(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料交換室と該試料交換室を介して半導体ウエハの板状の試料を装着する試料ホルダを装填する試料室とを備えた荷電粒子ビーム装置において、前記試料ホルダには、静電チャック装置と、該静電チャック装置への受電端子手段と、試料の位置を規定するための基準部と、前記試料を前記基準部に押し当てて位置決めし、該位置を保持するための駆動部とを備え、前記試料交換室には、前記駆動部を駆動する手段を備え、前記試料室には、前記受電端子手段を介して前記静電チャック装置に電力を供給する手段を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記試料ホルダには、前記試料が前記駆動部によって駆動される方向に前記試料を乗せて倒れるようになした可倒型の試料リフト手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記可倒型の試料リフト手段は前記駆動部と連動するようになしたことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子ビームを用いた検査装置、加工装置あるいは描画装置等の装置の使用に際して、半導体ウェハ等の板状の試料を装着する試料ホルダ及び試料交換室（予備排気室）と試料室とを備えた荷電粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ウェハの径が大きくなり、かつパターンが微細化するに従い、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の荷電粒子ビームを用いたウェハ等の検査装置にとって、静電吸着力を利用した静電チャック装置は極めて有用になっている。即ち、パターンの微細化に対応すべく分解能を極限にまで高めたＳＥＭにおいては、その焦点深度が小さくなっているので、試料の表面は十分に平坦であることが要求される。しかし試料の厚さが薄くかつ径が大きい最近の半導体ウェハでは、試料を単に試料ステージに載置し固定しただけでは、試料の表面は十分に平坦にはならないからである。このようなとき、静電チャック装置を用いれば平坦化は容易となる。
【０００３】
また、試料を試料ホルダに装填した上で試料ホルダ側ごと装置に挿入する方式は、所定の形状以外の材料を試料とする場合には、試料ホルダだけを交換すればよく、応用範囲が広がり大変便利な方法である。しかしこの場合、当然静電チャック装置を試料ホルダ側に組み込む必要がある。
【０００４】
しかしながら、静電チャック装置にも弱点がある。即ち、静電によるダストの吸着と試料の離脱が困難な場合があることである。また、静電チャック装置を試料室に直接組み込むのではなく、試料ホルダ側に組み込むようにすれば、吸着してしまったダストのクリーニングや静電チャック装置の保守は容易になるものの、試料交換室から試料室に装着する際の静電チャック電源との接続をどうするかとか、真空の排気やベントを頻繁に行う試料交換室においてはダストが舞い上がり易く静電チャックの吸着に伴いダストが静電チャックに吸着される可能性が高い等の問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたものであり、静電チャック装置を試料ホルダ側に組み込みながら静電チャック電源との接続問題を回避し、更には静電によるダストの吸着を軽減し、試料の離脱も容易にすることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の荷電粒子ビーム装置は、試料交換室と該試料交換室を介して半導体ウエハの板状の試料を装着する試料ホルダを装填する試料室とを備えた荷電粒子ビーム装置において、前記試料ホルダには、静電チャック装置と、該静電チャック装置への受電端子手段と、試料の位置を規定するための基準部と、前記試料を前記基準部に押し当てて位置決めし、該位置を保持するための駆動部とを備え、前記試料交換室には、前記駆動部を駆動する手段を備え、前記試料室には、前記受電端子手段を介して前記静電チャック装置に電力を供給する手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の荷電粒子ビーム装置は、更に加えて、前記試料ホルダには前記試料が前記駆動部によって駆動される方向に前記試料を乗せて倒れるようになした可倒型の試料リフト手段を備え、前記可倒型の試料リフト手段は前記駆動部と連動するようになしたことを特徴とする。
