JP2004281141A - Electron beam irradiation device and irradiation method of electron beam - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、被加工物に電子ビームを照射する電子ビーム照射装置および電子ビーム照射方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体のデザインルールが小さくなっていく中で各プロセスでの検査工程が重要視されている。例えば、検査工程で使用されている電子ビームを使用した走査型電子顕微鏡は、細く絞られた電子ビームを試料に当てて試料から出てくる電子を検出して象を描き、測長、欠陥検査をおこなう。電子銃から引き出された電子ビームの経路や試料にあたって発生する弱いエネルギーしかもたない電子を検出器に飛ばす経路は高真空の雰囲気にしておく必要がある。
【0003】
【特許文献1】
特公平6−61445号公報
【特許文献2】
特開2002−222749号公報
【特許文献3】
特開平2002−257998号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の走査型電子顕微鏡世の中の方向としてはウェーハ、ディスプレイ電極の大きさは大きくなっていく方向にあり、高真空を維持するチャンバーが大きくなり検査機も大きくなっていく。
【0005】
今回出願人が開発した局所真空を使用した走査型電子顕微鏡は局所的に高真空領域をつくり、その空間で電子を飛ばすことにより、象を描く方式をとっている。そのため試料および試料駆動ステージ等は大気圧中に配置することが可能であり、試料の大きさが変わっても真空チャンバーの大きさを変更する必要がなく装置をコンパクトにすることができる。
【0006】
しかし、局所真空を使用した走査型顕微鏡の場合、試料外周部は端面から局所真空パッド径の半分の位置までしか測定できなかったという不都合があった。それは、局所真空パッドが試料からはみだしていくと接触しない程度に距離を保っている局所真空パッドの姿勢が傾き試料と接触する可能性があり、姿勢がくずれることにより真空チャンバー内の真空圧に影響を与えるからである。
【0007】
また、差動排気方式により局所真空を作り出しているため0次排気が試料から外れるとチャンバー内の高真空に影響がおよびチャンバー内の高真空が維持できなくなり、電子線を飛ばして測長することができなくなるという不都合があった。
【0008】
特許文献1,2には、部分真空装置において、非接触真空シール部が被加工物外周部にかかった場合、非接触真空シール部と被加工物表面とで形つくる微小間隔が保てなくなり、真空度が低下し、被加工物外周は、加工できない領域が発生する点が開示されている。
【0009】
また、複数の被加工物を処理する場合、被加工物を交換する必要があり、非接触真空シール部は、加工物表面から離れる必要があり、この時部分真空領域が保てなくなるという不都合があった。
【0010】
また、被加工物交換後、部分真空領域を復活するまで、真空引きで時間がかかる。この解決方法として、特許文献3には、非接触真空シール部の吸引孔に真空シールバルブを設ける方法が提案されているが電子ビームコラムなどが吸引孔近くに配置する必要がある場合、シールバルブを設置するスペースがなくなる。また、バルブ開閉の機械的接触による粉塵発生の可能性があり好ましくないという不都合があった。
【0011】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、試料最外周を測定するときに局所真空パッドが試料から外れても姿勢を崩さずに、しかも高真空を維持する電子ビーム照射装置および電子ビーム照射方法を提供することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子ビーム照射装置は、被加工物の外周または外周の一部分に設けられ、被加工物表面と高さを合わせた平坦なサテライトステージを配置する配置手段と、サテライトステージと被加工物との隙間を密着させて封止する封止手段とを備えたものである。
【0013】
従って本発明によれば、以下の作用をする。
部分真空装置において、被加工物の外側に、被加工物表面と同じ高さのサテライトステージを設け、また被加工物との隙間を密着させてシールする。これにより、被加工物の外周部まで加工が出来る。また、被加工物の交換が部分真空状態を保持したまま行えるようにすることができる。
【0014】
このとき、局所真空パッドを使用した電子ビーム照射装置として例えば走査型電子顕微鏡で試料外周部を測定するときの局所真空パッドの姿勢と真空圧低下を防ぐ機構局所的に高真空領域を作り、試料の大きさに関係なく一定の大きさの真空チャンバーをもつ局所真空パッドを使用した走査型電子顕微鏡において、試料最外周を測定するにあたり局所真空パッドの一部が試料から外れたとき発生する、局所真空パッドの姿勢の崩れに対して、試料最外周を測定するときに局所真空PADが試料から外れても姿勢を崩さずに測定することができ、また、試料最外周を測定するときに局所真空パッドが試料から外れても局所真空パッド内の高真空を維持することができる。
【0015】
また、本発明の電子ビーム照射方法は、被加工物表面から微小間隔保って配置された非接触真空シール部である静圧浮上パッドを、被加工物の外周部とサテライトステージの中間位置にまたがって位置させる第1の移動ステップと、移動ステップによる静圧浮上パッドの中間位置への移動の後に、電子ビームの照射による被加工物の外周部の加工を行う加工ステップと、静圧浮上パッドを、サテライトステージ上に完全に乗り移らせ、サテライトステージ上の外周位置に位置させる第2の移動ステップと、移動ステップによる静圧浮上パッドの外周位置への移動の後に、被加工物の交換を部分真空状態を保持したままで行う被加工物交換ステップとを備えたものである。
【0016】
従って本発明によれば、以下の作用をする。
被加工物表面から微小間隔保って配置された非接触真空シール部を、被加工物の外周部と上記サテライトステージにまたがって位置させ、被加工物の外周部の加工を行い、さらにサテライトステージ上に完全に乗り移らせ、被加工物の交換を部分真空状態を保持したままで行えるようにすることができる。
【0017】
部分真空装置において、非接触真空シール部が被加工物外周部にかかった場合でも被加工物の外周部とサテライトステージの中間位置にまたがって移動するため、非接触真空シール部と被加工物表面とで形つくる微小間隔を保つことができるため、真空度が低下することなく、被加工物外周でも加工することができる。
【0018】
また、複数の被加工物を処理する場合に、被加工物を交換する際に、非接触真空シール部は、加工物表面から離れてサテライトステージ上に完全に乗り移るため、この時部分真空領域を保つことができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について適宜図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態は、真空装置並びに方法に関する。もっと具体的にいえば、本発明の実施の形態は真空装置と被加工物表面の間で局所的に被接触真空シールを発生させる装置並びに方法に関する。例えば、電子線走査顕微鏡(SEM)あるいは、光ディスク原盤記録に用いられる電子ビーム照射装置などに適用される。エネルギービーム照射装置は、例えば電子ビームなど、被加工物に到達する前に気体分子と衝突して拡散する事がないように、真空環境(10−5Paなど)にする必要がある。エネルギービームの飛翔通路に限定的な真空空間を構成する手段として、部分真空装置がもちいられている。
