JP2008226509A

JP2008226509A - 走査電子顕微鏡

Info

Publication number: JP2008226509A
Application number: JP2007059358A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Seya; 英一瀬谷
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2008-09-25
Also published as: US20080217534A1

Abstract

【課題】
本発明は、静電チャックのクリーニングを容易にし、また静電チャック汚染による不稼働時間を低減可能な走査電子顕微鏡の提供を目的とする。
【解決手段】
上記課題を解決するために、電子ビームによる測定，観察を行うために予備排気室を経由して、試料を導入する電子顕微鏡において、前記予備排気室とは異なる静電チャックの交換室と、当該交換室を真空排気するための真空ポンプを備えた電子顕微鏡を提案する。このような構成によれば、静電チャックのために試料室を大気に戻す必要がなく、且つ静電チャックの清浄化を効果的に行うことが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は走査電子顕微鏡に係り、特に静電チャックのクリーニング機構を備えた走査電子顕微鏡に関する。

半導体検査計測用途に用いる電子顕微鏡には高スループット化が求められるため、ウェハを位置決めする移動ステージの高速化が図られており、これに伴って移動ステージにウェハを強固に固定するため静電吸着力を利用した静電チャックが用いられる。このような静電チャックの表面には、静電チャックの残留電界等の影響により、異物が付着することがある。このような異物を効果的に除去する手法として、特許文献１や特許文献２には、粘着テープを試料の搬送経路に沿って搬送させ、その過程にある異物を吸着除去する例が説明されている。また特許文献２には、静電チャック表面に記載を吹き付けて、表面に付着した異物を吹き飛ばす技術が説明されている。

特開２００３−２０９０３４号公報特開２００６−２２９１２２号公報

しかしながら、特許文献１，２に説明されているような粘着テープを搬送して静電チャックをクリーニングする手法では、チャック表面での異物の量が多いときには、当該異物を完全に除去することは難しく、このような場合には、試料室を大気に開放し、クリーニングする必要がある。

ところで、昨今の電子ビーム、或いはイオンビームを用いた半導体測定，検査装置は、半導体ウェハの大径化に伴い、ウェハを保持する真空室（試料室）が大型化し、内部容積が非常に大きなものとなっている。

このような一旦試料室を大気に真空室を開放すると、元の使用状態まで復旧するのに非常に時間がかかるという問題がある。

更に、半導体製造プロセスは異物を嫌うため、測定，検査装置においても試料に異物を付着させないような低異物性が要求される。昨今はウェハ表面のみではなく裏面に関しても低異物化が要求され、直径３００mmのウェハに対し、０.２μｍ以上の異物の付着数を、数百個以下程度に抑える必要があるとされている。また、今後さらに半導体素子の微細化が進行すると、許容される異物のサイズや付着数はそれに伴って小さくなっていくものと考えられる。

静電チャックを用いると、裏面の異物は増加する傾向がある。その理由はウェハ裏面が静電チャックの表面に吸着される際に微小な滑りを生じて粉粒を発生するためと言われている。さらに問題なのは、以前のプロセスにおいてウェハ側面にレジストや蒸着薄膜が回りこんでいて、吸着の際にそれが破壊されて粉状の異物となることで、このような現象が起こるとそれ以降のウェハには裏面に大量の異物が付着することになってしまう。

そこで静電チャックを用いる際には、定期的なクリーニングおよび付着異物量が増加した際のクリーニングを行うことが必要となる。定期的なクリーニングは通常３ヶ月に１回程度の頻度で、試料室を大気に開放し（例えば上蓋を開けて大気開放する）、静電チャックを取出して有機溶剤を用いて不繊布によるワイピングを行う等の方法を用いることが多い。

また、異物発生時のクリーニングは通常、クリーニング用のダミーウェハの搬送，吸着を数枚程度連続して行い、静電チャック表面の異物をダミーウェハ裏面に付着させて取出す方法等により行われる。しかし、チャック表面の異物の量が多い場合には完全に除去するのが難しく、このような場合には臨時に試料室大気に開放し、定期的クリーニングと同様の方法で異物除去を行う必要が生じる。