【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詳細に説明する。
【００１１】
図１から図６は、本発明の試料ホルダおよび試料ホルダ機構の実施形態の一例を示している。図１は試料ホルダの平面図であり、図２は断面図である。図３は部分の詳細を説明するための図である。更に、図４は試料交換室（予備排気室）の構成と試料ホルダの関係と動作を説明するための図である。図５は試料室の構成と試料ホルダの関係と動作を説明するための図である。図６は試料室と試料交換室及び試料搬送装置との関係を説明するための図である。
【００１２】
図６において、１０は試料交換室（予備排気室）、２０は試料Ｗの検査、加工あるいは描画を行う試料室である。図６の他の構成については後述する。
【００１３】
図１および２の構成で、Ｗは半導体ウェハ試料、１は試料ホルダ、２は静電チャックであって、中央に孔の開いたドーナツ型のものである。３は試料Ｗを試料ホルダ１に装脱着する際、試料Ｗを支えるリフト（後述する）が試料ホルダ１および静電チャック２貫通するためのリフト貫通孔、４は試料Ｗの位置決めのための基準ピン、５は試料１の位置決め及び試料保持のための駆動ピン、６は静電チャック２に所望の電圧を印加するための接点、７は試料ホルダ１の基準面である。
【００１４】
駆動ピン５は、図３（ａ）に示すようなコの字型の板５ｂに取りつけられ、板５ｂは、図３（ａ）（ｂ）に示すようにばね５ｄで基準ピン４の方向に力が与えられ、更に、図３（ｂ）に示すように爪５ａを有している。更に、図１に示すように試料ホルダ１には貫通孔１ａが開けられ、駆動ピン５が試料ホルダ１の上面に飛び出ているようになっている。図１において８は可倒式の補助リフトである。補助リフト８は、図１の試料ホルダ１に開けられた貫通孔１ｂを貫通して試料ホルダ１の上面にその先端（図３（ｃ）と（ｄ）の頭部８ａ）が飛び出ているようになっている。補助リフト８は、図３（ｃ）に示すように８ｂを支点とし、ばね８ｃで、試料Ｗが駆動ピン５によって駆動される方向に試料Ｗを乗せて倒れるように力が与えられていて、頭部８ａは静電チャック２の上面よりも低くなっている。８ｄは補助リフト８の駆動材である。駆動材８ｄを矢印方向に駆動する（図示しないが、この駆動材８ｄは板５ｂと連結していて、図３（ｂ）の爪５ａが駆動されると同時に動く）と補助リフト８が立ち上がって頭部８ａが静電チャック２の上面よりも高くなるようになっている。図３（ｄ）は可倒式の補助リフトの変形例である。ただし、この場合は８ｄの駆動方向は図３（ｃ）とは逆となる。
【００１５】
更に、図４（ａ）において、１１は試料交換室１０内の試料ホルダ乗せ台、１２は試料ホルダ１を位置決めする位置決めピン、１３は試料ホルダ１を位置決めする際の駆動ピンであって、矢印の方向に駆動すると試料ホルダ１は位置決め・固定される。１４ａは、リフト貫通孔３を貫通して試料Ｗを上下させるリフトである。１４はリフト１４ａを上下に駆動するためのリフト駆動装置である。図４（ｂ）において、１５ａは爪５ａを駆動する駆動材、１５は駆動材１５ａと爪５ａを介して駆動ピン５を駆動するための駆動ピン駆動装置であって、駆動材１５ａを矢印方向に駆動すると、爪５ａを介して駆動ピン５が矢印方向に駆動され、試料Ｗの保持は開放される。駆動ピン駆動装置１５を駆動して駆動材１５ａを矢印の逆方向に駆動すると、ばね５ｄの働きで試料Ｗは基準ピン４に押し付けられる。
【００１６】
更に、図５において、２１は試料室内の試料ステージであって、試料Ｗを所望の位置に移動・駆動できる。２２は試料ホルダ１の位置決めピン、２３は試料ホルダ１の位置決め及び保持のための駆動ピンであって、矢印の方向に駆動すると試料ホルダ１は位置決め・固定される。２４は静電チャック２に所望の電圧を印加するための試料ステージ２１側の接点であって、試料ホルダ１が位置決め・固定されると接点５と接点る２４とが接続される。
【００１７】
図６において、５０はウェハ収納容器、５１はウェハ収納容器５０から検査装置の試料交換室（予備排気室）１０にウェハ試料１を搬送するための試料搬送装置、５２は試料交換室１０内と装置外とを真空的に遮断しかつ試料Ｗを出し入れするための仕切り弁、５３は同じく試料室２１と試料交換室１１との間の仕切り弁である。５４は試料Ｗの検査、加工あるいは描画を行うための荷電粒子ビーム光学系である。