【0020】
一般的な部分真空装置の例を図1に示す。ここで、1は非接触真空シール部、2は加工装置、3は被加工物(半導体ウエーハなど)、4はその被加工物を載せる支持台である。非接触真空シール部1と加工装置2は、機械的に接続されており、また必要な真空領域が両方で保たれる構造になっている。非接触真空シール部1と被加工物3とは、微小間隔保って配置されており、機械的に非接触である。
【0021】
差動排気の原理で、エネルギービーム5の飛翔通路は限定的な真空空間に保たれている。非接触真空シール部1は、エネルギービーム射出孔6、そこを通って構成される空間を排気するための第3排気手段7、第2リング状気体吸引溝8、そこを通って構成される空間を排気するための第2排気手段9、第1リング状気体吸引溝10、そこを通って構成される空間を排気するための第1排気手段11で構成されている。
【0022】
加工装置2は、例えば電子線走査顕微鏡(SEM)など電子ビーム照射装置においては、電子銃12、コンデンサ電子レンズ13、制御板14、フォーカス調整手段15、対物電子レンズ16などで構成されている。
【0023】
ここで、局所真空技術を使用した走査型電子顕微鏡では、電子銃12から発射された電子ビームを光学レンズ16等によって、電子ビームの径を絞りこみ加減速して設定された速度で、被加工物3(試料)に入射する。被加工物3に照射された電子ビームは2次電子となり被加工物3から放出し、図示しない検出器にむけて飛ぶ。検出器は検出した2次電子を使用して画像を作り出す仕組みになっている。
【0024】
非接触真空シール部1の局所真空パッドは浮上用多孔質から窒素N2などを吹出すことにより被加工物3に接触しない程度で浮上し、第1リング状気体吸引溝10、第2リング状気体吸引溝8、エネルギービーム射出孔6と順次排気することにより差動排気の原理を利用してエネルギービーム射出孔6の電子の通過する部分と電子が入射する被加工物3測定部分を高真空に維持する機構となっている。このため、被加工物3、支持台4に設けられる被加工物用チャック、XYステージは大気中に置かれる構造をとることができる。そのため非接触真空シール部1の真空チャンバーの大きさを最小限におさえることができ、チャンバー内の高真空や大気中のXYステージの管理が容易な構造となっている。
【0025】
非接触真空シール部1の局所真空パッドは、被加工物3に接触しない程度で浮上しているので、XYステージが移動することにより被加工物3に傷等の影響をあたえることなく、また高真空を維持した状態で測定個所を変更することが可能な構造になっている。
【0026】
図2は、非接触真空シール部1が被加工物外周部の限界位置にある状態を示しているが、非接触真空シール部1がこれより更に、左側に位置した場合、第1リング状気体吸引溝10の下面に被加工物3は存在せず、非接触シール部1と被加工物3との微小間隔の状態が崩れてしまい、エネルギービーム飛翔通路において限定的な真空状態を維持する事ができない。
【0027】
具体的には、非接触シール部1の大きさにもよるが、被加工物外周から十数mm程度が加工限界となる。しかし、非接触真空シール部1の局所真空パッドの高真空を維持している空間は中心にあるエネルギービーム射出孔6部分であり、被加工物3の最外周部分を測定するためには局所真空パッドの半分以上が被加工物3から外れなければならない。局所真空パッドが試料から外れると浮上用多孔質から吹出している窒素N2の圧力と第1リング状気体吸引溝10、第2リング状気体吸引溝8、エネルギービーム射出孔6内の真空圧とのバランスがくずれ、局所真空パッドの姿勢が崩れてしまう。また、第1リング状気体吸引溝10部分が被加工物3の最外周部分に近づくにつれ真空圧が低下し、差動排気に支障をきたし、エネルギービーム射出孔6部分の高真空に影響を与えてしまう。
【0028】
上記の問題を解決するために後述するように被加工物3外周に高さ方向の調整機構をもったサテライトステージ17を用意し、被加工物3から非接触真空シール部1の局所真空パッドが外れてもステージのおかげで窒素N2吹出し圧と真空のバランスを崩さず、局所真空パッドの姿勢を維持できる構造とした。また、このステージは被加工物3との隙間をふさぐ構造をもっており、高さ調整後に隙間をふさぐことによって、接触真空シール部1の局所真空パッドが隙間にかかったときエネルギービーム射出孔6部分の高真空を維持することが可能な構造になっている。
【0029】
次に、本発明の実施の形態の構成例について図3を説明する。ここにおいて、3は被加工物、例えば半導体ウエーハ、4は、支持台。17は、被加工物3の表面と高さを合わせられる構造をもったステージ(サテライトステージ)である。サテライトステージ17の被加工物に接する断面部分に弾性体でできた突起物18がついている。突起物18は、例えば、ウレタン、シリコンなどの合成ゴム、あるいは、天然ゴム、エラストマなどでできていて、大気圧状態では、実線の形をしていて、静圧を加える事で、チューブが直径方向に膨張し、点線で示した様に横方向に広がり、被加工物3を、一定の力で押し付け、隙間をシールする様になっている。突起物18は、被加工物3の交換の時には、大気圧に戻すことで、シールを解除し(実線の状態)、隙間をつくる事ができる。
【0030】
図4は、弾性体でできた突起物18の応用例を示すものであり、サテライトステージ17と被加工物3の隙間をシールする事を目的としている。
【0031】
図4Aにおいて、大気圧状態では、突起物18は、斜線の被加工物3の外周端部を覆う形をしていて、静圧を加える事で、点線で示した様に横方向に広がり、被加工物3を、一定の力で押し付け、隙間をシールする様になっている。
【0032】
また、図4Bにおいて、大気圧状態では、突起物18は、斜線の略C字形をしていて、静圧を加える事で、点線で示した様に横方向に広がり、被加工物3を、一定の力で押し付け、隙間をシールする様になっている。
【0033】
以下の図5,6,7で部分真空装置における、本発明の実施の形態の作用を説明する。
【0034】
図5は、被加工物3の内側領域の加工時の位置関係および作用を説明する図である。図5において、すでに説明しているように1は非接触真空シール部、2はは加工装置、3は被加工物、4は支持台、17はサテライトステージ、18は、突起物である。19は、被加工物交換時、被加工物3を支持台4から浮かせるための、被加工物用ピンチャック、20は、支持台4、サテライトステージ17が乗っていて、平面方向に移動でき、非接触真空シール部1と被加工物3との位置関係を変えることができる移動ステージ、21は移動ステージ20の更に下にある真空装置架台である。
【0035】
