(57)【要約】【課題】本発明は、コンタクトピンとブースター電極との間の放電を抑制する荷電粒子線装置の提供を目的とする。【解決手段】上記目的を達成するために本発明では、ビームを加速するためのブースター電極を備えた荷電粒子線装置において、試料ステージの移動によって移動するコンタクトピンの移動軌跡２０９が、回避範囲２０１（ブースター電極とコンタクトピンが近接する領域）と重なる場合に、当該所定領域を回避する新たな移動軌道２０５を通過するように、駆動機構を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置を提案する。【選択図】図２
2016139530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを集束する対物レンズと、前記荷電粒子ビームが照射される試料を移動させる試料ステージと、当該試料ステージに設けられると共に、前記試料に接触する接触子と、前記荷電粒子線を加速させる電圧が印加される加速筒を備えた荷電粒子線装置において、
前記試料ステージを移動させる際に、当該試料ステージの移動によって移動する前記接触子の移動軌跡が、前記荷電粒子源側から見たときに、前記加速筒の試料側端部と重なる領域を含む所定領域を通過する場合に、前記接触子の移動軌跡が前記所定領域を回避するように、前記試料ステージを駆動する駆動機構を制御する制御装置を備えた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、
前記制御装置は、前記接触子の移動軌跡が、前記所定領域を通過しない場合には、当該接触子を直線的に移動するように、前記駆動機構を制御す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、
前記加速筒には、前記荷電粒子ビームを加速させるための電圧が印加される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、
前記接触子は、針状であり、その先端と前記試料が接触するように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを集束する対物レンズと、前記荷電粒子ビームが照射される試料を移動させる試料ステージと、当該試料ステージに設けられると共に、前記試料に接触する接触子と、前記荷電粒子線を加速させる電圧が印加される加速筒を備えた荷電粒子線装置において、
前記接触子の移動開始点と移動終了点を結ぶ直線と、前記荷電粒子源側から見たときに、前記加速筒の試料側端部と重なる領域を含む所定領域とが重なる場合に、前記所定領域を回避する移動軌道で前記接触子を移動させるように、前記試料ステージを駆動する駆動機構を制御する制御装置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、試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子線装置に係り、特に、試料に接触するコンタクトピンを備えた荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体市場では、半導体デバイス等の高集積化や微細化が進み、これら試料の観察、測定、検査を行う荷電粒子線装置の性能改善が求められている。例えば、荷電粒子線装置の一態様である走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）には、高い分解能や測定再現性が要求されている。
【０００３】
ＳＥＭは、電子線を試料に照射し、試料表面の原子を励起して放出されるエネルギーの低い二次電子を発生させる。半導体の回路パターンのように凹凸を持った試料のエッジ部分に電子線が照射されると、エッジ効果によって発生する二次電子量が増大し、凹凸に依存するコントラストを持った像が形成される。
【０００４】
半導体検査装置では、試料に照射する電子ビームの高電圧化により、試料がより帯電しやすくなってきている。そこでコンタクトピンを刺すことで試料との導通をとり、帯電除去を行う。コンタクトピンは試料を保持するための静電チャックに搭載する。
【０００５】
特許文献１には、コンタクトピンを備えた荷電粒子線装置が開示されており、更に、高い分解能を得るために、対物レンズを通過する電子を加速させるブースター電極が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２７２５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
