JP2006173445A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、試料を載置する際の位置ずれが生じない荷電粒子線装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、台座に置かれる試料保持台と、ウエハを含む試料を試料保持台に上げ下げする試料上下手段とを有する試料交換室が備わる荷電粒子線装置において、試料保持台に前記試料を載せる際に、試料保持台と前記試料との合わせ面に介在する気体を抜くことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子線装置に備わる試料交換室の改良に関する。

試料交換室では、半導体のウェハ等を含む試料を試料保持台に載せたり、外したりする試料の着脱が行なわれる。本発明は、この試料の着脱自在に関するものである。

荷電粒子線装置は、例えば、特開平１１−１２６７３９号公報（特許文献１）、特開２００３−１７２７１５号公報（特許文献２）に示すように試料交換室を有する。試料交換室は、荷電粒子線装置の本体と、試料を保管する試料保管室との間にあって試料保持台に上げ下げし、かつ試料の受け渡しを行う。

特開平１１−１２６７３９号公報 特開２００３−１７２７１５号公報

試料の表裏面の高平坦化に伴い、高平坦精度に仕上がった試料を試料保持台に載せる際に、試料交換室の試料保持台上で試料が僅かに滑って出来る試料の位置ずれが確認された。

また、試料を試料保持台から外す際に、試料保持台が一緒に持ち上がり、試料が試料保持台から容易に脱離されないという問題が生じた。

本発明は、上記の問題に対処し、試料を載置する際の位置ずれが生じない荷電粒子線装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記の問題に対処し、試料が試料保持台から容易に脱離できる荷電粒子線装置を提供することを目的とする。

本発明は、試料保持台を着脱自在に載置する台座と、ウエハを含む試料を試料保持台に上げ下げする試料上下手段とを有する試料交換室が備わる荷電粒子線装置において、試料保持台に前記試料を載せる際に、試料保持台と前記試料との合わせ面に介在する気体を抜くことを特徴とする。

本発明によれば、試料の載置位置ずれの生じない荷電粒子線装置を提供できる。また、試料が試料保持台から容易に脱離できる荷電粒子線装置を提供できる。

本発明の実施形態に係わる実施例について、図１〜図５に沿って説明する。

まず、荷電粒子線装置の一例である電子線描画装置を示す図５を引用して説明する。

電子線描画装置の本体１は、電子銃２、電子銃２が発する電子ビーム３を制御するアパーチャ４、レンズ５、偏向板６、試料室７に設けられたステージ１０を有する。そして、ステージ１０に試料保持台８、半導体のウエハを含む試料９を載置させ、試料９に電子ビーム３を照射して描画を行なう。

待機室２０、試料交換室２１、および試料保管室２２は、荷電粒子線装置の付属設備として本体１に隣接して設けられる。試料９は、試料保管室２２、待機室２０、試料交換室２１、本体１との間で受け渡しが行なわれる。待機室２０には、試料保持台８に載った試料９を上げ下げするエレベータ機構１１を有する。

試料保持台搬送装置２３は、試料交換室２１、待機室２０、本体１の間で、試料９を載せた試料保持台８の移送を行なう。試料保管室２２には、多数の試料が棚に保管され、ここに備わる搬送ロボット（図示せず）によって、試料交換室２１との間で、試料の受け渡しが行なわれる。

第１のシャッター２４は、試料の搬送を行なう待機室２０、本体１との間の搬送口を開閉する。第２のシャッター２５は、試料の搬送を行なう待機室２０、試料交換室２１との間の搬送口を開閉する。第３のシャッター２６は、試料保管室２２に向いた試料交換室２１の搬送口を開閉する。この搬送口は大気に開口している。