【００１８】
このような構成の動作について次に説明する。
【００１９】
まず始めに、試料Ｗの装着の場合について説明する。試料室２０と試料交換室（予備排気室）１０との間の仕切り弁５３を閉にし、試料交換室１０内を図示しない真空ベント弁によって大気圧にし、更に、試料交換室１０と装置外との間の仕切り弁５２を開にする。このとき、試料ホルダ乗せ台１１に装着されている試料ホルダ１は、位置決めピン１２と駆動ピン１３によって決まる所定の位置にあり、更に、リフト１４ａは上方の位置（リフト１４ａの上面が、静電チャック２の上面および補助リフト８が立ち上がっているときの頭部８ａよりも高い位置）にあり、かつリフト１４ａ上に試料Ｗは無い状態である。
【００２０】
次いで、試料搬送装置５１によって、ウェハ収納容器５０からウェハ等の試料Ｗが取り出されてリフト１４ａ上に載置される。試料Ｗがリフト１４ａ上に載置されると、試料交換室１０と試料搬送装置５１との間の仕切り弁５２を閉にして真空的に切り離し、図示しない真空排気装置によって試料交換室１０内の大気は排気され、試料交換室１０内は真空となる。
【００２１】
試料Ｗを載置したリフト１４ａは、試料ホルダ乗せ台１１に設けられたリフト駆動装置１４によって、下方に下げられ、試料Ｗは補助リフト８の頭部８ａ上に載置される。更に、試料ホルダ乗せ台１１に設けられた駆動ピン駆動装置１５が駆動ピン５を駆動することによって、試料Ｗは基準ピン４に押し付けられるようにして、位置決めされ、かつ水平方向には動かないように保持されることになる。このとき、補助リフト８も連動して基準ピン４の方向に倒されて、補助リフト８の頭部８ａ上に乗った試料Ｗはスムーズに基準ピン４側に押し付けられ位置決めされる。
【００２２】
試料Ｗが位置決めされると、駆動ピン１３は図示しない駆動装置によって位置決めピン１２の逆の方向に駆動され、試料ホルダ１の固定は開放される。次いで、試料室２０と試料交換室１０との間の仕切り弁５３を開にして、図示しない試料ホルダ移動装置によって、試料ホルダ１は試料ホルダ乗せ台１１から試料ステージ２１へと移動・装填される。続いて、駆動ピン２３は図示しない駆動装置によって位置決めピン２２の方向に駆動されると、試料ホルダ１の基準面７が位置決めピン２２に押し付けられるようにして位置決めされる。そして試料ホルダ１が位置決め・固定されると、それに伴って試料ホルダ１に設けた接点６と試料ステージ２１に設けた接点２４とが接続され、静電チャック２に所望の電圧が印加されて、静電チャック２は吸着力を得て試料Ｗを静電チャック２面上に吸着する。
【００２３】
このようにした後、試料Ｗ上の所望の場所について、ウェハ検査装置であれば検査を行い、加工装置であれば加工を行い、描画装置であれば描画を行う。
【００２４】
次に、試料Ｗの脱着の場合について説明する。まず、試料交換室１０と装置外との間の仕切り弁５２を閉にし、試料交換室１０内を真空にした上で、試料交換室１０と試料室２０との間の仕切り弁５３を開にし、図示しない駆動装置を駆動して駆動ピン２３を位置決めピン２２の逆の方向に動かして緩めて、試料ホルダ１が脱着可能な状態にした上で、図示しない前記試料ホルダ移動装置によって、試料ホルダ１は試料ステージ２１から試料ホルダ乗せ台１１へと移動される。この操作に伴って、試料ホルダ１に設けた接点６と試料ステージ２１に設けた接点２４とが離れ、静電チャック２は吸着力を失う。次いで、駆動ピン１３の図示しない駆動装置を駆動して駆動ピン１３を位置決めピン１２の方向に駆動して、試料ホルダ１を位置決め・固定する。続いて、駆動装置１５が駆動ピン５を基準ピン４の逆の方向に駆動することによって、駆動ピン５は試料Ｗから離れ、かつ倒れていた補助リフト８が８ｄを介して立ち上がり、頭部８ａによって試料Ｗは確実に静電チャック２から離脱すると共に、試料Ｗは基準ピン４からも離れる。更に続いて、リフト１４ａが、リフト駆動装置１４によって、上方に上げられ、これと並行或いは前後して、試料室２０と試料交換室１０との間の仕切り弁５３を閉にする。
【００２５】
仕切り弁５２が閉になったら、図示しない前記真空ベント弁によって試料交換室１０を大気圧にした上で、試料交換室１０と装置外との間の仕切り弁５２を開にし、リフト１４ａ上に載置されている試料Ｗを、試料搬送装置５１によって取りだし、前記ウェハ収納容器５０または別のウェハ収納容器に収める。
【００２６】