対物レンズを通過する際の電子ビームのエネルギーが高い程、電子顕微鏡の分解能は高くなるため、ブースター電極には高い電圧が印加される。一方で、高電圧が印加されると、近隣に存在する導電性部材との間で放電が発生する可能性が増大する。特にコンタクトピンは、ステージ移動に伴って移動する部材であるため、コンタクトピンがブースター電極に近づくと、その分、放電可能性が増大する。特許文献１には、ブースター電極とコンタクトピンとの間に発生する可能性のある放電を抑制する手法等についての開示がない。また、放電可能性を抑制するために、コンタクトピンが近づいたときに、ブースター電極に印加する電圧を低下させる、或いはゼロにすることが考えられるが、一度電圧を落としてしまうと、同じ電圧まで復旧し、電圧が安定するまでに相応の時間を要し、測定、検査装置としてのスループットを低下させてしまう。
【０００８】
以下に、高いスループットを維持しつつ、コンタクトピンとブースター電極のような高電圧が印加される部材と、当該部材に対し大きな電位差を持つ他の部材との間の放電可能性を抑制することを目的とする荷電粒子線装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための一態様として、以下に荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを集束する対物レンズと、前記荷電粒子ビームが照射される試料を移動させる試料ステージと、当該試料ステージに設けられると共に、前記試料に接触する接触子と、前記荷電粒子線を加速させる電圧が印加される加速筒を備えた荷電粒子線装置であって、前記試料ステージを移動させる際に、当該試料ステージの移動によって移動する前記接触子の移動軌跡が、荷電粒子源側から見たときに、前記加速筒の試料側端部と重なる領域を含む所定領域を通過する場合に、前記接触子の移動軌跡が前記所定領域を回避するように、前記試料ステージを駆動する駆動機構を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によれば、高いスループットを維持しつつ、コンタクトピンとブースター電極のような高電圧が印加される部材と、当該部材に対す手大きな電位差を持つ他の部材との間の放電可能性を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】荷電粒子線装置の概略構成図。
【図２】コンタクトピンの移動軌道と回避範囲が重なる場合に、回避軌道を生成する例を示す図。
【図３】回避軌道生成工程を示すフローチャート。
【図４】２つの回避軌道を生成する例を示す図。
【図５】曲線の回避軌道を生成する例を示す図。
【図６】コンタクトピンを備えた静電チャック機構の一例を示す図。
【図７】ブースター電極を備えた荷電粒子線装置の一例を示す図。
【図８】ブースター電極と回避領域の位置関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に説明する実施例は、ＳＥＭのような荷電粒子線装置に係り、特に対物レンズ内で荷電粒子ビームを加速させる加速筒（例えばブースター電極）、或いは荷電粒子ビームを加速させる加速電極直下から対物レンズに至るまでの間、荷電粒子ビームを加速する加速筒を備えた荷電粒子線装置に関するものである。図７は対物レンズ内で荷電粒子ビーム（電子ビーム）を加速させるブースター電極の一例を示す図である。図示しない電子源から放出された電子ビームは、対物レンズ７０１によって集束され、静電チャック１０７上に配置された試料１０８に照射される。対物レンズ７０１内部には、ブースター電極７０２が配置されている。ブースター電極７０２には例えば、正電圧印加電源７０２によって、数ｋＶ程度の正の高電圧が印加されている。よって、接地電位が維持されている部材や、負電圧が印加されている部材との間に、大きな電位差が形成されることになる。
【００１３】
なお、図７の例では、対物レンズ７０１の光軸側にブースター電極７０２を配置する例について説明したが、対物レンズ７０１を上磁極と下磁極に分割し、上磁極に選択的に正の高電圧を印加することによって、上磁極を加速筒とするようにしても良い。
【００１４】