また、図6は被加工物3の外周加工時の位置関係および作用を説明する図である。この時、非接触真空シール部1は、被加工物3と、サテライトステージ17の両方にかかっているが、サテライトステージ17に組み込まれた突起物18により被加工物3との隙間がシールされていて、非接触真空シール部1のエネルギービーム飛翔通路は真空に保たれている。そこで、被加工物3の外周まで加工が可能になる。
【0036】
図7は、被加工物3の交換時の位置関係および作用を説明する図である。図7において、22は被加工物交換時、被加工物3を受け取る供給排出システムの搬送チャックである。非接触真空シール部1は、完全にサテライトステージ17上にあり、非接触真空シール部1のエネルギービーム飛翔通路は真空に保たれている。
【0037】
一方、被加工物3は、突起物18が、被加工物3から離れ、サテライトステージ17との隙間のシールを解除された後、被加工物用ピンチャック19によって、支持台4から、浮いた状態になり、この時供給排出システム側の搬送チャック22が被加工物3の下面まで移動してきて、被加工物3をピックアップし、排出、新たな被加工物3をセットする。こうして、被加工物3の交換を、非接触真空シール部1のエネルギービーム飛翔通路を真空に保った状態で行う事が出来る。
【0038】
図8は、本発明の実施の形態を半導体ウエーハ用サテライトステージにて実施した例を示す上面図である(ウエーハ表面高さにサテライトステージ高さを合わせる機構例)。図9は、図8の側面図およびイ矢視図である。
【0039】
サテライトステージ17は、支持台4の外周に配置され、回転できる回転リング23−1、23−2,23−3と、その回転リング23−1、23−2,23−3の下にあり、回転リング23−1、23−2,23−3を支えているリング受け台24−1、24−2,24−3とから構成されている。
【0040】
リング受け台24−1、24−2,24−3は、図9Bのイ矢視図に示すように、回転リング23−1、23−2,23−3との接触部が傾斜のついた構造になっていて、回転リング23−1、23−2,23−3が横方向に移動すると、サテライトステージ17を上下方向に移動できる。
【0041】
25−1、25−2,25−3は、回転リング23−1、23−2,23−3の回転軸を横方向に移動させるアクチエータ、26−1、26−2,26−3は、サテライトステージ17とウエーハ3の表面高さの違いを測定できる高さ測定器、27−1、27−2,27−3はその測定器の測定器コントローラ、28−1、28−2,28−3はアクチエータ25−1、25−2,25−3の位置きめコントローラで、測定器コントローラ27−1、27−2,27−3からの段差情報30から、段差を無くすようにアクチエータ25−1、25−2,25−3をコントロールすることができる。
【0042】
29−1、29−2,29−3はサテライトステージ17が回転する時支持台4に対して中心を合わせるガイドである。高さ測定器26−1、26−2,26−3、アクチエータ25−1、25−2,25−3、回転リング23−1、23−2,23−3の組合せを、支持台4の外周に3個所設けて、それぞれの場所でサテライトステージ17とウエーハ3の高さが合うように制御することで、ウエーハ3の外周のどこでもサテライトステージ17と高さを合わせることができる。この例では、サテライトステージを、ウエーハ外周全部で密着する構造にしたが、ウエーハ外周の一部で密着され、ウエーハを中心に対して回転させる構造の例も考えられる。また、被加工物の形状は、円形である必要は無い。
【0043】
半導体ウエーハは円形、液晶基板など表示装置は、長方形であるが、サテライトステージをそれに合わせて作り、隙間を密着できる構造にすればよい。また、ウエーハノッチやオリフラなどの形状にも、サテライトステージをそれに合わせて作り、隙間を密着できる構造にすればよい。
【0044】
上述した本発明の実施の形態によれば、第1に、部分真空装置において、被加工物の外周部まで加工が出来る。第2に、部分真空装置において、被加工物の交換を、非接触真空シール部のエネルギービーム飛翔通路を真空状態に保ったままで行う事ができ、一旦真空開放、再度真空引きする場合に比べ、複数枚の被加工物の処理を短時間で実現できる。
【0045】
次に本発明の他の実施の形態について説明する。
図10は、部分的に配置され、または移動するサテライトステージを示す図である。
【0046】
例えば支持台4の静電チャックや、真空チャックで保持された被加工物3の外周部全周に被加工物3上面高さと同じ高さに、例えばエア圧を使用して高さ調整が可能な機構をもったステージ17を被加工物3の径方向の形状バラツキを吸収できる必要最小限の隙間を空けた位置に配置する。
【0047】
例えばエア圧を利用した高さ測定器26を使用して被加工物3の厚みのバラツキやセットによるバラツキにより発生するサテライトステージ17上面との段差を、サテライトステージ17のエア圧を利用した高さ調整機構31で被加工物3上面とサテライトステージ17上面の段差がないように高さ合わせをし、非接触真空シール部1の局所真空パッドが被加工物3の最外周部分に移動しても被加工物3と同じ高さにあわせたサテライトステージ17の上面を利用して局所真空パッドの姿勢をくずさずに維持することを可能な構造とした。
【0048】
また、このサテライトステージ17は被加工物3の上面と高さ合わせをしたあと被加工物3との間の必要最小限の隙間を例えば隙間に設けたチューブ内にエアを注入し、チューブ外形寸法を変化させることにより、サテライトステージ17と被加工物3との間をふさぐような隙間封止機構を設けることにより、高さ合わせをしたあと隙間をふさぐことにより局所真空パッドが被加工物3の最外周部分に移動しても第1リング状期待吸引溝10の真空圧に影響を与えることなく電子ビームの経路の高真空を維持することを可能にした。
【0049】
また、この機構を被加工物3の外周部全周に設置するのではなく部分的に配置し、必要に応じて被加工物3の外周を回転し、局所真空パッドを受ける構造も考えられる。被加工物3の一部分に設置させたサテライトステージ17は局所真空パッドの移動する場所に前もって移動し、高さ測定器26の情報をもとにステージ高さ調整機構31を使用して被加工物3上面とサテライトステージ17上面の高さを合わせておく。
【0050】
上記動作が終了後、隙間封止機構が動作をして被加工物3とサテライトステージ17の隙間をふさぐ。
【0051】
また、上記のように一部分に設置したサテライトステージ17を使用する場合は隙間防止機構として被加工物3とサテライトステージ17の隙間でステージ17側に例えばテープなどのクッション材を貼り、被加工物3とサテライトステージ17の上面高さ合わせが終了したあとサテライトステージ17がステージ駆動機構32で移動ガイド33に沿って必要最小限の隙間分被加工物3側に移動し、テープと被加工物3を密着することにより局所真空パッドが被加工物3の最外周部分に移動しても真空圧に影響を与えない構造も考えられる。上記の方法で被加工物3の外周形状とサテライトステージ17の接触部分の形状を同サイズにすることが可能でサテライトステージ17の被加工物3があたる面の表面粗さを真空がもれない程度によくすることが可能であればテープなどのクッション材を貼る必要はない。
【0052】
図11は、隙間を吸引することで真空圧を維持する方法を示す図である。