試料保管室２２と試料交換室２１との間での試料の受け渡しは、第３のシャッター２６を開いて行なう。このときには、第２のシャッター２５は閉じられている。

試料交換室２１と待機室２０との間での試料の受け渡しは、第２のシャッター２５を開いて行なう。このときには、第３のシャッター２６は閉じられている。

待機室２０と本体１との間での試料の受け渡しは、第１のシャッター２４を開いて行なう。このときには、第２のシャッター２５は閉じられている。

次に本発明の主要部に関する実施例について、図１〜図４を引用して説明する。

試料交換室２１は、試料保持台８を着脱自在に載せる台座３０と試料保持台８が台座３０に着座していることを検知する着座検知センサ３１と、試料保持台８にウエハである試料９を上げ下げする試料上下手段としての試料上下機構３２を有する。

試料上下機構３２は、上下に延在する複数の支持ピン３３と、上下に延在する基軸３４を有する。低真空孔３５は、基軸３４、支持ピン３３を貫くように形成され、支持ピン３３の上端に開口している。

試料上下機構３２の基軸３４は、試料交換室２１の底に軸受（図示せず）を介して上下方向に摺動自在に支持される。軸受の下側に真空シール３６を設け、軸受の隙間から漏れる気体のシールを行なう。

上下駆動部３７は、試料上下機構３２を上下に動かす駆動源で、モータまたはエアシリンダ等のアクチュエータを備えている。

試料保持台８は、複数の貫通ガイド孔３８を有する。貫通ガイド孔３８は、試料保持台８の厚さ方向である上下方向に貫通するように形成され、直径が８ｍｍである。この貫通ガイド孔３８に試料上下機構３２の支持ピン３３が上下移動自在に挿入される。試料上下機構３２を上げると、試料上下機構３２を上げると試料９が支持ピン３３の上端に載置され、試料上下機構３２を下げると、試料９が試料保持台８の上に載置される。試料９の試料保持台８への着脱は、試料上下機構３２の上下により行なわれる。

試料保持台８は、図４に示すように上面に多数の突起３９を有する。突起３９は、ピンのような形状を有し、高さが数μｍ〜１０μｍ程度、直径が１ｍｍ程度である。試料９は、多数の突起３９の上に載るようにして試料保持台８の上に置かれる。

試料保持台８は、高平坦静電チャック５０を有する。高平坦静電チャック５０は、ステージ１０の上で試料９のウエハを高平坦保持するために機能する。

多数の突起３９は、ウエハの裏面に異物が付着するのを軽減するために設けられた。すなわち、ウエハに付着していた微細塵や、電子描画で切削された微細塵が試料保持台８の上に蓄積し、その微塵埃がウエハに再付着する。試料保持台８の上面に多数の突起３９を設けることにより、微細塵が突起３９の間の凹部に落ち、ウエハへの再付着が抑えられるのである。

突起３９の高さは、高い方が微細塵の再付着抑制では有利になるが、高平坦静電チャック５０の静電吸引力が減少するので、数μｍ〜１０μｍ程度が限度である。

試料保持台８は、吸気孔５１を有する。吸気孔５１は、試料保持台８の厚さ方向である上下方向に貫通するように形成され、直径が５ｍｍ程度である。この吸気孔５１は、複数個、備えることも可能である。

吸気孔５１の口縁には、図４に示すように、試料保持台８の上面側に環状突起５２を設ける。この環状突起５２は、突起３９とほぼ同じ高さに形成する。試料保持台８に試料９が載置された際には、環状突起５２の先端が試料９の裏面に接合する。

図１に示す吸着口部材５３は、吸着口を有する。この吸着口部材５３は、試料保持台８の裏面の吸気孔５１に宛がうように置かれる。吸着口部材５３は、押しバネ６０を含む押圧手段により、吸気孔５１に押し付けられ、吸着口部材５３と吸気孔５１の接合部の気密を高めている。

試料保持台８の下面に気密性を保ちながら押付けるために、押しバネ６０のバネ力は試料保持台８の重量より小さくしている。試料保持台８を台座３０から持ち上げるように離すことにより、吸着口部材５３は、吸気孔５１から離れる。

試料保持台８は、図２、図３に示すように、載置する試料９の位置決めを図る抑え突起４０、ノッチクランプ機構４１を有する。試料９は、ノッチクランプ機構４１のノッチレバーが倒されている状態で、搬送ロボットにより運ばれて、試料保持台８に置かれる。ノッチレバーを立て、試料９の外周に設けたノッチにノッチレバーを嵌めることにより、試料９は正しい位置にセットされる。

