JP2020136231A - 半導体検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大掛かりな機構を必要とせず、振動による影響を受けづらいチャンバを提供することが可能な半導体検査装置具を提供する。【解決手段】本発明の半導体検査装置１は、検査ステージ上に載置された半導体デバイスを検査するための検査デバイスと、真空状態に維持される内部に検査デバイスを保持し、検査ステージとしての機能を有する真空チャンバと、検査ステージと略同等かそれより低い高さに配設され、真空チャンバの荷重が上方から印加される制振装置と、を備える半導体検査装置であって、真空チャンバの底部を画定するチャンバ床面部の上面を検査ステージとして使用する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体検査装置に関し、特に、電子顕微鏡を使用して高真空状態のチャンバ内において半導体ウェーハを検査するに好適な半導体検査装置に関する。

近年の高度情報化に伴い、身の回りにおける様々な機器に半導体デバイスが使用されるようになっている。また、使用される半導体デバイスの高性能化及び多機能化に伴い、多様な検査や計測を組み合わせて製造プロセスを管理する必要性が高まっている。

半導体ウェーハ等の半導体デバイスを製造するに際し、求められる性能を発揮できる半導体デバイスを製造するためには、ナノメートルオーダーの微細な精度が要求される。また、製造された半導体デバイスが要求される性能を発揮できるのか検査をするためには、精度が高く厳しい検査方法が求められる。

このような厳しい検査方法は、従来の光学的な顕微鏡では確立できず、電子顕微鏡を用いた検査が必要となる。電子顕微鏡を用いた検査では、真空ポンプなどによって高真空度の状態とされた真空チャンバ内に検査ステージが設置され、検査ステージ上に載置された半導体デバイスが検査を受けることとなる。

このようなナノメートルオーダーの精度が要求される検査方法では、真空ポンプから伝播する振動や、床からの振動が検査の精度や検査時間の長さに大きな影響を与える。つまり、一旦振動が発生すると、振動に伴い画像に揺れが生じる結果、画像解析の精度が下がることになる。また、発生した振動が減衰するのを待つこともできるが、減衰のための待ち時間の増加は、製品のスループットを下げることとなる。そのため、いかにして外部要因による振動がチャンバ内に伝播しないよう設計するかが重要な課題となる。

一般的には、検査室を形成する床面または検査テーブルの上に、半導体検査装置の下端部分を形成する台座が置かれる。そして、台座の上に制振装置を設け、当該制振装置の上に、内部に検査ステージを備える真空チャンバを設置することにより、振動が真空チャンバに伝播することを防止する。しかしながら、このような対策では、ウェーハが検査装置全体の重心よりも高い場所に位置することになり、振動の伝播を有効に低減することができない。

そこで、チャンバ内に振動が伝播することを効果的に防止するために、チャンバ自体を薄く製造することで検査ステージの高さを低く設定し、ウェーハが位置する高さを下げることが考えられる。しかしながら、上述した通り、チャンバ内は真空排気時における大気圧の影響を抑制する必要があるため、強度上、チャンバを薄く製造することができない。

そこで、検査装置の重心を低く設定するための技術として、特許文献１に記載される技術が提案されている（特許文献１）。また、発生した振動をキャンセルするための技術として、特許文献２に記載される技術が提案されている（特許文献２）。

特許第４９３９２３５号 特開２０１８−５９７４号公報

特許文献１によると、ハウジング本体を、防振装置を有するハウジング支持装置に吊り下げられる状態で支持することにより、装置全体の低重心化を図ることができる。しかしながら、特許文献１に記載の方法では、上方から吊り下げる構造とすることにより低重心化を図るものであり、ハウジング本体を上方から支持するための大掛かりなフレーム構造体が必要となり、検査装置自体が大掛かりになってしまうという課題が生じる。

特許文献２によると、電子顕微鏡が備える偏向コイルを振動に合わせて制御することにより、振動等によるステージの変形に伴う撮像の揺れを補正ことができる。しかしながら、特許文献２に記載の方法では、振動を精緻に検知して、その振動に合わせて装置自体を制御するものであり、高額な検知装置や装置全体を微小に動かすための機構が必要となり、処理及び構造が複雑で大掛かりになってしまうという課題が生じる。