一方、荷電粒子ビームの照射対象である試料（例えば半導体ウエハ）は絶縁膜で覆われていることがある。このような試料に荷電粒子ビームが照射されると、電荷の逃げ道がないため、帯電する場合がある。このような帯電が残った状態で荷電粒子ビームを照射すると、荷電粒子ビームの集束条件等を変化させてしまうため、試料が試料ステージ上に配置されたときに、試料の絶縁膜を通過し、試料内部の電荷を逃がすためのコンタクトピン（接触子）を設けることが望ましい。
【００１５】
図６は、コンタクトピン６０１を備えた静電チャック１０７（試料ステージ）の一例を示す図である。静電チャック１０７上に試料１０８が載せられる際に、試料１０８の裏面に先端が弾性的に接触するように、コイルバネ６０２を介して導電性ダイヤモンド製のコンタクトピン６０１が配置されている。この端子の先端は曲率半径が数ミクロン程度の鋭利なものであることが望ましい。針状の先端部によって絶縁膜を貫通することができるため、試料の導通を確保することが可能となる。
【００１６】
なお、接触端子の材質は導電性ダイヤモンドに限定されることはなく、硬く導電性のあるセラミックス製のものや硬質の導電性樹脂製のものであってもよい。
【００１７】
コンタクトピン６０１は、リターディング電源６０３に接続されており、ウエハとの導通が確保されればリターディング電圧がウエハに印加されることになる。静電チャック１０７の内部には内部電極６０４と６０５が埋め込まれており、直流電源６０６と６０７により電圧を印加することで試料１０８を静電吸着する。
【００１８】
以上のように、荷電粒子ビームを加速する加速筒が内蔵された荷電粒子線装置に、コンタクトピンを搭載すると、ブースター電圧との電位差により放電の可能性が高まる（特に静電チャック上に試料が配置されていない場合）。そのため、試料ステージを移動させる場合であって、ブースター電極７０２と、コンタクトピン６０１が近接する可能性がある場合には、ブースター電圧を下げ、電位差を小さくすることで放電の可能性を低減させることが考えられる。しかし、試料を観察する時にブースター電圧を上げると安定待ち時間が必要になり、スループットを低下させることになる。
【００１９】
さらに、ブースター電極によって引き寄せられた異物等が、ブースター電極に印加される電圧の低下によって、試料ステージ側に落下することも考えられる。そのため、頻繁にブースター電圧の昇圧・降圧を行うことを避けたい。
【００２０】
本実施例では、試料ステージ（静電チャック）の移動の際に生じ得る放電可能性を抑制すべく、試料移動の際に、コンタクトピンによる放電の可能性のある範囲を回避し、最短時間で目標座標まで移動するＸＹステージの軌道を生成して駆動する方法、及び装置を提案する。本実施例によれば、ＸＹステージの回避による放電の防止、ブースター電圧の変化に伴う異物の低減が可能となる。また、ＸＹステージの移動時間がブースター電圧変更時の安定待ち時間より短いことから、スループットの向上が期待できる。
【００２１】
図１に示すように走査型電子顕微鏡は、電子源１０２、コンデンサレンズ１０３、検出器１０９を格納した鏡体と、ＸＹステージ１０６、静電チャック１０７を格納した試料室１０４と、試料１０８を試料室内に搬入、搬出するための搬送機構１０５と、各ハードウェアを制御する制御部１１１と、検出器１０９から出力された信号から生成された画像や計測結果を表示する表示部１１０を備える。図１に例示する走査型電子顕微鏡には、図６、図７に例示したような静電チャック機構、対物レンズ、及びブースター電極等が搭載されている。制御部１１１（制御装置）では、後述する回避軌道演算に基づいて、リニアモータ等の駆動機構に、演算によって求められた軌道でステージ駆動を行うための駆動信号を供給する。
【００２２】
制御部１１１には、測定情報を入力する測定情報入力部１１３と経路生成部１１２が接続されている。
【００２３】
ユーザが入力した測定情報により指定された試料は、搬送機構１０５によって試料室１０４内の静電チャック１０７上に固定される。試料を固定するとウェーハの回転を補正するためにアライメント動作を行う。その後、測定情報に従ってＸＹステージ１０６を移動する。ＸＹステージ１０６が指定位置に移動した後に電子ビーム１０１を静電チャック１０７上の試料１０８に照射する。試料１０８に電子ビーム１０１が照射されることにより放出された二次電子から得られた画像や、その画像をもとに計測した結果を表示部１１０に表示する。
【００２４】