ところが試料チャンバの蓋を開けるクリーニングでは、容積の大きな試料室を大気圧に戻さなければならず、再度電子線観察が可能な１０のマイナス４乗程度の真空にするためには通常数時間程度以上を要し、装置の不稼働時間が長くなる問題があった。また作業において逆に試料室内部を汚染してしまうことを避けるため、熟練した保守作業者が行う必要があること、などの問題点を有していた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、静電チャックのクリーニングを容易にし、また静電チャック汚染による不稼働時間を低減することによって、装置稼働率の向上や保守コストの低減を図ることを目的としている。

上記課題を解決するための本発明の一態様では、電子ビームによる測定，観察を行うために予備排気室を経由して、試料を導入する電子顕微鏡において、前記予備排気室とは異なる静電チャックの交換室と、当該交換室を真空排気するための真空ポンプを備えた電子顕微鏡を提案する。このような構成によれば、静電チャックのために試料室を大気に戻す必要がなく、且つ静電チャックの清浄化を効果的に行うことが可能となる。

上記構成によれば、試料室を大気に開放しない状態で、静電チャックの交換が可能となるので、装置の不稼働時間を抑制し、静電チャックの汚れに依らず、高効率稼働を実現することが可能となる。

試料チャンバと、ウェハロード室と、試料チャンバ内に設けられた移動ステージと、ウェハを移動ステージ上に固定するための静電チャックを備えた半導体検査計測用電子顕微鏡において、試料チャンバの上蓋を開けることなしに静電チャックが着脱可能な静電チャック固定機構を移動ステージ上部に設けるとともに、該試料チャンバの側面に静電チャックを取出す開口部を設けた静電チャック室と、静電チャックを静電チャック室と試料チャンバの間で搬送する搬送機構を設ける。これにより、静電チャックのクリーニングのために試料室を大気圧に戻す必要が無くなり、真空引きの間に装置の運転を停止させておく必要が無くなる。また、静電チャックをクリーニングする際に試料室内を誤って汚染することが無いため、未熟な作業者によってもクリーニング作業を行うことができるようになる。

また本発明の一形態ではさらに、上記の静電チャック室内に、複数の静電チャックを保持してＺ方向に移動可能なＺ移動機構を設ける。これにより、予備の静電チャックを常に格納しておき、静電チャック汚染が発生した場合にオペレータレベルで静電チャックの交換を行うことが可能になる。この結果、装置の不稼働時間は従来と比較して極めて小さいものとすることができる。

以下、添付図面に示した本発明の実施形態につき説明する。図３は、本発明の一実施例である半導体測長用走査電子顕微鏡(Critical Dimension-Scanning Electron Microscope，ＣＤ−ＳＥＭ) の側面図であり、図１は同電子顕微鏡の平面図を示す。本装置はウェハ表面に電子線を照射し、その照射によって生じる二次電子等を検出して、表面に形成された回路パターン等の観察や寸法測定を行う機能を有する。

本装置は、電子線を微小なビームに絞ってウェハ１に照射し、ウェハからの二次電子を検出して顕微鏡像を形成する電子光学系カラム２，観察および測定の対象となるウェハを真空状態に維持する為の試料チャンバ（試料室）３、及び、試料チャンバ内にウェハを出し入れするためのウェハロード室（ロードロック室）４を備える。ウェハロード室４には、図示しない真空ポンプが接続されており、試料チャンバ３へのウェハ導入時には、ウェハロード室４へのウェハ導入後、真空排気を行い、真空チャンバと同等の真空状態とした上で、ウェハロード室４と試料チャンバ３との間に設けられたバルブを開放し、ウェハを試料チャンバ３に導入する。新しいウェハを試料チャンバ３に導入した後、バルブを開放した状態で、測定済みのウェハをウェハロード室４に搬出し、ウェハロード室４を大気開放した後、外部にウェハを取出す。