本発明では、上記のように、試料ホルダ１に静電チャック２を組み込み、機械的な試料位置合わせと一時的な試料位置の保持のために、基準ピン４と駆動ピン５を設け、更に、試料ホルダ１側に接点６を、試料ステージ２１側に接点２４を設けて、静電チャック２への電圧の印加は、試料ホルダ１が試料ステージ２１に装着されたときのみ行うようにした。更に、試料Ｗの装着・脱着を容易かつ確実にするために可倒型の補助リフト８を設けた。
【００２７】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではない。例えば、前記実施の形態では、静電チャック２はドーナツ型としその中央にリフト１４ａを貫通させたが、ドーナツ型でない静電チャックを用いてリフトは静電チャックの周りに複数個設けてもよい。また、接点６および２４は静電チャック２への電圧印加用として説明したが、荷電粒子ビームの吸収電流測定用の端子や試料にバイアス電圧を掛けるための端子等の複数の接点を持たせてもよい。更に、試料ホルダ１の基準面７は下に開いたテーパ型とし、位置決めピン１２、２２、駆動ピン１３、２３等も上に開いたテーパ型とすると試料ホルダ１の固定がより確実にできる。同様に、駆動ピン５も上に開いたテーパ型としてもよい。
【００２８】
更に、前記実施の形態では、可倒型補助リフト８は、駆動ピン５と連動して動くと説明したが、それぞれ独立に駆動してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、機械的な試料位置合わせ機構を一時的な試料保持機構として利用することによって、静電チャック２への電圧の印加は試料室２０内でのみで行うことができ、最もダストの舞い上がりが起こり得る試料交換室１０内では印加しないようにしたので、静電チャック２へのダストの吸着が押さえられる。また、これによって、試料交換室１０から試料室２０への試料ホルダ１の移動の際の静電チャック２への電圧供給のための機構を不要にした。
【００３０】
更に、可倒型の補助リフト８を設けることによって、試料Ｗの位置合わせの際の静電チャック２の上面と試料Ｗ下面との摩擦による抵抗やダストの発生を防ぎ、更には静電チャック２からの試料Ｗの脱着を容易にした。この補助リフト８の採用によって、ばね５ｄは十分弱くでき、静電チャック２の吸着の際、無用な力が試料Ｗに掛からず、試料Ｗ面の平坦化がスムーズに得られる。更に、試料Ｗの脱着に際して、リフト１４ａで試料Ｗを上方に上げるとき、この補助リフト８の作用によって、試料Ｗの周縁部が基準ピン４から離されるので、ここでの摩擦による抵抗やダストの発生を防ぐことができる。
【００３１】
また、試料ホルダ方式を採用したので、試料の形状、厚さ、径等の異なる材料にも容易に対応可能となり、静電チャック装置のクリーニングや保守が容易になる。
【００３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる試料ホルダの一実施例を示す平面図である。
【図２】本発明にかかる試料ホルダの一実施例を示す断面図である。
【図３】本発明にかかる試料ホルダの細部を説明するための図である。
【図４】本発明にかかる試料ホルダの試料交換室（予備排気室）内における構成と動作を説明するための図である。
【図５】本発明にかかる試料ホルダの試料室内における構成と動作を説明するための図である。
【図６】試料搬送装置と試料交換室（予備排気室）と試料室との関係を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｗ…半導体ウェハ試料、１…試料ホルダ、２…静電チャック、３…リフト貫通孔、４…基準ピン、５…駆動ピン、６…接点、７…基準面、８…補助リフト（可倒リフト）、１０…試料交換室（予備排気室）、１１…試料ホルダ乗せ台、１２…位置決めピン、１３…駆動ピン、１４…リフト駆動装置、１４ａ…リフト、１５…駆動ピン駆動装置、２０…試料室、２１…試料ステージ、２２…位置決めピン、２３…駆動ピン、２４…接点、５０…ウェハ収納容器、５１…試料搬送装置、５２…仕切り弁、５３…仕切り弁、５４…荷電粒子ビーム光学系
【図１】
0004027580.tif 000002
【図２】
0004027580.tif 000003
【図３】
0004027580.tif 000004
【図４】
0004027580.tif 000005
【図５】
0004027580.tif 000006
【図６】
0004027580.tif 000007