(57)【要約】【課題】  静電チャック使用時の試料位置決めの機構を単純化しつつ、残留吸着時の試料の離脱を容易にし、且つ試料外周部全域において観察を可能にする。【解決手段】  試料を保持する試料保持システムであって、試料をその外周部裏面で保持し昇降させる外周部品と、該外周部品を昇降させる駆動部と、試料をその裏面で吸着する静電チャックと、試料が静電チャックに吸着された状態で試料の周辺部の高さとほぼ同じ高さの電界補正部品とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に荷電粒子線を照射して画像を得ることで前記試料の観察を行う荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線を発生し、電子レンズにより細く絞って前記試料へ照射する電子光学カラムと、
前記試料へ前記荷電粒子線が照射されることで前記試料から発生する二次信号を検出し画像化してディスプレイへ表示する画像制御部と、
前記試料を前記荷電粒子線に対して位置決めするステージを内蔵する試料室と、
該試料室に前記試料を搬送する搬送ロボットと、
前記ステージに配置され試料を保持する試料保持システムとを備え、
該試料保持システムは、前記試料をその外周部裏面で保持し昇降させる外周部品、該外周部品を昇降させる駆動部、前記試料をその裏面で吸着する静電チャック、前記試料が前記静電チャックに吸着された状態で前記試料の周辺部の高さとほぼ同じ高さの電界補正部品を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
試料を保持する試料保持システムであって、前記試料をその外周部裏面で保持し昇降させる外周部品と、該外周部品を昇降させる駆動部と、前記試料をその裏面で吸着する静電チャックと、前記試料が前記静電チャックに吸着された状態で前記試料の周辺部の高さとほぼ同じ高さの電界補正部品とを備えることを特徴とする試料保持システム。
【請求項３】
試料を静電力により吸着する静電チャック、
前記試料の外周部に配置され該試料をその外周部裏面で保持する少なくとも３つの外周部品、
前記外周部品を上昇下降させる昇降移動用駆動源、
前記外周部品のうちの少なくとも１つを水平方向に移動させる水平移動用駆動源、
前記試料の外周部に配置される電界を補正するための電界補正部品、
前記外周部品の上昇下降および水平方向の移動を制御する制御部を備え、
前記静電チャックは、前記外周部品が水平方向へ移動したときに干渉を避けるための切り欠きを有することを特徴とする試料保持システム。
【請求項４】
請求項３の記載において、前記試料が前記静電チャックに吸着されたときに、前記試料の周辺部の高さと前記電界補正部品の高さがほぼ同じであることを特徴とする試料保持システム。
【請求項５】
請求項３の記載において、前記試料が前記静電チャックに吸着されたときに、前記試料の周辺部の高さと前記外周部品の高さがほぼ同じであることを特徴とする試料保持システム。
【請求項６】
請求項３の記載において、前記電界補正部品は、前記外周部品との干渉を避けるための切り欠きを有することを特徴とする試料保持システム。
【請求項７】
少なくとも３つの外周部品の水平面に試料の外周部裏面を載せ、
前記外周部品のうちの少なくとも１つを水平方向に移動させて前記試料を残りの外周部品の垂直面に当接させ、
前記外周部品の水平面を下降させて前記試料を静電チャック上に載せ、
前記静電チャックに電圧を印加して前記試料を固定し、
前記外周部品を、該外周部品の高さと前記試料の高さとがほぼ同一になるように移動させることを特徴とする試料の保持方法。
【請求項８】
少なくとも３つの外周部品の水平面に試料の外周部裏面を載せ、
前記外周部品のうちの少なくとも１つを水平方向に移動させて前記試料を残りの外周部品の垂直面に当接させ、
前記外周部品の水平面を下降させて前記試料を静電チャック上に載せ、
前記外周部品の水平面を前記試料から離し、
前記静電チャックに電圧を印加して前記試料を固定し、
前記静電チャックへ印加された前記電圧を切った後、前記外周部品のうちの少なくとも１つを上昇させ、該外周部品の水平面に前記試料が当接したら、前記試料の前記静電チャックへの吸着状態を検出し、
前記外周部品の上昇により前記試料の破壊が避けられる場合に前記外周部品の水平面を上昇させることを特徴とする試料の離脱方法。
【請求項９】