試料チャンバ３は、ウェハ１を電子線に対しＸＹ平面内で任意の位置に位置決めするウェハステージを有しており、このウェハステージは、ベース２０，Ｘテーブル２２，Ｙテーブル２４より概ね構成されている。

Ｙテーブル２４上には、固定車輪４１，可動車輪４２からなる静電チャック固定機構を介し、ウェハ１を静電吸着により固定する為の静電チャック１１が設けられている。

ウェハの観察，測定を実施する際は、図示しない大気側ウェハ搬送系よりウェハロード室４に搬入されたウェハが、ウェハロード室を真空引き後に、ウェハロード室内に設けられたウェハ交換機構によって静電チャック１１上に搬送され、吸着固定される。次いで観察，測定が実施され、それらが完了すると、再度ウェハ交換機構によってウェハロード室４に搬出され、大気リークを経て大気側ウェハ搬送系に移送される。通常の使用状態では、静電チャック１１は固定状態のままである。

走査電子顕微鏡の各構成は図示しない制御装置にて適切な制御がなされる。

次に、汚染や定期メンテナンスのために静電チャックを交換する際の動作を図１および図４（ａ）から（ｃ）を用いて説明する。図１に示すように、静電チャック室６は試料チャンバ３の側面に設けられ、内部には試料チャンバ３の真空を仕切る為のゲートバルブ
３２，静電チャックをＺ方向に移動させる為のＺ移動機構３４およびＺレール３６，搬送アーム３１が設けられている。また図４（ａ）に示すように、Ｚ移動機構３４は２枚の静電チャックが保持できるように構成されており、図においては予備の静電チャック１２が保持されている。また、静電チャック室６には図示しない真空ポンプが接続されており、ウェハロード室４と同様に、静電チャックの交換時に、その内部を試料チャンバ３と同等の真空状態となるよう真空排気される真空排気室として機能する。

静電チャックを交換する際には、以下の手順で行う。
（１）まずウェハを排出し、Ｙテーブル２４を図１に示す静電チャック交換位置に移動する（図４（ａ））。
（２）次いで、ゲートバルブ３２を開け、搬送アーム３１により静電チャック１１を引き出し、Ｚ移動機構３４の空きスロットに保持する（図４（ｂ））。
（３）Ｚ移動機構３４を移動し、予備の静電チャック１２の高さを交換位置に合わせ搬送アーム３１により押し込んでＹテーブル２４上の静電チャック固定機構に装着する（図４（ｃ））。

この手順によれば、リークや真空引き等を交換中に行う必要が無い為、静電チャック交換作業はオペレータレベルで、約３０秒で完了し、次の観察，測定作業へ移行することが可能である。

また、汚染した静電チャック１１は、Ｚ移動機構３４により真空チャック室６の上部まで移動し、大気リークの後、真空チャック室６の上部に設けた開口部５１より取出して、次の交換に備えクリーニング作業を実施するが、この作業は概ねウェハ観察，測定と並行して行える為、装置の不稼働時間を増加させることは無い。開口部５１はシール面を斜面とすることにより、作業者による静電チャックの取出しを容易にする構造を採用している。

なお、図において未使用の予備静電チャック１２をＺ移動機構３４の上側のスロットに装着し、汚染した静電チャック１１には下側のスロットを用いているが、これを逆にすると、静電チャック１１や機構部分から発生した異物が未使用の静電チャック表面に付着する恐れがあり、望ましくない。すなわち、Ｚ移動機構３４の制御にあたっては、未使用の静電チャックが必ず上側のスロットを使用するように行うことが望ましい。

更に、本例装置は、ウェハと静電チャックが異なるルートを経て、大気側に排出されるよう構成されているため、異物等が付着した静電チャックから落下した異物等がウェハに付着し、そのウェハが移動することによって、異物が拡散するような事態を防ぐことができる。

