JP2010146927A - 試料搬送機構、及び試料搬送機構を備えた走査電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、試料搬送中に、試料に付着した異物の除去を行う試料搬送機構、及び試料搬送機構を備えた走査電子顕微鏡の提供を目的とする。
【解決手段】
上記目的を達成するための一態様として、試料を裏面から支持する試料搬送用ハンドを備えた試料搬送機構であって、前記試料を吸着して保持する吸着機構と、当該吸着された試料と、前記試料搬送ハンド間に形成される閉空間内で、試料に気体を吸着する吸着機構と、当該閉空間内の気体を吸引する吸引機構を備えた試料搬送機構を提案する。更に走査電子顕微鏡内で発生した異物を、試料カセット等に持ち込まないように、走査電子顕微鏡鏡体と試料カセットとの間に設けられた試料搬送用ハンドに設けられた異物除去機構によって、異物を回収する走査電子顕微鏡を提案する。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の試料を搬送する試料搬送機構に係り、特に吸着機構を備えた試料搬送機構、及び試料搬送機構を備えた走査電子顕微鏡に関する。

電子線を用いてウェーハを観察する装置では、搬送ロボットがウェーハ格納箱であるカセットからウェーハを取り出し装置内に搬送する。搬送ロボットのアームの先端にはウェーハを保持するハンドが取付けられ、ウェーハを真空吸着する。装置内ではウェーハはウェーハ載せ台であるホルダに載せられる。観察後、ウェーハは搬送ロボットにより、ホルダからカセットに戻される。このウェーハを真空吸着し、搬送する機構は例えば、特許文献１に記載されている。

また、ウェーハ観察時、電子線によりウェーハが帯電し像が乱れるのを防ぐため、ホルダには導電性の素材を用いてウェーハに蓄積された電子を逃がしている。しかし、ウェーハに非導電性の膜が形成されている場合、ウェーハが帯電し像が乱れてしまう。そこで、ホルダに組み込まれた針を突出させ、ウェーハ表面の膜を削りホルダと導通させる方法がある。この試料と装置を導通させる方法は例えば特許文献２，３に記載されている。

特開昭６２−３６２２９号公報 特開平９−２４６３６６号公報 特開２００４−７１７８６号公報

通常、電気的に導通をとるために針を接触させる部分はウェーハ表面の異物付着を嫌い通常裏面となるが、ウェーハ裏面には削りとられた膜が異物となって付着する。ウェーハ裏面に異物を付着させたままウェーハ格納箱であるカセット内に戻すと、異物が落下し下段に格納されたウェーハを汚染してしまう。

以下に、試料搬送中に、試料に付着した異物の除去を行うことを目的とする試料搬送機構、及び試料搬送機構を備えた走査電子顕微鏡について説明する。

上記目的を達成するための一態様として、試料を裏面から支持する試料搬送用ハンドを備えた試料搬送機構であって、前記試料を吸着して保持する吸着機構と、当該吸着された試料と、前記試料搬送ハンド間に形成される閉空間内で、試料に気体を吸着する吸着機構と、当該閉空間内の気体を吸引する吸引機構を備えた試料搬送機構を提案する。更に走査電子顕微鏡内で発生した異物を、試料カセット等に持ち込まないように、走査電子顕微鏡鏡体と試料カセットとの間に設けられた試料搬送用ハンドに設けられた異物除去機構によって、異物を回収する走査電子顕微鏡を提案する。

上記構成によれば、発生した異物を走査電子顕微鏡、或いはその周辺機器内に持ち込むことなく、速やかに回収することが可能となる。

以下、異物除去用の吸引機構を有する試料搬送機構を備えた走査電子顕微鏡の概要について、説明する。

図１は試料搬送装置を搭載した走査電子顕微鏡の構成の概略を示したものである。図２は試料搬送装置の側面図、図３はホルダの側面図である。試料はウェーハである。本実施例で示す装置は３００mmのウェーハの表面を観察する装置である。図９は走査電子顕微鏡の鏡体の概要を説明する図である。

カセット１にはウェーハ２が格納され、図２に示すようにウェーハ２は一定の距離を空けて数枚重ねられている。真空予備室６，試料室１１は真空状態で大気側ゲートバルブ９，試料室ゲートバルブ１０は閉じている。搬送ロボット３は試料吸着ハンド４を有し、ウェーハ２を保持する際、ウェーハ２の裏面を吸着する。搬送ロボット３はカセット１からウェーハ２を取り出しアライナー５にウェーハ２を載せる。アライナー５は、ウェーハ２のアライメントを行う。アライメント後、真空予備室６を大気状態にし、大気側ゲートバルブ９が開く。真空予備室６には試料を保持するホルダ７が待機している。搬送ロボットはアライナー５からウェーハ２を真空予備室６に移し、待機しているホルダ７にウェーハ２を搭載する。