図２に、ＸＹステージ１０６と回避範囲２０１の位置関係を示す。試料室１０４の内部に設置されたＸＹステージ１０６は、試料室１０４の全域が駆動可能である。ここに放電の可能性が高い回避範囲２０１が円状に存在する。この回避範囲とは、正の高電圧が印加されたブースター電極７０２と、コンタクトピン６０１が近接する範囲である。ブースター電極７０２の直下にコンタクトピン６０１が存在するときに、最も両者が近づくことになるため、少なくともブースター電極７０２の試料側端部の直下を、コンタクトピン６０１が通過しないように、移動経路を設定する必要がある。
【００２５】
図８は、回避範囲２０１とブースター電極７０１の位置関係を示す図である。図８上図は、ブースター電極７０１の試料側端部８０２を、ビーム光軸８０１に直交する方向から見た図であり、図８下図は、荷電粒子源から見たブースター電極端部８０２と、回避領域２０１との相対的な位置関係を示す図である。ブースター電極の試料側端部８０２は、ビーム光軸８０１に対して軸対称にリング状に形成されており、ビーム開口の径はｄpであり、試料側端部８０２の幅はｄbである。
【００２６】
前述したように、コンタクトピン６０１がブースター電極の試料側先端に最も近づくとき、放電の可能性が最も高くなる。即ち、図８下図の領域９０１（電子源から見たときに、ブースター電極の試料側端部と重なる領域）をコンタクトピン６０１が通過するときに、放電可能性が高くなる。よって、少なくともコンタクトピン６０１が、領域９０１を通過しないように、コンタクトピン６０１の移動軌道を設定する必要がある。また、ある程度のマージンを考慮して、領域９０１を含む領域９０４を回避するように、コンタクトピン６０１の移動軌道を設定すれば、より放電の可能性を抑制することが可能となる。
【００２７】
本実施例では、ビーム光軸直下９０２（図２の回避範囲中心（Ｘｃ，Ｙｃ）に相当）と領域９０１、或いは領域９０４に包囲される領域を回避領域２０１として、移動軌道を設定する例について説明する。
【００２８】
具体的には、この回避範囲２０１をコンタクトピン６０１が通過するように、ＸＹステージ１０６の移動条件が設定される場合（移動条件は移動開始点２０２と移動終了点２０３の指定によって設定）、中継点２０４を設定し、移動開始点２０２から中継点２０４までの回避軌道２０５と、中継点２０４から移動終了点２０３までの回避軌道２０６を生成する。
【００２９】
図３に回避判定をするときのフローチャートを示す。目標座標が入力（ステップ３０２）されると、現在座標を取得（ステップ３０３）し、その２点間で直線になるように軌道を生成する（ステップ３０４）。このときの軌道は、次式（数１）で表すことができる。
ａｘ＋ｂｙ＋ｃ＝０・・・数１
【００３０】
次に、生成した軌道と回避範囲に接点を算出する。回避範囲は円状のため、（Ｘｃ，Ｙｃ）を中心とした半径ｒの円の式（数２）で表すことができる。
（ｘ−Ｘｃ）2＋（ｙ−Ｙｃ）2＝ｒ2・・・数２
【００３１】
数１と数２から交点（接点）の有無を算出（ステップ３０５）して、交点がある場合は軌道の再生成（ステップ３０７）を行う。なお、交点がない場合には、移動距離が最も短い直線軌道のまま、ステージの駆動を実行する。
【００３２】
図２に示した例は、回避軌道を一つとしているが、対称とする位置へ回避点を設けることで、経路をもう一つ生成することができる。これを図４に示す。この二つの経路から、移動距離が最短となる方を選択して駆動する。また、生成した回避軌道のうち一つが、試料室内の駆動範囲を超える場合は、もう一つの軌道を選択して駆動させることで回避不能を防ぐ。
【００３３】
また、移動開始点から移動終了点までを中継点を含む２直線を軌道とすると、中継点での停止および再駆動が必要となり、移動時間が遅くなる。そこで、図５に示すように中継点を経由する曲線での軌道５０１を生成する。これにより、最短距離で最短時間でのステージ移動が可能になる。
【符号の説明】
【００３４】
１０１  電子ビーム
１０２  電子線源
１０３  コンデンサレンズ
１０４  試料室
１０５  搬送機構
１０６  ＸＹステージ
１０７  静電チャック
１０８  試料
１０９  検出器
１１０  表示部
１１１  制御部
１１２  経路生成部
１１３  測定情報入力部
２０１  回避範囲
２０２  移動開始点
２０３  移動終了点
２０４  中継点
２０５  回避軌道
２０６  回避軌道
２０７  回避範囲中心
２０８  回避範囲半径ｒ
２０９  直線軌道
【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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