低真空系装置５４は、図１に示すように第１の低真空系の低真空源５５と、第２の低真空系の低真空源５６とを有する。

第１の低真空系には、圧力検知スイッチ９０、電磁弁５７、流量制御器５８、低真空配管５９が設けられる。この第１の低真空系は、吸着口部材５３に連通する。

第２の低真空系には、圧力検知スイッチ９１、電磁弁７０、流量制御器７１、低真空配管７２が設けられる。この第２の低真空系は、試料上下機構３２の低真空孔３５に連通する。

第１の低真空系の電磁弁５７と流量制御器５８の間は、電磁弁７３、低真空配管７４を介して試料交換室２１内に連通する。

第２の低真空系の電磁弁７０と流量制御器７１の間は、電磁弁７５、低真空配管７６、低真空配管７４を介して試料交換室２１内に連通する。

流量制御器５８と流量制御器７１とは、一方向の気体の流量のみを制御する。

低真空源５５から吸着口部材５３に至る第１の低真空系の流路を流路Ａと言う。

低真空源５６から低真空孔３５に至る第２の低真空系の流路を流路Ｂと言う。

試料交換室２１内から低真空配管７４、電磁弁７３、流量制御器５８、低真空配管５９を介して吸着口部材５３に至る流路を流路Ｃと言う。

試料交換室２１内から低真空配管７４、低真空配管７６、電磁弁７５、流量制御器７１、低真空配管７２を介して低真空孔３５に至る流路を流路Ｄと言う。

真空排気装置８０は、図１に示すように、真空ポンプ８１を有する。真空ポンプ８１はバルブ８２、配管８３を介して試料交換室２１内に連通する。配管８３には、Ｎ２ガスを流入するリークバルブ８４が設けられる。

次に動作について説明する。

ここでは、試料交換室内で行われる試料保持台への試料の着脱を主に説明する。

搬送ロボットにより、試料９が試料保管室２２から試料交換室２１に運び込まれる。試料交換室２１は、大気圧の状態になっている。

前もって、台座３０に置かれた試料保持台８の真上に、搬送ロボットのアームに載った試料９が来る。試料上下機構３２の上昇作動で、支持ピン３３が試料保持台８の上面から突き出るように上昇し、支持ピン３３の上端が搬送ロボットのアームより数ｍｍ高い位置に達したところで、試料９の下面に上端が当接する。

この当接で試料９の載置は、搬送ロボットから試料上下機構３２に移る。このとき、電磁弁７５を閉じ、電磁弁７０を開き、低真空源５６が作動し、第２の低真空系の流路Ｂを通じて試料上下機構３２の低真空孔３５に低真空の吸引が行われている。
このため、支持ピン３３の上端が、試料９の下面に当接すると、低真空孔３５が閉鎖されて圧力検知スイッチ９１が圧力低下を検知する。この圧力検知スイッチ９１の圧力低下検知により、試料９が試料上下機構３２に載置されたことを確認できる。

この確認が得られると、低真空源５６を止め、電磁弁７０を閉じ、電磁弁７５を開く。これにより、流路Ｄが開通し、低真空孔３５内は試料交換室２１と同じ大気圧に戻される。

引き続き、電磁弁７３を閉じ、電磁弁５７を開き、低真空源５５を作動し、第１の低真空系の流路Ａ、吸着口部材５３を通じて吸気孔５１内の吸引が行なわれる。この吸引とともに上下駆動部３７を作動して試料上下機構３２を降下することにより、試料９が試料保持台８に載置される。試料上下機構３２は、支持ピン３３の上端が試料保持台８の下面から数ｍｍ下がった位置で止められる。

試料９が試料保持台８に載置されると、環状突起５２の先端が試料９の裏面が接合して吸気孔５１は閉じられるため、圧力検知スイッチ９０が圧力低下を検知する。この圧力検知スイッチ９０の圧力低下検知により、試料９が試料保持台８に載置されたことを確認できる。