また、上記のように一部分に設置したサテライトステージ17を使用する場合は被加工物3とサテライトステージ17の上面高さ合わせが終了した後、図11に示すように、サテライトステージ17と被加工物3の必要最小限の隙間をサテライトステージ17に一個以上あけた吸引用穴41もしくは溝を利用して吸引することにより、局所真空パッドと被加工物3とサテライトステージ17の必要最小限の隙間を真空状態にすることで局所真空パッドの第1リング状吸引溝10〜第2リング状吸引溝8および、エネルギービーム射出孔6部分の真空圧が電子線を飛ばすのに必要な真空圧を維持する方法も考えられる。
【0053】
上記の方法をとり、被加工物3の外周部に上面の高さをあわせたサテライトステージ17を用意し、隙間を封止したあとに局所真空Pパッドが被加工物3最外周部の測定場所に移動し測定を行う。
【0054】
今回の発明を使用することにより局所真空パッドを使用した走査型電子顕微鏡で被加工物3である測定試料の最外周まで測定が可能になった。被加工物3である試料の交換時に真空圧を低下させることなく、サテライトステージ17上に局所真空パッドを移動することが可能になった。
【0055】
【発明の効果】
この発明の電子ビーム照射装置は、被加工物に対して微小間隔をもって対向する位置を保ち電子銃から発生される電子ビームの照射を可能とする電子ビーム照射ヘッドと、上記記録媒体上を部分的に真空状態にして電子ビームを照射する上記電子ビーム照射ヘッドを固定配置する固定配置手段と、上記被加工物の径方向の移動手段と、上記移動手段上に設けられた上記被加工物の回転手段と、上記回転手段の回転軸に取り付けられた被加工物が水平に載置支持される支持手段と、上記電子ビーム照射ヘッドの先端部の電子ビーム出口に設けられた非接触真空シール部である静圧浮上パッドとを備え、回転及び径方向に移動可能に支持された上記被加工物に電子ビームの照射による上記記録媒体の表面の形状または材質の変化によって加工するために、上記被加工物に対する上記電子ビーム照射ヘッドの先端部の上記静圧浮上パッドの位置を制御する電子ビーム照射装置において、上記被加工物の外周または外周の一部分に設けられ、上記被加工物表面と高さを合わせた平坦なサテライトステージを配置する配置手段と、上記サテライトステージと上記被加工物との隙間を密着させて封止する封止手段とを備えたので、部分真空装置において、静圧浮上パッドの真空状態を維持したままで、静圧浮上パッドの姿勢を保った状態で、被加工物の外周部まで加工をすることができるという効果を奏する。
【0056】
また、この発明の電子ビーム照射装置は、上述において、上記サテライトステージと上記被加工物の外周側の変位量を検出する検出手段と、上記検出手段で検出された変位量に応じて上記サテライトステージを上記被加工物表面と高さを合わせるように調整する調整手段とを備えたので、段差を無くすようにサテライトステージと被加工物の高さが合うように制御することで、被加工物の外周のどこでもサテライトステージと高さを合わせることができるという効果を奏する。
【0057】
また、この発明の電子ビーム照射方法は、被加工物に対して微小間隔をもって対向する位置を保ち電子銃から発生される電子ビームの照射を可能とする電子ビーム照射ヘッドと、上記被加工物上を部分的に真空状態にして電子ビームを照射する上記電子ビーム照射ヘッドを固定配置する固定配置手段と、上記被加工物の径方向の移動手段と、上記移動手段上に設けられた上記被加工物の回転手段と、上記回転手段の回転軸に取り付けられた被加工物が水平に載置支持される支持手段と、上記電子ビーム照射ヘッドの先端部の電子ビーム出口に設けられた静圧浮上パッドとを備え、回転及び径方向に移動可能に支持された上記被加工物に電子ビームの照射による上記被加工物の表面の形状または材質の変化によって加工するために、上記被加工物に対する上記電子ビーム照射ヘッドの先端部の上記静圧浮上パッドの位置を制御する電子ビーム照射方法において、上記被加工物表面から微小間隔保って配置された非接触真空シール部である上記静圧浮上パッドを、上記被加工物の外周部と上記サテライトステージの中間位置にまたがって位置させる第1の移動ステップと、上記移動ステップによる上記静圧浮上パッドの上記中間位置への移動の後に、上記電子ビームの照射による上記被加工物の外周部の加工を行う加工ステップと、上記静圧浮上パッドを、上記サテライトステージ上に完全に乗り移らせ、上記サテライトステージ上の外周位置に位置させる第2の移動ステップと、上記移動ステップによる上記静圧浮上パッドの上記外周位置への移動の後に、上記被加工物の交換を部分真空状態を保持したままで行う被加工物交換ステップとを備えたので、部分真空装置において、被加工物の外周部まで加工をすることができ、さらに、被加工物の交換を、非接触真空シール部のエネルギービーム飛翔通路を真空状態に保ったままで行うことができ、一旦真空開放、再度真空引きする場合に比べ、複数枚の被加工物の処理を短時間で実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に適用される一般的な部分真空装置を説明する図である。
【図2】非接触真空シール部が被加工物外周部の限界位置にある状態を説明する図である。
【図3】本発明の実施の形態の構成例を説明する図である。
【図4】突起物の応用例を示す図であり、図4Aは被加工物の外周端部を覆うもの、図4Bは略C字形である。
【図5】本発明の実施の形態の被加工物の内側位置における作用を説明する図である。
【図6】本発明の実施の形態の被加工物の外周側位置における作用を説明する図である。
【図7】本発明の実施の形態の被加工物の交換位置における作用を説明する図である。
【図8】本発明の実施の形態を半導体ウエーハ用サテライトステージにて実施した例を示す上面図である(ウエーハ表面高さにサテライトステージ高さを合わせる機構例)。
【図9】図9は、図8の側面図およびイ矢視図であり、図9Aは側面図、図9Bイ矢視図である。
【図10】部分的に配置され、または移動するサテライトステージを示す図である。
【図11】隙間を吸引することで真空圧を維持する方法を示す図である。
【符号の説明】
1……非接触真空シール部、2……加工装置、3……被加工物、4……支持台、5……エネルギービーム(電子ビーム)、6……エネルギービーム射出孔、7……第3排気手段、8……第2リング状気体吸引溝、9……第2排気手段、10……第1リング状気体吸引溝、11……第1排気手段、12……電子銃、13……コンデンサ電子レンズ、14……制御板、15……フォーカス調整手段、16……対物電子レンズ、17……サテライトステージ、18……突起物、19……被加工物用ピンチャック、20……移動ステージ、21……真空装置架台、22……供給排出システムの搬送チャック、23……回転リング、24……リング受け台、25……アクチエータ、26……高さ測定器、27……測定器コントローラ、28……位置きめコントローラ、29……ガイド、30……段差情報、31……高さ調整機構、32……駆動機構、33……移動ガイド、34……ステージ回転機構、41……吸引用孔[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, an electron beam irradiation apparatus and an electron beam irradiation method for irradiating a workpiece with an electron beam.