本発明は、このような要望に鑑みてなされたものであり、大掛かりな機構を必要とせず、振動による影響を受けづらいチャンバを提供することが可能な半導体検査装置を提供することを目的とする。

本発明では、以下のような解決手段を提供する。

第１の特徴に係る発明は、検査ステージ上に載置された半導体デバイスを検査するための検査デバイスと、真空状態に維持される内部に検査デバイスを保持し、検査ステージとしての機能を有する真空チャンバと、検査ステージと略同等かそれより低い高さに配設され、真空チャンバの荷重が上方から印加される制振装置と、を備える半導体検査装置であって、真空チャンバの底部を画定するチャンバ床面部の上面を検査ステージとして使用する、半導体検査装置を提供する。

第１の特徴に係る発明によれば、真空チャンバの底部を構成するチャンバ床面の上面を検査ステージとして使用することにより、半導体デバイスが位置する高さを従来のものよりも低くすることができる。その結果、半導体検査装置の重心と制振装置との距離を近づけることができ、振動の伝播を抑制することができる。また、振動が発生した際の減衰時間を短くすることができるため、スループットが向上する。なお、本発明において、「検査ステージ上に半導体デバイスを載置する」とは、検査ステージ上に半導体デバイスを直接載置することのみならず、検査ステージ上に設けられた検査台の上に半導体デバイスを載置することをも意味するものである。

第２の特徴に係る発明は、第１の特徴に係る発明であって、真空チャンバは、チャンバの底部を画定するチャンバ床面部、チャンバの側部を画定するチャンバ側面部、及び、チャンバの上部を画定するチャンバ天面部からなり、チャンバ床面部と検査ステージを一体として形成することにより、チャンバ床面部の上面を検査ステージとして使用する、半導体検査装置を提供する。

第２の特徴に係る発明によれば、真空チャンバは、チャンバ床面部、チャンバ側面部、及び、チャンバ天面部から構成されるため、それぞれの部材を別々の工程で製造可能となり、一つ一つをシンプルな形状とすることができる。その結果、複雑な製造工程を要せず、製作コストを削減することが可能となる。

第３の特徴に係る発明は、第２の特徴に係る発明であって、チャンバ天面部とチャンバ側面部が一体として形成される、半導体検査装置を提供する。

第３の特徴に係る発明によれば、チャンバ天面部とチャンバ側面部が一体となって形成されるため、一体となったチャンバ天面部とチャンバ側面部とを除去することで検査ステージを露出させることができる。そのため、上方からの吊り上げのみならず、例えばフォークリフトなどを使用して検査ステージを下から持ち上げることで台座から取り外すことが可能となり、よりメンテナンス作業や交換作業の手段の幅が広がり、設備制約要因を減少させることができる。

第４の特徴に係る発明は、第１ないし第３の特徴のいずれかに係る発明であって、チャンバ床面部の下面が制振装置に接続される、半導体検査装置を提供する。

第４の特徴に係る発明によれば、チャンバ床面部の下面が制振装置に接続されており、チャンバ床面部が検査ステージとして機能するため、制振装置と検査ステージの距離を短くすることができ、発生した振動を効果的に減衰することが可能となる。

第５の特徴に係る発明は、第１の特徴に係る発明であって、真空チャンバは、チャンバの底部を画定するチャンバ床面部、及び、チャンバの上部を画定するチャンバ天面部からなり、チャンバ床面部に、下方に膨出する凹状部を形成し、チャンバ床面部の最下端に位置する凹状下面部の上面が検査ステージとして使用される、半導体検査装置を提供する。

第５の特徴に係る発明によれば、真空チャンバはチャンバ床面部及びチャンバ天面部からなり、チャンバ床面部に形成した凹状部の最下端に位置する凹状下面部の上面が検査ステージとして使用されるため、検査装置全体の重心を低くすることができ、効果的に振動を減衰することが可能となる。

第６の特徴に係る発明は、第５の特徴に係る発明であって、チャンバ床面部は、凹状下面部と、凹状下面部から略鉛直に立ち上がり真空チャンバの側部を画定する凹状側面部と、凹状側面部から略水平方向に延びる凹状上面部とからなり、凹状下面部と凹状側面部とで囲まれる部分が凹状部として画定され、凹状上面部の上面がチャンバ天面部と接続され、凹状上面部の下面が制振装置に支持される、半導体検査装置を提供する。