試料保持台８への載置が確認ところで、低真空源５５を止め、電磁弁５７を閉じ、電磁弁７３を開く。これにより、流路Ｃが開通し、吸気孔５１内は試料交換室２１と同じ大気圧に戻される。

このようにして、試料９は試料保持台８にされるのであるが、試料保持台８への試料９の着地について更に詳しく述べる。

試料９が試料保持台８の上面に着地する際に、試料９と試料保持台８との合わせ面に気体が薄膜状に介在するので、試料９は薄膜状の気体に載った状態になる。このため、試料保持台８は薄膜状の気体に載って試料保持台８の上で滑り、位置ずれを来たす。この位置ずれは、試料９の表裏面の高平坦化を伴い生じ易くなる傾向にある。

しかし、試料９を試料保持台８に載置する際には、吸気孔５１内の吸引が第１の低真空系の流路Ａ、吸着口部材５３を通じて行なわれるので、試料９と試料保持台８との合わせ面に介在する気体は吸われてなくなる。

このため、試料９を試料保持台８に載置する際に、試料保持台８の上で滑って位置ずれすることが無くなる。試料９の位置ずれが生じないので、試料９の外周のノッチにノッチレバーが嵌められ、試料９は正しい位置にセットされる。ノッチレバーが試料９のノッチに嵌るので、試料９は試料保持台８に確実に保持される。

なお、試料保持台８に設けた多数の突起３９は、高さが数μｍ〜１０μｍ程度であるが、この突起３９の高さを高くすることにより、試料９と試料保持台８との合わせ面に介在する気体を無くすることができる。しかし、突起３９の高さを高くすると、高平坦静電チャック５０の吸引力が減少し、高平坦静電チャック５０の機能を損ねる。このため、試料９と試料保持台８との合わせ面に介在する気体は、吸引により抜くのが望ましいのである。

試料９の取り外しについて述べる。

荷電粒子線装置の本体１内で描画加工を終えた試料９は、試料保持台８に載せられたまま待機室２０を経て試料交換室２１に戻る。ここで、試料９は次のようにして試料保持台８から外される。

電磁弁５７と電磁弁７０を閉じ、電磁弁７３と電磁弁７５を開いて試料交換室２１を真空状態に保ったまま、試料上下機構３２を上昇させることにより、試料９は試料保持台８から試料上下機構３２に載置替えされる。試料９が搬送ロボットのアームより数ｍｍ高い位置に来たところで、試料上下機構３２の上昇作動を止める。

試料上下機構３２を止めたら、真空排気装置８０のバルブ８２を閉じ、リークバルブ８４を開き、Ｎ２ガスを封入して試料交換室２１を大気に開放する。

このとき、電磁弁７０が閉鎖、電磁弁７５が開放になっているので、試料９を載置する支持ピン３３の低真空孔３５内も、流路Ｄを通して試料交換室２１と同じような大気開放となる。

試料上下機構３２への試料９の載置確認は、圧力検知スイッチ９１で行なう。

すなわち、電磁弁７５を閉じ、電磁弁７０を開き、低真空源５６を作動させているので、支持ピン３３の低真空孔３５に吸引が行なわれている。試料上下機構３２の上昇で、支持ピン３３の上端に試料９が載ると、低真空孔３５が閉鎖されるので、圧力検知スイッチ９１は圧力低下を検知する。この圧力検知スイッチ９１の圧力低下検知により、試料９の載置が確認される。

試料９の載置確認が行なわれたら、再度、電磁弁７０を閉じ、電磁弁７５を開いて試料上下機構３２の低真空孔３５内を大気開放にする。ここで、搬送ロボットのアームを試料９と試料保持台８の間に差し込み、試料上下機構３２を降下させると、試料９はアームに載せられる。