請求項８の記載において、前記外周部品の上昇により前記試料の破壊の可能性がある場合には、前記外周部品の上昇を中止し、前記静電チャックに印加された前記電圧に対して逆極性の電圧を印加し、
前記試料の前記静電チャックへの吸着状態を検出することを特徴とする試料の離脱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に用いられる試料保持システム，試料の保持方法、および、試料の離脱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製品の集積度は益々向上し、その回路パターンの更なる高精細化が要求されてきている。半導体ウエハに代表される回路パターンが形成される試料において、品質管理，歩留まり向上を目的に様々な検査手段が用いられている。例えば、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope）を検査に応用した荷電粒子線のひとつである電子線を試料へ照射し、回路パターンの寸法精度を測定する測長ＳＥＭや、回路パターンの欠陥、或いは付着異物を評価するディフェクトレビューＳＥＭなどが知られている。
【０００３】
半導体ウエハ等の試料の荷電粒子線を用いた観察において、試料外周部周辺の電界分布が変化することから、上記周辺の観察像が歪む、或いはボケるなどの像質低下が発生していた。本現象の影響として、測長寸法値に誤差が生ずる、欠陥を誤検出する、或いは鮮明な像が取得できないなど様々な問題を引き起こしてしまう。この問題を解決する手段として、試料外周部付近の試料保持手段に電圧を印加可能なリング状の導電要素を付加することで、外周部周辺の電界を制御して均一にさせる方法が提案されている（特許文献１を参照）。また別の手段として、試料とほぼ同じ高さの試料位置決め部品により試料を囲むことで、従来あった外周部と試料保持手段の高さギャップを狭小化することで電界の分布を緩やかにする方法を提案されている（特許文献２を参照）。
【０００４】
試料保持の状態で、観察される像は大きく異なる。機械的な試料保持の例として試料外周に基準ピンを２点設け、対向する方向から可動ピンによる押付け力によって保持する方法がある。本方式では、試料の押付け力を増加させる保持力は増加し、振動による試料のずれを低減できるが、一方で試料を歪ませてしまい、精度の良い観察が困難となる。また、ウエハは薄く、単体の平行度は良いが平面度が悪い為、試料は凹型、又は凸型の形状で保持されやすい。このような状態では試料の移動に伴い、最大１００μｍ程度高さが変動する為、電子光学系の焦点深度、或いは焦点可動距離を大きく設定しなければならない。このことは電子レンズ設計の大きな制約となり、像質向上に繋がる分解能を上げることが困難となる。そこで、試料保持手段に静電チャックを用いることで試料表面の平坦化と保持力強化が、同時に達成できる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３５１４９号公報
【特許文献２】特開２００４−７９５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
試料保持システムにおいて、静電チャック上で外周部品による位置決めを行うと、静電チャック上で試料が動くことにより、試料と静電チャックが擦れて異物が発生する。或いは帯電の影響で試料が静電チャックに吸着されてしまい、位置決めが出来ない。そのため静電チャック使用時における試料位置決め方法として、試料を上昇下降させる昇降ピンを独立に装備し、試料を持ち上げ静電チャックと接触しない状態で試料の位置決めを行う方法が考えられる。しかし、それらを試料テーブル内の限られたスペースに収めるには技術的な課題が多い。さらに、外周部品の位置において電界補正部品を配置できず外周部品周辺での像観察が出来ない問題が生じる。また、静電チャックによる残留吸着が起きた場合、単純な昇降ピンでは試料が簡単にははがれない現象が起こりうる。
【０００７】