図９に例示するように、走査電子顕微鏡の鏡体は、電子ビームを放出する電子源９０１，当該電子源９０１から電子ビームを引き出すための引出電極９０２，当該引出電極９０２によって引き出された電子を加速する加速電極９０３を備えている。電子ビーム９０４は、第１レンズ９０５，第２レンズ９０６、及び対物レンズ９０７によって集束され、ウェーハ（試料）９０９に照射される。電子ビーム９０４は、ウェーハ９０９上に走査偏向器９０８によって走査される。電子ビームの走査領域から放出される二次電子等は、二次電子変換電極９１１への衝突によって、更に二次電子を発生させ、当該二次電子は、検出器９１４によって検出される。検出信号は増幅器９１５によって増幅され、コンピュータ９２２にその情報が送られる。

また、上記走査電子顕微鏡の各構成要素は、電圧印加制御電源９１６，レンズ制御電源９１７，９１８，９２０，偏向器制御電源９１９、及びリターディング電圧制御電源９２１によって駆動される。また、これらの電源は全体制御装置であるコンピュータ９２２によって制御される。

図９に例示する走査電子顕微鏡は、試料に負電圧を印加、或いは試料が存在する雰囲気を負電位とするリターディング電圧制御電源９２１を備え、試料台９１０を介して試料ホルダ（図示せず）に負の電圧を印加している。試料に負電圧を印加することによって、同じ負の電荷を持つ電子ビームが減速され、試料への電子ビームの到達エネルギが減速する。このようなリターディング技術を用いることにより、電子ビームを対物レンズに高速に通過させることによる高分解能化と、試料への到達エネルギの抑制に基づく試料ダメージの抑制の両立を実現することが可能となる。

一方、試料が非導電性膜に覆われているような場合、試料に適正に負電圧を印加できなくなる恐れがある。そこで、図３に示すように、ホルダ７はウェーハ２を保持するのと同時に、ホルダ７とウェーハ２の導通をとるため針８を突出させウェーハ２に形成された非導電性の膜を削り接触させる。針８は、当該針を試料に押圧する押圧機構によって、上下移動を可能としている。針８は試料と負電圧印加電源との間の導通を確保するための接触端子となる。

この時、ウェーハ２裏面接触部には、削りとられた異物が付着する。ウェーハ２搭載後、大気側ゲートバルブ９を閉じ真空排気する。真空到達後、試料室側ゲートバルブ１０を開き、ホルダ７を試料室１１内のステージ１２へ搬入する。

次に、ウェーハ２の観察対象を電子光学系鏡筒１３の下方に来るようにステージ１２を移動させる。ステージ１２はレーザー干渉計により位置が計測され、その位置情報によって移動が制御される。移動後、ウェーハ２に向かって電子線が照射され、２次電子が放出される。２次電子は検出器によって検出され、それに基づきウェーハを観察検査する。ウェーハ２に蓄積された電子は針８からホルダ７に移動し、装置外に落とされる。

ウェーハ２の観察後、ウェーハ２を搬出するため、試料室側ゲートバルブ１０が開いた後、ホルダ７は真空予備室６に移動する。試料室側ゲートバルブ１０が閉じた後、真空予備室６は大気開放され大気側ゲートバルブ９が開く。ホルダ７はウェーハ２の保持を解除とすると同時に針８を収納する。

ウェーハ２は搬送ロボット３により、真空予備室６より搬出するために試料吸着ハンド４により真空吸着される。ウェーハ２を真空予備室６からカセット１に戻す間に試料吸着ハンド４に設けられた加圧気体供給ノズルと異物真空吸引部で、ウェーハ２裏面の異物の剥離，吸引を行う。この時、試料吸着ハンド４に設けられた加圧気体供給ノズルとウェーハ２の針８接触部が一致している。このように異物除去を行うことで、ウェーハ２裏面に付着した異物がカセット１内で落下し、下段ウェーハ２ａの表面が汚染されるのを防ぐことが出来る。即ち、ウェーハ搬送中に裏面異物を除去しカセットに戻すハンドを有する搬送装置の提供が可能となる。