[0002]
[Prior art]
As semiconductor design rules are becoming smaller, inspection processes in each process are regarded as important. For example, a scanning electron microscope using an electron beam used in the inspection process applies a narrowly focused electron beam to a sample, detects electrons coming out of the sample, draws an elephant, measures the length, and inspects defects. Perform The path of the electron beam extracted from the electron gun and the path for causing electrons having only weak energy generated at the sample to fly to the detector must be in a high vacuum atmosphere.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 6-61445
[Patent Document 2]
JP-A-2002-222749
[Patent Document 3]
JP-A-2002-257998
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional scanning electron microscope described above, the size of the wafer and display electrodes is increasing, and the size of the chamber for maintaining a high vacuum and the size of the inspection machine are increasing.
[0005]
The scanning electron microscope using a local vacuum developed by the applicant this time employs a method of drawing an elephant by creating a high vacuum region locally and flying electrons in that space. Therefore, the sample, the sample driving stage, and the like can be arranged in the atmospheric pressure, and the size of the vacuum chamber does not need to be changed even if the size of the sample changes, so that the apparatus can be made compact.
[0006]
However, in the case of a scanning microscope using a local vacuum, there has been an inconvenience that the outer peripheral portion of the sample can be measured only from the end face to a position half the diameter of the local vacuum pad. This is because the position of the local vacuum pad, which keeps the distance so that it does not come into contact with the local vacuum pad as it protrudes from the sample, may tilt and come into contact with the sample. Because it gives
[0007]
In addition, since a local vacuum is created by the differential pumping method, if the zero-order pumping deviates from the sample, the high vacuum in the chamber will be affected and the high vacuum in the chamber cannot be maintained. There was a disadvantage that it could not be done.
[0008]
[0009]
Further, when processing a plurality of workpieces, it is necessary to replace the workpieces, and the non-contact vacuum seal needs to be separated from the workpiece surface, and at this time, there is a disadvantage that the partial vacuum area cannot be maintained. there were.
[0010]
In addition, it takes a long time to evacuate until the partial vacuum region is restored after the workpiece is replaced. As a solution to this problem, Patent Document 3 proposes a method of providing a vacuum seal valve in a suction hole of a non-contact vacuum seal portion. However, when an electron beam column or the like needs to be arranged near the suction hole, a seal valve is required. There is no space to install. In addition, there is a possibility that dust may be generated due to mechanical contact for opening and closing the valve, which is not preferable.