このようにして、試料９は試料保持台８から外されるが、従来は試料交換室２１を大気圧に戻してから行なっていた。

しかし、試料９の表裏面の高平坦化を伴い、試料９と試料保持台８との合わせ面の気密性が高まり、試料９と試料保持台８の周りが大気圧に戻されても合わせ面は真空状態のままになってしまう。試料上下機構３２を上昇させて試料９を外そうとすると、試料保持台８も一緒に持ち上がり、試料９を試料保持台８から外すことができない。

試料交換室２１の真空状態では、試料９や試料保持台８の周りと、合わせ面との間に気圧差がなくなる。試料交換室２１を真空状態にすることにより、試料９を試料保持台８から容易に外すことができる。

本発明の実施例に係わるもので、試料交換室、真空排気装置、および低真空系装置を含めた系統を示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、試料交換室の内部を上から見たところを示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施例に係わるもので、図３のＰ部拡大図である。 本発明の実施例に係わるもので、電子線描画装置の全体概要を示す図である。

符号の説明

８…試料保持台、９…試料、２１…試料交換室、３０…台座、５１…吸気孔。

Claims (9)

1. 試料保持台を着脱自在に載置する台座と、ウエハを含む試料を前記試料保持台に上げ下げする試料上下手段とを有する試料交換室が備わる荷電粒子線装置において、
   前記試料保持台に前記試料を載せる際に、前記試料保持台と前記試料との合わせ面に介在する気体を抜くことを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 試料保持台を着脱自在に載置する台座と、ウエハを含む試料を前記試料保持台に上げ下げする試料上下手段とを有する試料交換室が備わる荷電粒子線装置において、
   前記試料保持台に前記試料を載せる際に、前記試料保持台と前記試料との合わせ面に介在する気体を抜く吸引手段を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 試料保持台を着脱自在に載置する台座と、ウエハを含む試料を前記試料保持台に上げ下げする試料上下手段とを有する試料交換室が備わる荷電粒子線装置において、
   前記試料保持台に前記試料を載せる際に、前記試料保持台と前記試料との合わせ面に介在する気体を抜く吸気孔を前記試料保持台に設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項３記載の荷電粒子線装置において、
   前記吸気孔は前記試料保持台の厚さ方向に貫抜かれ、
   前記合わせ面の裏面あたる前記吸気孔の部位に宛がう空気を抜く吸引手段の吸着口部材を有することを荷電粒子線装置。
5. 請求項４記載の荷電粒子線装置において、
   前記吸着口を宛がう方向に押すところの押しバネを含む押圧手段を設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 試料保持台を載置する台座と、ウエハを含む試料を前記試料保持台に上げ下げする試料上下手段とを有する試料交換室が備わる荷電粒子線装置において、
   試料保持台は、上下方向に貫かれる複数の貫通ガイド孔を有し、
   前記試料上下手段は、前記貫通ガイド孔に上下移動自在に挿入される複数の支持ピンを有し、
   前記試料上下手段が降下して、前記支持ピンの上端に載置する前記試料が前記試料保持台に載置替えされる際に、前記試料保持台と前記試料との合わせ面に介在する気体を抜く吸気孔を前記試料保持台に設けたことを荷電粒子線装置。
7. 請求項６記載の荷電粒子線装置において、
   複数の支持ピンは、上端に開口する低真空孔を有し、
   前記低真空孔に連通する第１の低真空系と、前記吸気孔に連通する第２の低真空系とを有し、
   前記試料が前記試料保持台に載置替えされる際には、前記低真空孔を前記第１の低真空系から遮断して大気に連通し、かつ前記第２の低真空系により前記合わせ面に介在する気体を抜くことを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 試料保持台を着脱自在に載置する台座と、ウエハを含む試料を前記試料保持台に上げ下げする試料上下手段とを有する試料交換室が備わる荷電粒子線装置において、
   前記試料上下手段を上昇させて前記試料保持台から前記試料を持ち上げる際に、前記試料交換室を真空に保つことを特徴とする荷電粒子線装置。
9. 請求項８記載の荷電粒子線装置において、
   前記試料保持台より前記試料を離間させてから前記試料交換室を大気に開放させることを特徴とする荷電粒子線装置。
   

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