本発明は、静電チャック使用時の試料位置決めの機構を単純化しつつ、残留吸着時の試料の離脱を容易にし、且つ試料外周部全域において観察を可能にする荷電粒子線装置，試料保持システム，試料の保持方法、および、試料の離脱方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、本発明の実施態様は、試料を保持する試料保持システムであって、試料をその外周部裏面で保持し昇降させる外周部品と、該外周部品を昇降させる駆動部と、試料をその裏面で吸着する静電チャックと、試料が静電チャックに吸着された状態で試料の周辺部の高さとほぼ同じ高さの電界補正部品とを備える構成とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、試料保持の構造を単純化し、試料の離脱を容易にし、試料外周部全域での像観察が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を適用した荷電粒子線装置として走査型電子顕微鏡を例とし、図１乃至図３を用いて説明する。図１は、走査型電子顕微鏡の縦断面図である。床に設置される架台６には、床振動を除振するマウント４が取付けられており、更にマウント４は試料室２を支持している。試料室２には電子線を生成，制御するカラム１と、試料を搬送する搬送ロボット３１が内包されるロードロック３が取付けられている。試料室は真空ポンプ５により常時真空排気されており、カラム１内も図示しない真空ポンプにより高真空度に保たれている。一方、ロードロック３には大気との隔離を行う大気側ゲートバルブ３３と、試料室２との隔離を行う真空側ゲートバルブ３２が取付けられている。
【００１１】
ここで、試料の搬送経路を簡単に説明する。大気側ゲートバルブ３３を開け、搬送ロボット３１によって大気側から試料１０をロードロック３内に導入する。大気側ゲートバルブ３３を閉め、ロードロック３内を図示しない真空ポンプにより真空排気して、真空度が試料室２内と同程度になったら、真空側ゲートバルブ３２を開け、試料室２に内包されるステージ２１上に試料１０を搬送ロボット３１により搬送する。試料１０が処理された後は、逆の流れで試料はロードロック３を通り、大気中へと戻される。試料１０は、ステージ２１に取付けられている静電チャック２４により静電吸着され、ステージ２１上に強力に保持される。
【００１２】
ステージ２１上にはバーミラー２２が取付けられており、試料室２に取付けられている干渉計２３との相対的な距離変化をレーザ測長することで、ステージ上の試料位置を管理することが可能となる。ステージの位置情報は位置制御部７１で生成された後、ステージ駆動を行うステージ制御部７２に伝達される。ステージ制御部７２では現在の位置情報と目的座標との偏差が無くなるようにフィードバック制御を行っている。フィードバック制御には単純な位置フィードバックのみで行う制御や、ステージの速度情報、ステージ位置偏差の積分情報を加えて応答速度と位置決め精度を向上させるＰＩＤ制御などが考えられる。
【００１３】
一方、カラム１内の電子銃１１により発生した電子線１２は収束作用を有する電子レンズ１３、及び電子レンズ１６を通過し、偏向器１４によって所望の軌道に偏向させられた後に試料１０に照射される。電子線の照射により発生する反射電子、或いは２次電子は検出器１５によって検出され、偏向器１４の制御情報と共に画像制御部７３に伝達される。ここで偏向器の制御情報と得られた検出器からの情報を基に画像が生成されて、ディスプレイ７４に画像として映し出される。
【００１４】
試料室２の上方には、試料１０の高さ検出を行う光学式のＺセンサ２５が取付けられており、常時、試料１０の高さをモニタ可能であり、得られた信号は位置制御部７１で位置変換された後、カラム制御部７０に伝達される。本情報によりカラム制御部では電子レンズの光学条件を変更し、試料の高さが変化してもフォーカスがずれないよう処理されている。
【００１５】
図２は、試料保持システムの装置構成を示す平面図、図３，図４は断面図である。試料ホルダテーブル２６上に静電チャック２４，外周部品５０が置かれ、静電チャック上に試料１０が載せられる。また、３個の外周部品は外周部品ベース８０により支えられ、外周部品ベース８０が昇降移動用駆動源７７により上下方向に駆動することで、外周部品５０は上昇下降を行う。外周部品ベース８０の上に水平移動用駆動源７８が付けられ、また、少なくとも１個の外周部品５０に、静電チャックの吸着状態を調べる圧力センサ検知部７５が設けられる。
【００１６】