[0011]
Therefore, the present invention has been made in view of such a point, and when measuring the outermost periphery of a sample, an electron beam irradiation apparatus that maintains a high vacuum without disturbing the posture even when a local vacuum pad comes off the sample. And an electron beam irradiation method.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The electron beam irradiation apparatus of the present invention is provided on the outer periphery or a part of the outer periphery of the workpiece, an arrangement means for arranging a flat satellite stage having the same height as the surface of the workpiece, and a satellite stage and the workpiece. And sealing means for tightly sealing the gap.
[0013]
Therefore, according to the present invention, the following operations are performed.
In the partial vacuum apparatus, a satellite stage having the same height as the surface of the workpiece is provided outside the workpiece, and a gap between the satellite stage and the workpiece is tightly sealed. Thereby, processing can be performed up to the outer peripheral portion of the workpiece. In addition, the workpiece can be replaced while maintaining a partial vacuum state.
[0014]
At this time, a local vacuum pad posture and a mechanism for preventing a decrease in vacuum pressure when an outer peripheral portion of the sample is measured by, for example, a scanning electron microscope as an electron beam irradiation device using a local vacuum pad. In a scanning electron microscope using a local vacuum pad with a vacuum chamber of a fixed size irrespective of the size of the sample, when a part of the local vacuum pad comes off the sample when measuring the outermost periphery of the sample, the local When the outermost periphery of the sample is measured, the position can be measured without deviating from the sample when the outermost periphery of the sample is measured. The high vacuum in the local vacuum pad can be maintained even if the pad comes off the sample.
[0015]
In the electron beam irradiation method of the present invention, the static pressure levitation pad, which is a non-contact vacuum seal portion arranged at a minute interval from the surface of the workpiece, straddles the intermediate position between the outer peripheral portion of the workpiece and the satellite stage. A first moving step of moving the static pressure floating pad to an intermediate position by the moving step, and then processing the outer peripheral portion of the workpiece by irradiation with an electron beam; A second moving step of completely moving onto the satellite stage and being positioned at the outer peripheral position on the satellite stage, and exchanging the workpiece after the moving of the static pressure floating pad to the outer peripheral position by the moving step. A workpiece replacement step performed while maintaining a vacuum state.
[0016]
Therefore, according to the present invention, the following operations are performed.
A non-contact vacuum seal portion arranged at a minute distance from the surface of the workpiece is positioned over the outer peripheral portion of the workpiece and the satellite stage, and the outer peripheral portion of the workpiece is processed. And the workpiece can be replaced while maintaining a partial vacuum state.
[0017]
In a partial vacuum device, even when the non-contact vacuum seal portion is applied to the outer peripheral portion of the workpiece, the non-contact vacuum seal portion and the surface of the workpiece are moved over the intermediate position between the outer peripheral portion of the workpiece and the satellite stage. Since it is possible to maintain a minute interval formed by the above, the outer periphery of the workpiece can be processed without lowering the degree of vacuum.
[0018]
In the case of processing a plurality of workpieces, when exchanging the workpieces, the non-contact vacuum seal part completely separates from the workpiece surface and moves onto the satellite stage. Can be kept.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
Embodiments of the present invention relate to a vacuum apparatus and method. More specifically, embodiments of the present invention relate to an apparatus and method for locally generating a vacuum contact between a vacuum device and a workpiece surface. For example, the present invention is applied to an electron beam scanning microscope (SEM) or an electron beam irradiation device used for recording an optical disk master. The energy beam irradiator is used in a vacuum environment (e.g., an electron beam) so that it does not collide with gas molecules before reaching the workpiece and diffuse. -5 Pa, etc.). As a means for forming a limited vacuum space in a flight path of an energy beam, a partial vacuum device is used.
[0020]
FIG. 1 shows an example of a general partial vacuum apparatus. Here, 1 is a non-contact vacuum seal portion, 2 is a processing device, 3 is a workpiece (such as a semiconductor wafer), and 4 is a support base on which the workpiece is mounted. The non-contact
[0021]
Due to the principle of differential pumping, the flight path of the energy beam 5 is kept in a limited vacuum space. The non-contact
[0022]
The processing apparatus 2 includes, for example, an electron gun 12, a condenser electron lens 13, a control plate 14, a focus adjustment unit 15, an objective electron lens 16, and the like in an electron beam irradiation apparatus such as an electron beam scanning microscope (SEM).
[0023]
Here, in the scanning electron microscope using the local vacuum technique, the diameter of the electron beam emitted from the electron gun 12 is narrowed down by the optical lens 16 or the like, and the diameter of the electron beam is reduced and accelerated. It is incident on the object 3 (sample). The electron beam applied to the workpiece 3 becomes secondary electrons and is emitted from the workpiece 3 and flies to a detector (not shown). The detector is configured to create an image using the detected secondary electrons.
[0024]
The local vacuum pad of the non-contact
[0025]
Since the local vacuum pad of the non-contact
[0026]
FIG. 2 shows a state in which the non-contact
[0027]
Specifically, although depending on the size of the
[0028]
In order to solve the above-mentioned problem, a
[0029]
Next, a configuration example of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, 3 is a workpiece, for example, a semiconductor wafer, and 4 is a support.
[0030]
FIG. 4 shows an application example of the
[0031]
In FIG. 4A, in the atmospheric pressure state, the
[0032]
Further, in FIG. 4B, in the atmospheric pressure state, the
[0033]
The operation of the embodiment of the present invention in the partial vacuum apparatus will be described with reference to FIGS.
[0034]
FIG. 5 is a diagram illustrating a positional relationship and an operation of the inner region of the workpiece 3 during processing. In FIG. 5, 1 is a non-contact vacuum seal portion, 2 is a processing device, 3 is a workpiece, 4 is a support table, 17 is a satellite stage, and 18 is a projection as already described.
[0035]
FIG. 6 is a view for explaining a positional relationship and an operation at the time of processing the outer periphery of the workpiece 3. At this time, the non-contact
[0036]
FIG. 7 is a diagram illustrating a positional relationship and an operation when the workpiece 3 is replaced. In FIG. 7, reference numeral 22 denotes a transport chuck of a supply / discharge system that receives the workpiece 3 when the workpiece is replaced. The non-contact
[0037]
On the other hand, the workpiece 3 floats from the support table 4 by the
[0038]
FIG. 8 is a top view showing an example in which the embodiment of the present invention is implemented on a satellite stage for a semiconductor wafer (an example of a mechanism for adjusting the height of the satellite stage to the wafer surface height). FIG. 9 is a side view and FIG.
