(57)【要約】【課題】試料を負電位に帯電させて観察を行った場合においてもスループットの向上を図ることができる走査形電子顕微鏡を提供する。【解決手段】試料ステージ１０、試料搬送アーム１及び搬送レール７を所定の抵抗値を有する抵抗Ａ，Ｒ，ｒを介して接地する。【選択図】  図１
2004259479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ステージと、前記試料ステージ上に載置された試料を負電位に印加する手段と、前記試料ステージ上に載置された試料を搬出する搬送機構とを備える走査形電子顕微鏡において、
前記搬送機構は、試料の搬送中に、試料に帯電した電荷を除電する手段を有することを特徴とする走査形電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１記載の走査形電子顕微鏡において、前記搬送機構は搬送アームを備え、前記搬送アームは当該アームが試料に接近しても試料との間に放電を生じない大きさの抵抗を介して接地されていることを特徴とする走査形電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１記載の走査形電子顕微鏡において、前記搬送機構は搬送アーム及び搬送レールを備え、前記搬送レールは前記搬送アームに保持された試料が当該搬送レールに接近しても試料との間に放電を生じない大きさの抵抗を介して接地されていることを特徴とする走査形電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項２又は３記載の走査形電子顕微鏡において、前記抵抗の抵抗値は１０６〜１０９Ωであることを特徴とする走査形電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、走査形電子顕微鏡に関し、特に走査形電子顕微鏡の試料搬送系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査形電子顕微鏡は、細く収束した電子ビームを試料上で二次元走査し、試料から発生する二次電子などの信号を検出、増幅し、この信号を輝度変調信号として、陰極線管などの上に拡大された試料像を表示する装置である。
【０００３】
走査形電子顕微鏡において、表面が電気的絶縁物によって絶縁された微細構造やパターンを有する試料（例えば半導体デバイス試料）に電子ビームを照射し観察を行う場合、試料に負電位を印加し、接地電位にある対物レンズと試料との間に減速電界を発生させることにより、分解能とチャージアップの防止を両立させた手法が用いられている。この技術では試料へ負電位を印加しているため、試料交換時に試料と他の部材との間に放電が生じて試料中の半導体素子を破壊する可能性があった。この問題を解決するために、特許文献１では、試料の装着・交換時の準備動作に連動して試料への負電位の印加を自動的に制御している。具体的には、制御系からの指令により試料への負電位の印加を断ち切ると同時に放電抵抗を介して速やかに除電を行うようにしている。一方、走査形電子顕微鏡による半導体デバイス試料の観察では、試料を試料ホルダに取り付け、ステージに搬送し、電子ビームを照射して観察を行い、再び試料ホルダから取り外すまでの一連の工程にかかる時間（スループット）を向上させることが重要な課題となっている。特許文献１では、スループットを向上させるために、制御系による負電位印加のＯＦＦ指令と同時に試料室内を仕切っているバルブをＯＰＥＮし、搬送アームが試料を載せた試料ホルダに接合して搬送を開始するように制御を行っている。
また、半導体ウェハの除電方法として、特許文献２には、半導体ウェハを所定値の抵抗を介して接地する方法が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１３９９８５号公報
【特許文献２】
特開平５−２４３３６４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、負電位の印加電圧を大きくする要求と同時に、スループットに対する要求も大きくなってきた。このため、負電位印加のＯＦＦと同時に搬送アームを試料を保持している試料ホルダに接合しようとすると、印加する負電位が大きくなったために試料の除電が十分に行なわれず、搬送アームと試料ホルダの間で短絡による放電が発生する可能性が出てきた。短絡による放電が発生すると、試料に以下に示すような不具合が生ずる可能性がある。
（１）半導体デバイス試料などの場合、素子が破壊される。
（２）塵埃が電気的に引き寄せられ、付着する。
（３）放電により発生する微粒子が半導体ウェハに付着し、汚染される
特許文献２では、半導体ウェハを所定値の抵抗を介して接地することで帯電したウェハの除電を行っているが、スループットの向上に対する配慮はない。