第６の特徴に係る発明によれば、チャンバ床面部が凹状下面部と凹状側面部と凹状上面部とからなり、凹状上面部の下面が制振装置に支持されるため、凹状下面部の上面である検査ステージを制振装置と略同程度の高さに配置することができ、効果的に振動を減衰することが可能となる。

第７の特徴に係る発明は、第５の特徴に係る発明であって、チャンバ床面部は、凹状下面部と、凹状下面部から略鉛直に立ち上がり真空チャンバの側部を画定する凹状側面部とからなり、凹状下面部と凹状側面部とで囲まれる部分が凹状部として画定され、凹状側面部がチャンバ天面部と接続され、チャンバ天面部の下面が制振装置に支持される、半導体検査装置を提供する。

第７の特徴に係る発明によれば、チャンバ床面部が凹状下面部と凹状側面部とからなり、チャンバ天面部の下部が制振装置に支持されるため、凹状下面部の上面である検査ステージを制振装置と略同程度の高さに配置することができ、効果的に振動を減衰することが可能となるとともに、チャンバ床面部の形状が単純であるため製造が容易であり、より少ない製作コストでの製造が可能となる。

第８の特徴に係る発明は、第１ないし第７の特徴のいずれかに係る発明であって、検査ステージは電気配線を備え、電気配線がチャンバ床面部から導出される、半導体検査装置を提供する。

第８の特徴に係る発明によれば、電気配線が検査ステージとして使用されるチャンバ床面部から導出されるため、従来必要であったハーメチックシール部を不要とし、単純で点検等の容易な構造の半導体検査装置を実現することができる。

本発明によれば、大掛かりな機構を必要とせず、振動による影響を受けづらいチャンバを提供することが可能な半導体検査装置を提供できる。

図１は、第一実施形態に係る半導体検査装置１の正面図を示す。 図２は、第二実施形態に係る半導体検査装置１の正面図を示す。 図３（ａ）、（ｂ）は、第三実施形態に係る半導体検査装置１の正面図を示す。 図４（ａ）は従来技術による半導体検査装置の正面図を示し、図４（ｂ）、（ｃ）は、第四実施形態に係る半導体検査装置１の正面図を示す。

以下、本発明を実施するための形態について図を参照しながら説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。

［第一実施形態に係る半導体検査装置１の構成］
図１は、第一実施形態に係る半導体検査装置１の全体構成を示す正面図である。

半導体検査装置１は、真空チャンバ１０と、制振装置２０と、台座３０と、電子顕微鏡４０とを備える。

〔真空チャンバ１０〕
真空チャンバ１０は、図示しない真空ポンプにより内部が高真空の状態に保持されているチャンバであって、半導体デバイスを検査するための電子顕微鏡４０を保持するとともに、半導体デバイスを載置するための検査ステージとしての機能を有する部材である。

本実施形態における真空チャンバ１０は、チャンバの底部を画定するチャンバ床面部１１、チャンバの側部を画定するチャンバ側面部１２、及び、チャンバの上部を画定するチャンバ天面部１３からなる。そして、本発明においては、チャンバ床面部１１が検査ステージ１４と一体となって形成されている。つまり、真空チャンバ１０のチャンバ床面部１１の上面は、半導体デバイスを載置するための検査ステージ１４として機能する。

真空チャンバ１０のチャンバ床面部１１の上面と、チャンバ側面部１２の下面とは、周知の締結部材１５により締結されている。メンテナンス等の際には、締結部材１５を解放状態とすることにより、チャンバ床面部１１とチャンバ側面部１２とを分離せしめ、真空チャンバ１０の内部にアクセスすることができる。

このように、チャンバ床面部１１とチャンバ側面部１２を別部材に構成することにより、チャンバの製作が容易となる。つまり、チャンバ床面部１１、チャンバ側面部１２及びチャンバ天面部１３を別々の工程で製造可能となるため、一つ一つをシンプルな形状とすることができ、複雑な製造工程を要しない。また、半導体検査装置１を大型化したい場合、同じ形状のチャンバ側面部１２を上下に組み合わせるという簡単な手段により、チャンバの容積を倍にすることができるため、拡張性の高い半導体検査装置１を提供することができる。