[0039]
The
[0040]
As shown in the arrow A of FIG. 9B, the contact portions of the ring receivers 24-1, 24-2, and 24-3 with the rotating rings 23-1, 23-2, and 23-3 are inclined. When the rotation rings 23-1, 23-2, and 23-3 move in the horizontal direction, the
[0041]
Reference numerals 25-1, 25-2, and 25-3 denote actuators for moving the rotation axes of the rotation rings 23-1, 23-2, and 23-3 in the horizontal direction. Reference numerals 26-1, 26-2, and 26-3 denote actuators. A height measuring device capable of measuring the difference in surface height between the
[0042]
Reference numerals 29-1, 29-2, and 29-3 are guides for centering the support 4 when the
[0043]
A semiconductor wafer is circular, and a display device such as a liquid crystal substrate is rectangular. However, a satellite stage may be formed in accordance with the rectangular shape and a structure capable of closely adhering a gap may be used. In addition, a satellite stage may be formed in accordance with a shape such as a wafer notch or an orientation flat so that a gap can be closely adhered.
[0044]
According to the above-described embodiment of the present invention, first, in the partial vacuum apparatus, processing can be performed up to the outer peripheral portion of the workpiece. Second, in the partial vacuum apparatus, the workpiece can be replaced while the energy beam trajectory of the non-contact vacuum seal portion is maintained in a vacuum state. Processing of a plurality of workpieces can be realized in a short time.
[0045]
Next, another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 is a diagram showing a partially arranged or moving satellite stage.
[0046]
For example, the height can be adjusted to the same height as the upper surface of the workpiece 3 around the entire outer peripheral portion of the workpiece 3 held by the electrostatic chuck of the support table 4 or the vacuum chuck, for example, by using air pressure. The
[0047]
For example, the height difference using the air pressure of the
[0048]
The
[0049]
Further, it is also conceivable that the mechanism is not disposed on the entire outer peripheral portion of the workpiece 3 but is partially disposed, and the outer periphery of the workpiece 3 is rotated as necessary to receive a local vacuum pad. The
[0050]
After the above operation is completed, the gap sealing mechanism operates to close the gap between the workpiece 3 and the
[0051]
When the
[0052]
FIG. 11 is a diagram illustrating a method of maintaining a vacuum pressure by sucking a gap.
When the
[0053]
According to the above method, a
[0054]
By using the present invention, it is possible to measure up to the outermost periphery of the measurement sample, which is the workpiece 3, with a scanning electron microscope using a local vacuum pad. The local vacuum pad can be moved onto the
[0055]
【The invention's effect】
An electron beam irradiation apparatus according to the present invention includes: an electron beam irradiation head that maintains a position facing a workpiece at a small interval and enables irradiation of an electron beam generated from an electron gun; Fixed arrangement means for fixedly disposing the electron beam irradiation head for irradiating the electron beam in a vacuum state, radial movement means for the workpiece, and rotation of the workpiece provided on the movement means Means, a supporting means mounted on a rotating shaft of the rotating means, on which the workpiece is horizontally mounted and supported, and a non-contact vacuum seal portion provided at an electron beam outlet at the tip of the electron beam irradiation head. The workpiece is provided with a static pressure floating pad, and is rotated and moved in the radial direction. The workpiece is processed by a change in the surface shape or material of the recording medium by irradiation of an electron beam. In the electron beam irradiation apparatus for controlling the position of the static pressure floating pad at the tip of the electron beam irradiation head with respect to the work, the work is provided on the outer periphery or a part of the outer periphery of the work, An arrangement means for arranging a flat satellite stage having the same height as the object surface, and a sealing means for sealing the gap between the satellite stage and the workpiece in close contact with each other, so that the partial vacuum device Further, there is an effect that the outer peripheral portion of the workpiece can be processed in a state where the posture of the static pressure floating pad is maintained while the vacuum state of the static pressure floating pad is maintained.
[0056]
Further, the electron beam irradiation apparatus of the present invention, in the above, the detecting means for detecting the amount of displacement on the outer peripheral side of the satellite stage and the workpiece, and the satellite stage according to the amount of displacement detected by the detecting means The height of the satellite stage and the workpiece is controlled by adjusting the height of the satellite stage so as to eliminate the step, so that the height of the workpiece is adjusted. There is an effect that the height can be adjusted to the height of the satellite stage anywhere on the outer periphery.
[0057]
An electron beam irradiation method according to the present invention further comprises: an electron beam irradiation head which maintains a position facing a workpiece at a small interval and enables irradiation of an electron beam generated from an electron gun; A fixed arrangement means for fixedly disposing the electron beam irradiation head for irradiating an electron beam while partially evacuating the electron beam, a means for moving the workpiece in a radial direction, and the workpiece provided on the movement means Means for rotating the object, support means for horizontally mounting and supporting the workpiece mounted on the rotating shaft of the rotating means, and static pressure levitation provided at the electron beam exit at the tip of the electron beam irradiation head A process for changing the shape or material of the surface of the workpiece by irradiating the workpiece with the electron beam, the workpiece being provided with a pad and being rotatably and movably supported in a radial direction. An electron beam irradiating method for controlling the position of the static pressure levitation pad at the tip of the electron beam irradiating head, wherein the static pressure levitation is a non-contact vacuum seal portion arranged at a minute distance from the surface of the workpiece. A first moving step of positioning the pad over an intermediate position between the outer peripheral portion of the workpiece and the satellite stage, and after moving the hydrostatic floating pad to the intermediate position by the moving step, A processing step of processing an outer peripheral portion of the workpiece by beam irradiation, and a second step of completely moving the static pressure floating pad onto the satellite stage and positioning the pad at an outer peripheral position on the satellite stage. After the moving step and the moving of the static pressure floating pad to the outer peripheral position by the moving step, the exchange of the workpiece is partially performed. Since the method includes a workpiece replacement step performed while maintaining an empty state, it is possible to process up to the outer peripheral portion of the workpiece in the partial vacuum device, and further, the replacement of the workpiece is performed by a non-contact vacuum. It can be performed while keeping the energy beam flight path of the seal section in a vacuum state, and the processing of a plurality of workpieces can be realized in a short time as compared with the case of once releasing the vacuum and re-evacuating. To play.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a general partial vacuum apparatus applied to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which a non-contact vacuum seal portion is at a limit position on an outer peripheral portion of a workpiece;
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an embodiment of the present invention.