本発明は、試料を負電位に帯電させて観察を行った場合においてもスループットの向上を図ることができる走査形電子顕微鏡を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、試料に負電位を印加可能な試料ステージ及び自動搬送機構を備えた走査形電子顕微鏡において、スループットの向上及び放電による試料の素子破壊や塵埃、微粒子の付着による汚染等を防ぐために、試料ステージ、試料搬送アーム及び搬送レールを所定の抵抗あるいは抵抗値を有した材料を介して接地するようにした。
【０００７】
前記の除電方法によれば、負電位に帯電した試料を保持する試料ホルダに搬送アームが接触しても、放電を防ぐことができる。搬送機構による試料搬送中においても試料を除電することが可能である。これらにより、試料の観察・検査終了後ただちに搬送アームが試料ホルダに接触する動作を行ったとしても放電が発生することがなく、半導体素子の破壊や汚染物質の付着を防ぐことが可能となる。そのため、観察・検査終了後の試料をただちに搬送しても、試料の帯電によるトラブルを防ぐことができ、スループットを向上することができる。
【０００８】
すなわち、本発明による走査形電子顕微鏡は、試料ステージと、試料ステージ上に載置された試料を負電位に印加する手段と、試料ステージ上に載置された試料を搬出する搬送機構とを備える走査形電子顕微鏡において、搬送機構は、試料の搬送中に、試料に帯電した電荷を除電する手段を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様として、搬送機構は搬送アームを備え、搬送アームは当該アームが試料に接近しても試料との間に放電を生じない大きさの抵抗を介して接地されている。他の態様においては、搬送機構は搬送アーム及び搬送レールを備え、搬送レールは搬送アームに保持された試料が当該搬送レールに接近しても試料との間に放電を生じない大きさの抵抗を介して接地されている。搬送アームと接地間の抵抗あるいは搬送レールと接地間の抵抗の抵抗値は１０６〜１０９Ω程度とするのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明による走査形電子顕微鏡の試料搬送部の一例を示す概略平面図、図２はその側断面を示す概略図である。
【００１１】
この走査形電子顕微鏡は、走査形電子顕微鏡本体１１と、本体１１の試料室８内に接地された試料ステージ１０に対して試料の搬入・搬出を行う試料搬送機構２０を備えている。走査形電子顕微鏡本体１１は、電子銃から発生された電子線を細く絞って試料３上に走査して照射する電子光学系、電子線照射によって試料から発生した二次電子等の試料信号を検出する検出部、試料室８に配置された試料ステージ１０などを備える。試料ステージ１０上には、試料３を保持する試料ホルダ２が絶縁板９を介して着脱自在に載置されている。試料ステージ１０には、また、負電位印加用電極６が設けられている。負電位印加用電極６は、スイッチ４を介して直流電源１５に接続されるとともに、１０６〜１０９Ω程度の放電抵抗Ａを介して接地されている。試料室８は側面にバルブ５を有し、このバルブ５は、走査形電子顕微鏡による試料の観察・検査中は閉じられ、試料ステージ１０が組み込まれている試料室８を含む走査形電子顕微鏡の本体内部を高真空状態に保っている。
【００１２】
試料搬送機構２０は、試料搬送アーム１と搬送レール７を有し、試料搬入時には、試料ホルダ２に保持された試料を、試料搬送アーム１により試料室８内の試料ステージ１０上に搬入する。また、試料搬出時には、試料搬送アーム１を延ばして試料ステージ１０上の試料ホルダ２と接合することにより、検査・観察の終了した試料を試料ホルダごと試料室８の外に引き出し、試料ホルダ搬送レール７に載せて搬出する。ここで、試料搬送アーム１は絶縁材料１４の上に設置されると共に、抵抗Ｒを介して接地されている。搬送レール７も同様に抵抗ｒを介して接地されている。抵抗Ａ，Ｒ，ｒの抵抗値にはＡ≧Ｒ＞ｒの関係を持たせるのが望ましい。但し、抵抗Ｒ，ｒの抵抗値は、帯電した試料を保持する試料ホルダ２が接触したとしても放電が生じることがない程度に十分大きいことが必要である。
【００１３】
検査・観察中の試料ホルダ２にはスイッチ４をＯＮにすることにより、負電位印加用電極６を介して直流電源１５から負電位が印加され、試料ホルダ２を介して検査・観察試料３にも負電位が印加されている。試料ホルダ２と試料ステージ１０とは間に介在する絶縁板９によって絶縁されているが、放電抵抗Ａを介して電気的に接続されており、検査・観察の終了と同時にスイッチ４がＯＦＦとなると、負電位印加用電極６に接続されている放電用抵抗Ａ及び試料ステージ１０を介して試料３及び試料ホルダ２に帯電されている電荷の除電が開始される。
【００１４】