〔制振装置２０〕
制振装置２０は、検査室の床面からの振動が真空チャンバ１０に伝播するのを防止するために振動を吸収する機構として設けられており、例えば油圧式のダンパなど、周知の振動抑制装置が使用される。制振装置２０は検査ステージ１４と略同等かそれより低い高さに配設され、制振装置２０には真空チャンバ１０の荷重が上方から印加されるが、本実施形態においては、制振装置２０は後述する台座３０と真空チャンバ１０との間に配設される。つまり、本実施形態においては、制振装置２０にチャンバ床面部１１の下面が接続されることにより、制振装置２０と検査ステージ１４との距離を短くすることができ、発生した振動を効果的に減衰することができる。

〔台座３０〕
台座３０は、本願発明における半導体検査装置１の最下端に位置する部材で、上部の部材を支えるものであり、検査室の床面に置かれている。本実施形態においては、台座３０の上に制振装置２０が配設される。

〔電子顕微鏡４０〕
電子顕微鏡４０は検査ステージ１４に載置された半導体デバイスを検査するものであり、真空チャンバ１０のチャンバ天面１０から下方に向けて挿入される。なお、半導体デバイスを検査するのは電子顕微鏡４０に限ったものでなく、他の検査装置を使用しても構わない。本実施形態における電子顕微鏡４０が、本願発明における検査デバイスに相当する。

このように、真空チャンバ１０を構成するチャンバ床面１１の上面を検査ステージ１４として使用することにより、半導体デバイスが位置する高さを従来のものよりも低くすることができる。その結果、半導体検査装置１の重心との距離を近づけることができ、振動の伝播を抑制することができる。また、振動が発生した際の減衰時間を短くすることができるため、スループットが向上する。

［第二実施形態に係る半導体検査装置１の構成］
次に、図２を使用して、第二実施形態に係る半導体検査装置１の構成について説明する。なお、第一実施形態に係る半導体検査装置１の構成と同様の構成については説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。

図２に示す通り、第二実施形態に係る半導体検査装置１においては、チャンバ側面部１２及びチャンバ天面部１３を一体に形成したチャンバ囲い面部１６と、チャンバ床面部１１とによって真空チャンバ１０を構成する。つまり、上述した第一実施形態においては、チャンバ床面部１１、チャンバ側面部１２及びチャンバ天面部１３はすべて別部材として構成されていたが、本実施形態においては、チャンバ側面部１２とチャンバ天面部１３とが同一の部材として形成されている。また、検査ステージ１４として機能する真空チャンバ１０のチャンバ床面部１１の上面と、チャンバ囲い面部１６の下面とは、周知の締結部材１５により締結されている。

このように構成することにより、メンテナンス作業や検査ステージの交換作業が容易となる。つまり、従来技術における半導体検査装置１を用いた場合、メンテナンスの際や検査ステージ交換の際には、真空チャンバの天面部を取り外したうえで、クレーンやホイストなどを用いて検査ステージを上方から吊り上げることで、台座から降ろす必要があった。

しかしながら、第二実施形態に係る半導体検査装置１によると、チャンバ天面部１３とチャンバ側面部１２は、同一部材であるチャンバ囲い面部１６として形成されているため、チャンバ床面部１１とチャンバ囲い面部１６とを接続している締結部材１５を解放状態とすることにより、チャンバ床面部１１とチャンバ囲い面部１６とを分離せしめ、チャンバ床面部１１と同一部材として形成された検査ステージ１４を露出させることができる。その状態であれば、吊り上げのみならず、例えばフォークリフトなどを使用して検査ステージ１４を下から持ち上げることで台座３０から取り外すことが可能となり、よりメンテナンス作業や交換作業の手段の幅が広がり、設備制約要因を減少させることができる。

［第三実施形態に係る半導体検査装置１の構成］
次に、図３（ａ）及び（ｂ）を使用して、第三実施形態に係る半導体検査装置１の構成について説明する。なお、第一実施形態に係る半導体検査装置１の構成と同様の構成については説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。

図３（ａ）及び（ｂ）に示す通り、第三実施形態に係る半導体検査装置１においては、真空チャンバ１０を構成するチャンバ床面部１１に、下方に膨出する凹状部１７を形成し、チャンバ床面部１１をチャンバ天面部１３に接続する。そして、下方に膨出するよう形成された凹状部１７に、検査ステージ１４を形成するよう構成する。