静電チャック電源７６は、静電チャック２４に電圧を供給する。主制御部７９は、外周部品５０の駆動、及び、静電チャック電源７６を制御する。圧力センサ検知部７５の信号は、主制御部７９を介して静電チャック電源７６、及び、外周部品５０の駆動にフィードバックされる。静電チャック２４には、水平方向へ移動する外周部品５０と干渉しないための切り欠き２７を設けてある。この切り欠き２７を中心方向に深くすることで、外周部品５０は、小さい径の試料でも位置決めをすることができ、その結果１個の静電チャック２４で試料の径の違いに対応することができる。
【００１７】
荷電粒子を試料に照射して観察すると、試料表面は帯電し、画像がボケる、或いは、歪む現象が発生する。この対策を目的として、試料１０の裏面にアース突起４０が設けられており、吸着動作を行うことで試料ホルダテーブル２６に取付けられているアース機構４３に接触し、電荷を逃す構造となっている。ここで、アースとは、本来、試料１０があるべき電圧レベルに接地することを意味しており、電圧０Ｖを示すものではない。アース機構４３の接触部形状は、針状の突起や、ナイフ上のエッジ形状で構成され、図示しない押しバネにより一定の力で試料１０に押付けられる。アース機構４３により、試料１０は帯電し難い状態となり、像質の良い観察が長時間可能となる。
【００１８】
試料１０の周囲には、リング形状の電界補正部品５１が設けられ、試料１０が静電チャック２４により吸着された状態で、電界補正部品５１の高さが試料１０の周囲部の高さにほぼ等しくなるように設定されている。電界補正部品５１は、試料１０の端部での電界の変化を電界補正部品５１の外周端部へ移動させることで、試料１０の表面の電界を端部まで均一化させ、試料１０の端部での像の歪を防止する。電界補正部品５１には、外周部品５０と干渉しないための切り欠き５３を設けてある。アース突起４０と電界補正部品５１は、同電位にしておくことが望ましいため、アース突起４０と電界補正部品５１とを、他から絶縁し、被覆されたケーブルで繋ぐ構成とする。
【００１９】
次に、試料搬送を説明する。図３は、試料１０が静電チャック２４上に搬送され、吸着され、離脱するまでのシーケンスを、図２のＸ−Ｘ断面を用いて示している。試料１０が吸着されるまでの流れは、ステップＡからステップＥまでである。ステップＡにおいて、試料１０が図１に示した搬送ロボット３１により、静電チャック２４の上に運ばれ、試料１０は、外周部品水平部５０Ａにより支えられる。本発明では、外周部品５０に水平部を設けることで、独立なリフト機構なしでの試料１０の位置決めを可能としている。この水平部は、出来るだけ試料１０との摩擦が小さく異物発生しにくい材料にする。例えば耐磨耗性が高く、真空内での放出ガスが小さい樹脂が有効である。
【００２０】
次に、ステップＢに示すように、外周部品５０が、図４に示す水平移動用駆動源７８により水平方向に移動し、３個所の外周部品テーパ部５０Ｃで試料１０をクランプすることにより、試料１０が位置決めされる。３個所のうち２個所の外周部品テーパ部５０Ｃの水平移動の経路に、図４に示すストッパ５２を設けておくことで、２個所の外周部品テーパ部５０Ｃの位置は一意的に決まり、結果として、試料１０が固定される位置が一意的に決定される。ここで、他の２個所の外周部品テーパ部５０Ｃがストッパ５２に接触する前に、試料１０が３個所の外周部品テーパ部５０Ｃにクランプされてしまうことを防ぐため、残りのストッパのない外周部品テーパ部５０Ｃは、他の２個所より遅らせて駆動させるようにする。
【００２１】
次に、ステップＣに示すように、外周部品５０が下降し、試料１０が静電チャック２４上に置かれる。外周部品５０は、図４に示す外周部品ベース８０が昇降移動用駆動源７７により上下方向に駆動することで、上昇下降を行うことができる。その後、静電チャック２４に電圧が印加され、試料１０は静電チャック２４に吸着される。
【００２２】
ステップＤでは、３個所の外周部品５０が、水平移動用駆動源７８により水平方向に電界補正部品５１の切り欠き部５３に合わせるように移動する。
【００２３】
ステップＥでは、昇降移動用駆動源７７により、外周部品平坦部５０Ｂを電界補正部品５１の高さに合わせる。これにより、試料１０の周囲の高さが同じになり、電界分布が均一化されるので像の歪が生じず、外周部全域での像観察が可能となる。外周部品５０は、試料ホルダテーブル２６を通じて電界補正部品５１と導通させておく。
【００２４】
次に、試料１０が、静電チャック２４から離脱し、静電チャック２４上から運び出されるまでの流れを説明する。ステップＦにおいて、静電チャック２４の電圧を切った後、再び外周部品５０が上昇し、試料１０を持ち上げる。本発明のように、試料１０の中央部でなく外周部から試料１０を、静電チャック２４から引き剥がすことにより、試料１０が静電チャック２４に残留吸着されている場合でも容易に試料１０を離脱させることができる。