さらにスイッチ４のＯＦＦと同時に試料室８のバルブ５もＯＰＥＮして搬送アーム１が試料ホルダ２に接合し、試料ホルダ２の搬送を開始する。搬送アーム１が試料ホルダ２に接合する時点において、試料ホルダ２に保持された試料３に電荷が残留していたとしても、搬送アーム１は抵抗Ｒを介して接地されているために、搬送アーム１と試料ホルダ２の間に放電が発生することはない。さらに、搬送アーム１による試料ホルダ２の搬送中においても、抵抗Ｒを介して電荷の除電は継続して行われる。次に、搬送アーム１により搬送されている試料ホルダ２は試料ホルダ搬送レール７に載せられるが、この試料ホルダ搬送レール７も抵抗ｒを介して接地されているため、この時点において試料ホルダ２に保持されている試料３に電荷が残留していたとしても、試料ホルダ２と試料ホルダ搬送レール７との間に放電が発生することはない。
【００１５】
従来の装置では、試料ホルダ２に保持された試料の除電は負電位印加用電極６を抵抗Ａ及び試料ステージ１０を介して接地することのみで行っていた。このため、試料ホルダ２に保持された試料電荷が残留した状態において、搬送アーム１が試料ホルダ２に接合しようとすると、搬送アーム１と試料ホルダ２の間に放電が発生する可能性があった。しかし、これまでの説明で明らかなように本発明による走査形電子顕微鏡においては、搬送アーム１は抵抗Ｒを介して接地され、搬送レール７は抵抗ｒを介して接地されているため、この両者と試料ホルダ２の間で放電が発生することはない。さらに搬送アーム１及び搬送レール７は、試料ホルダ２の搬送中にも抵抗Ｒあるいは抵抗ｒを介して試料ホルダ２及び試料３の除電を行うことができる。
【００１６】
図３は、検査・観察後の試料の搬出手順を、本発明による走査形電子顕微鏡と従来の走査形電子顕微鏡とで比較して示したフローチャートである。
搬送アーム１及び搬送レール７と接地の間に抵抗を介さない従来の走査形電子顕微鏡では、試料ホルダ２の除電が終了する前に搬送アーム１が試料ホルダ２に接合しようとすると、放電が発生し、試料ホルダに保持されている試料にダメージを与える可能性があった。そのため、放電抵抗Ａを介して試料ホルダ２に保持された試料の除電を開始した後、除電が完了するまで待ち、除電が完了してから搬送アーム１による試料ホルダ２の搬送を開始する必要があった。
【００１７】
しかし、本発明の走査形電子顕微鏡では、試料の検査・観察の終了直後に、搬送アーム１が試料ホルダ２に接合しても、搬送アーム１は抵抗Ｒを介して接地されているので放電は発生しない。さらに搬送アーム１で試料ホルダ２を搬送している間においても、搬送アーム１と接地間に配置された抵抗Ｒを介して試料ホルダ２に保持されている試料３の除電を行うことが可能となる。このように本発明によると、放電抵抗Ａを介した試料３の除電が完了する前に搬送アーム１を試料ホルダ２に接合させて試料ホルダ２の搬送を行うことが可能になり、従来の手法に比べ試料交換の時間を減少させることができる。この結果として装置全体のスループットが向上する。また、試料の除電は搬送中においても行うことができる。
【００１８】
以上、本発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることはいうまでもない。例えば、搬送アーム１及び試料ホルダ搬送レール７を、帯電した試料３の放電が生じない程度の抵抗値を有する材料を介して接地することによってもよい。また、搬送機構の制御・駆動等を行なう電気的なユニットとの関係で、搬送アーム１を抵抗Ｒを介して接地することが不都合な場合、搬送アーム１のアーム部分を絶縁材料等で構成することにより、これを回避することができる。すなわち、搬送アーム１を絶縁材料で構成することで、搬送アーム１と試料ホルダ２及び搬送レール７との接合時における放電を防ぐことができる。この場合には、試料の除電は負電位印加電極６の放電抵抗Ａと搬送レール７の接地抵抗ｒによって行うことになる。
【００１９】
また、上記説明では、試料搬送機構は、試料３を試料ホルダ２に保持した状態で搬送するものとして説明した。しかし、試料搬送機構は、搬送アーム上に直接試料を保持して搬送しても構わないのであり、その場合においても同様の効果を奏することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によると、試料の交換時間を減少させることが可能となり、その結果として装置全体のスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による走査形電子顕微鏡の試料搬送部の一例を示す概略平面図。
【図２】図１の側断面を示す概略図。
【図３】従来方式と本発明方式による試料搬出手順を比較して示したフローチャート。
【符号の説明】
１…試料搬送アーム、２…試料ホルダ、３…試料、４…スイッチ、５…バルブ、６…負電位印加用電極、７…搬送レール、８…試料室、９…絶縁板、１０…試料ステージ、１１…走査形電子顕微鏡本体、１４…絶縁材料、１５…直流電源、２０…試料搬送機構
【図１】
2004259479.tif 000003
【図２】
2004259479.tif 000004
【図３】
2004259479.tif 000005