以下に試料吸着ハンド４の具体的な構造及びその動作を、図４乃至図６を用いて説明する。図４は、試料吸着ハンドの構造を示す上視図であり、図５はウェーハ２吸着時の図４のＣＣ断面図である。試料吸着ハンド４は、ウェーハ２と接触面１４に囲まれた密閉空間Ｒ内に、加圧気体Ａを吹き付けるノズル１５，異物Ｐを吸引する吸引口１６を有している。ノズル１５はハンド内の流路１７より気体源Ｂに接続され、吸引口１６は流路１８により真空源Ｖ１に接続されている。ノズル１５はウェーハ２を保持した際、異物Ｐ付着部位に重なる位置に配置されている。換言すれば、ウェーハ２の一部であって、ホルダ７上に設けられた針８が接する部分が、接触面１４に包囲されるように、ホルダ７と試料吸着ハンド４の形状や寸法が決定されている。即ち、ホルダ７から試料吸着ハンド４によって、ウェーハ２を搬送する際に、異物を吸着できるように構成されている。ウェーハ２を試料搬送機構によって、カセット１に搬送する過程で異物除去を行うことができるため、異物除去のための工程を別に設ける必要がなく、スループット低下を抑制することが可能となる。また、接触面１４に包囲される閉空間内で異物に対する気体の吹き付けを行っているため、異物が飛散するようなことがなく、適切に異物の回収を行うことができる。このように、試料吸着ハンド４に凹部と、当該凹部内に気体を吹き付けるための吹付口と、気体を吸引する吸引口を設けることで、気体の吹き付けによる塵埃等の巻き上げを抑制することができる。

また、本例のハンドはウェーハ２接触面１４ａに囲まれた、ウェーハ２を真空吸着し保持するための真空吸着口１９を有する。真空吸着口１９はハンド内の流路２０により真空源Ｖ２に接続されている。このように、吸着機構によって、ウェーハを吸着しつつ、気体を吹き付けるため、気体の吹き付けによるウェーハの浮き上がりを抑制でき、安定してウェーハを保持しつつ、異物除去を行うことが可能となる。真空源Ｖ１とＶ２を別々にしているのは、吸引口１６から吸引された異物が流路１７，流路２０を通り真空吸着口１９への逆流を防ぐためである。また、加圧気体Ａにより必要とされる真空源Ｖ１の圧力の調整が必要だからである。

次に図６を参照して、ウェーハ２裏面の異物を剥離，吸引する工程を説明する。ステップＳ００１にて、ウェーハ２を保持するために真空吸着口１９より真空吸着が開始される。ステップＳ００２にて、異物吸引口１６より真空吸引を開始し密閉空間Ｒを真空にする。

ステップＳ００３にて加圧気体Ａを供給し、ウェーハ２に付着した異物Ｐを剥離させる。剥離した異物Ｐは、異物吸引口１６より加圧気体と供に排出される。ステップ４にて加圧気体Ａの供給が停止し密閉空間Ｒが再び真空になる。ステップ００５で異物吸引の停止，ステップ００６でウェーハ２真空吸着が停止する。また、ステップＳ０３４にて、ステップＳ００２とＳ００３を繰り返すことが出来る。このような構成にて、ウェーハ２を保持時、ノズル１５より気体Ａを供給するとウェーハ２裏面に付着した異物Ｐが剥離され、吸引口１６より排出される。

次に図４等に例示したものとは異なる形態の試料吸着ハンドを、図７及び図８を用いて説明する。

図７は、試料を吸着する真空吸着部内に、異物除去機構を内在させた試料吸着ハンドの一例を説明する図である。図８はウェーハ２吸着時の図７のＤＤ断面図を示している。

本例のハンドは、ウェーハ２の接触面１４に囲まれた、密閉空間Ｒ内に、加圧気体Ａを吹き付けるノズル１５，異物Ｐを吸引する吸引口１６を有している。ノズル１５はハンド内の流路１７より気体源Ｂに接続され、吸引口１６は流路１８により真空源Ｖ１に接続されている。ノズル１５はウェーハ２を保持した際、異物Ｐ付着部位に重なる位置に配置されている。

また、ウェーハ２接触面１４を囲むウェーハ２の接触面１４ａを有し、接触面１４ａの内部には密閉空間Ｒａとウェーハ２を真空吸着し保持するための真空吸着口１９を有する。真空吸着口１９はハンド内の流路２０により真空源Ｖ２に接続されている。