【００２５】
なお、外周部からでも剥がすことができないような強い残留吸着力がある場合、試料１０を無理に持ち上げると試料１０が破損してしまう可能性がある。その対策として、試料１０を持ち上げるときの手順を次のように行う。
【００２６】
図３のステップＥからステップＦのときに、外周部品水平部５０Ａを試料１０の位置で一旦停止させてから、外周部品水平部５０Ａを上昇させる。上昇させる力の大きさは、試料１０が破壊しない限度の大きさの力を予め測定しておき、これよりも小さな力とする。試料１０が持ち上がらないことは、図示しない位置センサで、外周部品５０または試料１０を検知することで検出できる。試料１０が持ち上がらない場合は、残留電荷が存在するので、外周部品水平部５０Ａを下げて試料１０から離し、図４に示した静電チャック電源７６によって、試料１０の吸着時とは逆の極性の電圧を静電チャック２４に印加し、残留吸着を引き起こしている残留電荷を除去する。そして、ステップＥからステップＦを再び実施する。
【００２７】
図３に示す外周部品水平部５０Ａの試料１０に接する面に、図示しない圧力センサを設け、試料１０にかかる吸着力を測定し、圧力センサ検知部７５から主制御部７９へ圧力データを送信し、主制御部７９で静電チャック２４に印加する逆極性の電圧を決めるようにしてもよい。
【００２８】
また、外周部品水平部５０Ａを上昇させる力を変えるようにしてもよい。図３のステップＥからステップＦのときに、外周部品水平部５０Ａを試料１０の位置で一旦停止させ、上昇させる力を弱くした後、試料１０が破壊しない限度の大きさまで力を次第に増やす。試料１０が破壊しない限度の大きさの力は、予め測定して設定しておく必要がある。力を増加させる途中で試料１０が持ち上がれば、ステップＦを継続する。試料１０が破壊しない限度の大きさに力が達しても、試料１０が持ち上がらない場合は、外周部品水平部５０Ａを下げて試料１０から離し、図４に示した静電チャック電源７６によって、試料１０の吸着時とは逆の極性の電圧を静電チャック２４に印加し、残留吸着を引き起こしている残留電荷を除去する。そして、ステップＥからステップＦを再び実施する。
【００２９】
試料１０が外周部品５０により持ち上げられると、搬送ロボット３１により試料１０は試料室２からロードロック３へ運び出され、試料１０の観察が終了する。
【００３０】
以上述べたように、本発明によれば、静電チャック使用時の試料位置決めの機構を単純化しつつ、残留吸着時の試料の離脱を容易にし、且つ試料外周部全域において観察を可能にした、荷電粒子線装置，試料保持システム，試料の保持方法、および、試料の離脱方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】走査型電子顕微鏡の縦断面図。
【図２】試料保持システムの装置構成を示す平面図。
【図３】試料保持システムの装置構成を示す断面図。
【図４】試料保持システムの装置構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００３２】
１  カラム
２  試料室
３  ロードロック
４  マウント
５  真空ポンプ
６  架台
１０  試料
１１  電子銃
１２  電子線
１３，１６  電子レンズ
１４  偏向器
１５  検出器
１７  偏向制御部
２１  ステージ
２２  バーミラー
２３  干渉計
２４  静電チャック
２５  Ｚセンサ
２６  試料ホルダテーブル
２７  切り欠き
３１  搬送ロボット
３２  真空側ゲートバルブ
３３  大気側ゲートバルブ
４０  アース突起
４３  アース機構
５０  外周部品
５１  電界補正部品
５２  ストッパ
７０  カラム制御部
７１  位置制御部
７２  ステージ制御部
７３  画像制御部
７４  ディスプレイ
７５  圧力センサ検知部
７６  静電チャック電源
７７  昇降移動用駆動源
７８  水平移動用駆動源
７９  主制御部
８０  外周部品ベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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