4A and 4B are diagrams showing an application example of a projection, in which FIG. 4A covers an outer peripheral end of a workpiece, and FIG. 4B is a substantially C-shape.
FIG. 5 is a diagram illustrating an operation at an inner position of a workpiece according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation at an outer peripheral side position of a workpiece according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view for explaining the operation of the workpiece at the replacement position according to the embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a top view showing an example in which the embodiment of the present invention is implemented on a satellite stage for a semiconductor wafer (an example of a mechanism for adjusting the height of the satellite stage to the height of the wafer surface).
9 is a side view and an arrow A view of FIG. 8, and FIG. 9A is a side view and FIG. 9B an arrow view of FIG. 9B.
FIG. 10 shows a partially arranged or moving satellite stage.
FIG. 11 is a diagram showing a method of maintaining a vacuum pressure by sucking a gap.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記被加工物の外周または外周の一部分に設けられ、上記被加工物表面と高さを合わせた平坦なサテライトステージを配置する配置手段と、
上記サテライトステージと上記被加工物との隙間を密着させて封止する封止手段と、
を備えたことを特徴とする電子ビーム照射装置。An electron beam irradiating head that can irradiate an electron beam generated from an electron gun while maintaining a position facing the workpiece at a small interval, and irradiating the electron beam with the above recording medium partially in a vacuum state Fixed arrangement means for fixedly disposing the electron beam irradiation head, radially moving means for the workpiece, rotating means for the workpiece provided on the moving means, and rotating shaft of the rotating means The workpiece attached to the workpiece is horizontally supported and supported, and comprises a static pressure floating pad which is a non-contact vacuum seal portion provided at an electron beam outlet at the tip of the electron beam irradiation head, In order to process the workpiece, which is rotatably and movably supported in the radial direction, by changing the shape or material of the surface of the recording medium by irradiating an electron beam, In the electron beam irradiation device for controlling a position on the static flotation pad of the tip portion of the child-beam irradiation head,
Arrangement means which is provided on the outer periphery or a part of the outer periphery of the workpiece, and arranges a flat satellite stage having the same height as the surface of the workpiece,
Sealing means for sealing and sealing the gap between the satellite stage and the workpiece,
An electron beam irradiation device comprising:
上記サテライトステージと上記被加工物の外周側の変位量を検出する検出手段と、
上記検出手段で検出された変位量に応じて上記サテライトステージを上記被加工物表面と高さを合わせるように調整する調整手段と、
を備えたことを特徴とする電子ビーム照射装置。The electron beam irradiation apparatus according to claim 1,
Detecting means for detecting the amount of displacement of the outer peripheral side of the satellite stage and the workpiece,
Adjusting means for adjusting the satellite stage in accordance with the displacement amount detected by the detecting means so as to match the height with the surface of the workpiece,
An electron beam irradiation device comprising:
上記被加工物表面から微小間隔保って配置された非接触真空シール部である上記静圧浮上パッドを、上記被加工物の外周部と上記サテライトステージの中間位置にまたがって位置させる第1の移動ステップと、
上記移動ステップによる上記静圧浮上パッドの上記中間位置への移動の後に、上記電子ビームの照射による上記被加工物の外周部の加工を行う加工ステップと、
上記静圧浮上パッドを、上記サテライトステージ上に完全に乗り移らせ、上記サテライトステージ上の外周位置に位置させる第2の移動ステップと、
上記移動ステップによる上記静圧浮上パッドの上記外周位置への移動の後に、上記被加工物の交換を部分真空状態を保持したままで行う被加工物交換ステップと、
を備えたことを特徴とする電子ビーム照射方法。An electron beam irradiating head that can irradiate an electron beam generated from an electron gun while maintaining a position facing the workpiece at a small interval, and irradiating the electron beam by partially vacuuming the workpiece. Fixed arrangement means for fixedly disposing the electron beam irradiation head for irradiation, means for moving the work in the radial direction, rotation means for the work provided on the movement means, and rotation of the rotation means A supporting means mounted on a shaft for horizontally supporting a workpiece, and a static pressure floating pad provided at an electron beam outlet at the tip of the electron beam irradiation head, and rotating and moving in a radial direction. The tip of the electron beam irradiating head on the workpiece is processed in order to process the workpiece, which is supposedly supported, by a change in the shape or material of the surface of the workpiece due to the irradiation of the electron beam. In the electron beam irradiation method for controlling a position on the static flotation pad parts,
A first movement for positioning the static pressure floating pad, which is a non-contact vacuum seal portion, disposed at a minute distance from the surface of the workpiece, over an outer peripheral portion of the workpiece and an intermediate position between the satellite stage; Steps and
After moving the static pressure levitation pad to the intermediate position by the moving step, a processing step of processing an outer peripheral portion of the workpiece by irradiation of the electron beam,
A second moving step of completely moving the static pressure floating pad on the satellite stage and positioning the pad at an outer peripheral position on the satellite stage;
After the moving of the static pressure floating pad to the outer peripheral position by the moving step, a workpiece replacing step of exchanging the workpiece while maintaining a partial vacuum state,
An electron beam irradiation method, comprising:
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2022024555A1 (en) * | 2020-07-27 | 2022-02-03 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Processing apparatus |
-
2003
- 2003-03-13 JP JP2003068771A patent/JP2004281141A/en active Pending
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