ウェーハ裏面の異物を剥離，吸引する方法は、第一の実施例で説明したときと同様である。

図７，図８に例示するように、ノズル１５と吸引口１６を含む密閉空間Ｒを、真空吸着口１９を含む密閉空間Ｒａで囲むような配置は、強固にウェーハを保持することが可能となるため、ウェーハ２に吹き付けたときの浮き上がりをより良く防止することが可能となる。これは、ノズル１５から加圧気体Ａを噴き付けた際、ウェーハ２が接触面１４から浮く力を真空吸着口１９により接触面１４ａを密着させることで抑制出来るからである。よって、図４等にて例示した構成よりも高圧の加圧気体Ａを噴きつけることが出来、より多くの異物Ｐをウェーハ２から剥離させることが可能となる。

なお、本実施例では、３００mmウェーハについて説明をしたが、他の種類のウェーハおよび板状試料の裏面を吸着して搬送するものに対しても有効である。以上述べたように、本発明によるとウェーハ裏面の膜を削る際、付着した異物を加圧気体で剥離させ、異物吸引口から排出する。その結果、ウェーハ裏面の異物は除去されカセットに戻した際、下段に格納されたウェーハの汚染を防ぐことが出来る。

また、上記実施例では、異物を発生させる要因として、ウェーハの導通を確保する針を例示したが、これに限られることはなく、例えばウェーハに接触する他の部材を異物発生要因として捉え、当該接触部に、前記密閉空間が位置づけられるように、試料吸着ハンドを構成するようにしても良い。また、走査電子顕微鏡へのウェーハの導入前に、異物を発生させる何等かの装置や工程が存在する場合には、その異物発生プロセスに応じて、試料吸着ハンドを構成するようにしても良い。

更に、上記試料搬送機構は、試料の下方から試料を吸着する吸着機構を説明しているが、これに限られることはなく、例えば試料の上方に設けられた試料吸着機構によって、試料を持ち上げつつ搬送するような試料搬送機構に適用することも可能である。

また、上述の試料搬送機構は、カセット１とホルダ７間で試料を搬送するためのものであるが、これに限られることはなく、例えばホルダではなく試料ステージに試料を直接搬送する搬送機構に、上記構成を適用することも可能である。

走査電子顕微鏡の概略図。 試料搬送装置の側面図。 試料保持装置の側面図。 試料吸着ハンドの一実施例の平面図。 試料吸着ハンドの一例の側面図。 試料吸着ハンドによる異物除去工程を説明するフローチャート。 試料吸着ハンドの他の実施例の平面図。 試料吸着ハンドの他の実施例の側面図。 走査電子顕微鏡の鏡体の概略図。

符号の説明

１ カセット
２，２ａ ウェーハ
３ 搬送ロボット
４ 試料吸着ハンド
５ アライナー
６ 真空予備室
７ ホルダ
８ 針
９，１０ ゲートバルブ
１１ 試料室
１２ ステージ
１３ 電子光学系鏡筒
１４，１４ａ 接触面
１５ ノズル
１６ 吸引口
１７，１８，２０ 流路
１９ 真空吸着口
Ａ 気体
Ｂ 気体源
Ｐ 異物
Ｒ，Ｒａ 密閉空間
Ｖ１，Ｖ２ 真空源

Claims (4)

1. 試料を吸着する吸着機構と、当該吸着機構によって吸着された試料を搬送する搬送ロボットを備えた試料搬送装置であって、前記吸着機構が設けられ、当該吸着機構による試料の吸着によって、前記試料との間に閉空間が形成される形状を有するハンドを備え、当該ハンドには、前記閉空間内で前記試料に気体を吹き付けるための吹付口と、当該閉空間内の気体を吸引するための吸引口が設けられていることを特徴とする試料搬送装置。
2. 請求項１において、
   前記ハンドには、前記試料の吸着によって、前記試料に接する接触面が設けられ、当該接触面と、前記試料の接触によって、前記吹付口と前記吸引口を内在する閉空間が形成されることを特徴とする試料搬送装置。
3. 請求項１において、
   前記閉空間内での気体の噴き付け及び吸引は、前記吸着機構による試料の吸着後に行われることを特徴とする試料搬送装置。
4. 試料カセット内に保持される試料を搬送する搬送機構と、
   当該搬送機構によって搬送された試料に電子ビームを照射する電子顕微鏡鏡体を備えた走査電子顕微鏡において、
   当該電子ビームが照射される試料に電圧を印加するための接触端子を備え、
   前記試料に対する当該接触端子の接触個所に付着する異物を除去するための異物除去機構が、前記搬送機構に設けられると共に、当該異物除去機構は、前記試料カセットに向かって搬送される試料に付着した異物を除去するように動作することを特徴とする走査電子顕微鏡。

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