図５は、静電チャックの交換手順の具体例を示すフローチャートである。試料チャンバ３から、ウェハが排出（Ｓ５００１）された後、図示しない制御装置は、静電チャックのクリーニング指示が出ているか否かを判断（Ｓ５００２）する。クリーニングの指示が出ている場合には、前もって静電チャック室６は真空排気され、所定の真空値となるように制御される。その後、ゲートバルブ３２が開放（Ｓ５００３）され、静電チャックが試料チャンバ３から静電チャック室６に回収（Ｓ５００４）される。その後、既にクリーニング済みの静電チャックが、静電チャック室６から試料チャンバ３に搬入（Ｓ５００６）され、ゲートバルブ３２が閉じられる（Ｓ５００６）。その後、装置が通常稼働し、新たな測定ウェハが試料チャンバ３に導入される（Ｓ５００７）。

以上のようなシーケンスに基づいて、装置を動作させることによって、装置の不稼働時間を極小化しつつ、静電チャックを交換することが可能となる。

本例では、静電チャック固定機構としてＹテーブル２４に配置した３つの固定車輪４１と１つの可動車輪４２を用いている。固定車輪により静電チャック１１の位置が決められ、可動車輪により押さえを行う。図２に示すように、静電チャック１１の可動車輪４２があたる部位に窪みを設け、ステージ移動に伴う慣性力によっても固定位置のズレが生じない構造としている。なお、静電チャックの固定方法は図示による方法に限定されるものではなく、電気アクチュエータやガス封入ベローズを用いる等、種々の方法が可能である。

交換に伴う静電チャックへの給電は、Ｙテーブル上面に設けた接触電極から行うことが可能だが、本構造においては固定車輪４１の内の一部を周囲から絶縁し、給電端子として用いることも可能である。

なお、本開示例においては取出した静電チャックのクリーニングは作業者が行うが、本構造の静電チャック取出し側に超音波洗浄装置や、ブラシ洗浄装置等を結合して自動洗浄を行うことが可能なことは、同業者には容易に理解されよう。

上記本発明の一例に係る電子顕微鏡は、上記のような構成を有するので、静電チャックのクリーニングのために試料室を大気圧に戻す必要が無くなり、真空引きの間に装置の運転を停止させておく必要が無くなる。また、静電チャックをクリーニングする際に試料室内を誤って汚染することが無いため、未熟な作業者によってもクリーニング作業を行うことができるようになる。

また、予備の静電チャックを常に格納しておくため、静電チャック汚染が発生した場合にオペレータレベルで静電チャックの交換を行うことが可能になる。この結果、装置の不稼働時間は従来と比較して極めて小さいものとすることができる。

本発明の一実施例である電子顕微鏡の概略平面図である。静電チャック固定方法の詳細図である。図１に説明した電子顕微鏡の側面図である。静電チャック交換の手順を示す図である。静電チャックの交換手順の具体例を示すフローチャート。

符号の説明

１ウェハ
２電子光学系カラム
３試料チャンバ
４ウェハロード室
６静電チャック室
１１静電チャック
１２予備の静電チャック
２０ベース
２２Ｘテーブル
２４Ｙテーブル
２６Ｘレール
２８Ｙレール
３１搬送アーム
３２ゲートバルブ
３４Ｚ移動機構
３６Ｚレール
４１固定車輪
４２可動車輪
４４支持車輪
５１開口部

Claims

試料を静電チャックにより保持する静電チャックと、試料雰囲気を真空状態に保持する試料室と、当該試料室に試料を導入するときに、当該試料が存在する雰囲気を真空排気するロードロック室を備えた走査電子顕微鏡において、
前記試料室には、前記ロードロック室とは異なる真空排気室が接続され、当該真空排気室には、前記静電チャックを前記試料室と当該真空排気室間にて搬送する搬送機構が設けられていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１において、
前記真空排気室内には、前記真空チャックを複数保持して、上下動する移動機構が設けられていることを特徴とする走査電子顕微鏡。
請求項１において、
前記静電チャックは、前記試料の移動経路とは異なる経路を通って、前記真空排気室に搬送されることを特徴とする走査電子顕微鏡。