしくは不活性ガスで軽量原子のヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）を用いることが好ましい。このガスは、後述するように、差動排気動作により、電子ビーム通路１７に入り込むことはないが、不測の事態が生じて、この気体が電子ビーム通路１７に入り込んだ場合においても、電子銃の電子放出カソード材を劣化させることがないようにするため、これらの不活性ガスの用いられることが望ましい。
【００３０】
このように、電子ビーム通路１７、第１の吸引溝１９ａ、第２の吸引溝１９ｂ、給気口２１のそれぞれが独立した排気手段又は給気手段に接続されることで、排気口１９から排気される排気流量と、給気口２１から噴射される給気流量とのそれぞれが独立して可変可能となっている。なお、電子ビーム通路１７に近い第１の吸引溝１９ａには例えば１×１０−１Ｐａ程度の真空度が得られる真空ポンプを連結する。
【００３１】
また、クリーンパイプ１には、図１に示すように、枝管１１の近傍の上流側に検知センサーＡが設けられ、検知センサーＡは球面半導体３が枝管１１に到達することを検出する。また、枝管１１には、隔離弁１３を境にクリーンパイプ１側に検知センサーＣが設けられ、局所真空機構５側に検知センサーＢが設けられている。
【００３２】
次にこのように構成された検査測定装置１００を用いた球面半導体３の検査測定方法を説明する。
クリーンパイプ１を用いて搬送されてきた球面半導体３が、検知センサーＡで検知されると、隔離弁９が閉められ、隔離弁１３が開けられ、局所真空機構５を作動させ、球面半導体３を枝管１１に引き込む。
【００３３】
引き込んだ球面半導体３を検知センサーＢで検知したなら、隔離弁１３を閉めるとともに、隔離弁９を開け、局所真空機構５を作動させる。局所真空機構５が作動すると、第１の吸引溝１９ａ、第２の吸引溝１９ｂの負の圧力と、給気口２１の正の圧力の差動によって、球面半導体３と湾曲面１５とが非接触に保たれることになる。
【００３４】
すなわち、第１の吸引溝１９ａ、第２の吸引溝１９ｂからの排気による吸引力と、給気口２１からの流体噴射による斥力とを同時に球面半導体３に作用させることで、この球面半導体３を浮遊させ、しかも、第１の吸引溝１９ａ、第２の吸引溝１９ｂに包囲された湾曲面１５最深部に開口する電子ビーム通路１７と、球面半導体３との間隙が負圧状態に形成可能となる。つまり、この間隙に真空空間４１が形成される。
【００３５】
球面半導体３と湾曲面１５との間隙（ギャップ）は、第１の吸引溝１９ａ、第２の吸引溝１９ｂの負の圧力と、給気口２１の正の圧力を調整することで可変できる。このようにして、所定間隔の真空空間４１を隔てて非接触で保持された球面半導体３を非接触で観察した後、隔離弁１３を開けて、局所真空機構５の第１の吸引溝１９ａ、第２の吸引溝１９ｂからの排気のみを停止させ、球面半導体３を検知センサーＣで検知したなら、隔離弁１３を閉め、次いで、局所真空機構５の給気口２１からの給気作動を停止させる。
【００３６】
このような動作をさせることにより、クリーンパイプ１から球面半導体３を局所真空機構５に引き込み、真空領域が必要な電子ビーム４３や真空紫外線での検査・測定が可能となる。
【００３７】
このように、上記した検査測定装置１００によれば、排気口１９からの排気による吸引力と、給気口２１からの流体噴射による斥力とを同時に球面半導体３に作用させることで、この粒状半導体３が浮遊し、しかも、排気口１９に包囲された湾曲面１５最深部に開口する電子ビーム通路１７と球面半導体３との間隙が負圧状態に形成可能となる。これにより、球面半導体３が、所定間隔の真空空間４１を隔てて非接触で保持可能となる。
【００３８】
また、排気口１９が同心円状に複数設けられ、中心側の排気口１９（第１の吸引溝１９ａ）ほど真空度が高くなるようにしたので、排気口同士の間の差圧を累積させて、最外周側の排気口（第２の吸引溝１９ｂ）と最内周側の排気口（第１の吸引溝１９ａ）との真空度の差（真空度勾配）を大きくすることができ、その結果、電子ビーム通路１７と球面半導体３との間に高い真空空間４１が得られるようになる。
【００３９】
また、排気口１９から排気される排気流量と、給気口２１から噴射される給気流量とを可変可能としたので、非接触を維持する均衡状態は崩さない範囲で、一時的に、排気による吸引力と、給気による斥力とのバランスを変化させ、球面半導体３を回転させることができる。また、排気口１９が複数の場合は、排気流量と、給気流量のバランスを種々に変化させることが可能となる。すなわち、排気流量と給気流量とは一定の関係に保持する一方で、複数設けた排気口１９のうち、個々の排気口１９の排気流量を、総排気流量が変化しないようにして可変させることも可能となる。
【００４０】
そして、検査測定装置１００を用いた検査測定方法によれば、湾曲面１５に開口する電子ビーム通路１７を中心とした円周方向の排気口１９から排気が行われるとともに、排気口１９の外側に設けた円周方向の給気口２１から流体が球面半導体３に向けて噴射されることで、球面半導体３と湾曲面１５とが一定の間隙で保持され、かつこの間隙における電子ビーム通路１７と球面半導体３との間に、真空空間４１が形成される。したがって、浮遊する球面半導体３に対し、真空領域が必要な検査・測定ユニット（例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ））を用いた非接触での検査測定が可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る粒状半導体の検査測定装置によれば、湾曲面と、この湾曲面に開口する電子ビーム通路と、電子ビーム通路を中心とした円周方向の排気口と、この排気口の外側に設けた円周方向の給気口とで局所真空機構を構成したので、排気口からの排気による吸引力と、給気口からの流体噴射による斥力とを同時に粒状半導体に作用させて、この粒状半導体を浮遊させることができ、しかも、排気口に包囲された湾曲面最深部に開口する電子ビーム通路と粒状半導体との間隙を負圧状態にすることができる。この結果、粒状半導体を、所定間隔の真空空間を隔てて非接触で保持することができ、粒状半導体検査工程において、真空領域が必要な電子ビームによる検査・測定を、大掛かりな真空チャンバーを用いずにクリーンパイプ内で可能にすることができる。また、クリーンパイプ内で直接、粒状半導体を検査・測定できるので、タクトタイム短縮による検査・測定データの迅速なフィードバックを可能にすることができる。
【００４２】
本発明に係る粒状半導体の検査測定方法によれば、湾曲面に開口する電子ビーム通路を中心とした円周方向の排気口から排気を行うとともに、排気口の外側に設けた円周方向の給気口から流体を粒状半導体に向けて噴射することで、粒状半導体と湾曲面とを一定の間隙で保持し、かつこの間隙における電子ビーム通路と粒状半導体との間に、真空空間を形成するので、浮遊する粒状半導体に対し、真空領域が必要な検査・測定ユニットを用いて、非接触で検査測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る検査測定装置の要部を表す構成図である。
【図２】図１に示した局所真空機構の拡大図である。
【符号の説明】
３…球面半導体（粒状半導体）、５…局所真空機構、１５…湾曲面、１７…電子ビーム通路、１９…排気口、２１…給気口、２２…ブロック体、２３…多孔質物質、４１…真空空間、４３…電子ビーム、１００…粒状半導体の検査測定装置
【図１】
2004221386.tif 000003
【図２】
2004221386.tif 000004