図３（ａ）においては、チャンバ床面部１１は、チャンバ床面部１１の最下端に位置し、上面が検査ステージ１４として機能する凹状下面部１１１と、凹状下面部１１１から略鉛直に立ち上がり真空チャンバ１０の側部を画定する凹状側面部１１２と、凹状側面部１１２から略水平方向に延びる凹状上面部１１３とからなり、凹状下面部１１１と凹状側面部１１２とで囲まれる部分が凹状部１７として画定される。そして、凹状上面部１１３の上面が真空チャンバ１０の上部を画定するチャンバ天面部１３と接続され、凹状上面部１１３の下面が制振装置２０に支持されるよう配置される。それによって、制振装置２０には上方から真空チャンバ１０の荷重が印加されることとなる。なお、制振装置２０は支持フレーム５０によって台座３０から持ち上げられた位置に配置される。

このように、チャンバ床面部１１に、下方に膨出する凹状部１７を形成し、チャンバ床面部１１の最下端に位置する凹状下面部１１１の上面を検査ステージ１４として機能させ、凹状下面部１１１から立ち上がった位置から略水平方向に延びる凹状上面部１１３の下面を制振装置２０と接するよう形成することにより、制振装置２０と検査ステージ１４上に載置される半導体デバイスとを略同程度の高さに配置することが可能となる。そのため、振動の減衰時間を短くすることができる。

図３（ｂ）においては、チャンバ床面部１１は、チャンバ床面部１１の最下端に位置し、上面が検査ステージ１４として機能する凹状下面部１１１と、凹状下面部１１１から略鉛直に立ち上がり真空チャンバ１０の側部を画定する凹状側面部１１２とからなり、凹状下面部１１１と凹状側面部１１２とで囲まれる部分が凹状部１７として画定される。そして、凹状側面部１１２が真空チャンバ１０のチャンバ天面部１３と接続され、チャンバ天面部１３の下面が制振装置２０と接するよう配置される。それによって、制振装置２０には上方から真空チャンバ１０の荷重が印加されることとなる。なお、制振装置２０は支持フレーム５０によって台座３０から持ち上げられた位置に配置される。

このようにチャンバ床面部１１に、下方に膨出する凹状部１７を形成し、チャンバ床面部１１の最下端に位置する凹状下面部１１１の上面を検査ステージ１４として機能させ、チャンバ天面部１３の下面を制振装置２０と接するよう形成することにより、制振装置２０と検査ステージ１４上に載置される半導体デバイスとを略同程度の高さに配置することが可能となる。そのため、振動の減衰時間を短くすることができる。また、図３（ｂ）に示すチャンバ床面部１１の形状は、図３（ａ）に示すチャンバ床面部１１の構造よりも単純であるため製造が容易であり、より少ない製作コストでの製造が可能となる。

［第四実施形態に係る半導体検査装置１の構成］
次に、図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を使用して、第四実施形態に係る半導体検査装置１の構成について説明する。なお、第一実施形態に係る半導体検査装置１の構成と同様の構成については説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。

図４（ａ）には従来技術による半導体検査装置１の一例を示す。図４（ａ）に示す通り、検査ステージ１４は真空チャンバ１０を形成するチャンバ床面部１１上に設けられており、検査ステージ１４には、検査に必要な信号を送受信するための電気配線６０が接続されている。電気配線６０は真空チャンバ１０の側部を画定するチャンバ側面部１２に設けたハーメチックシール部７０を介して外部に導出されている。

一方、図４（ｂ）及び（ｃ）に示す、本願発明における第四実施形態に係る半導体検査装置１によると、検査ステージ１４がチャンバ床面部１１と一体となって形成されているため、チャンバ床面部１１から電気配線６０を直接導出させることが可能となる。そのため、作業性の向上及び故障率の低減を実現できる。すなわち、ハーメチックシール部を設ける必要がなく、真空チャンバ１０を形成する部材から直接電気配線６０を引き出すことができるため、電気配線６０の点検等が容易となる。

また、図４（ｂ）に示す例は、チャンバ床面部１１の側面から電気配線６０を導出する形態であり、このような場合、チャンバ床面部１１の下面には障害物がないため、上述した通り、フォークリフトなどを使用して検査ステージ１４を下から持ち上げることで台座３０から取り外すことが可能となり、より交換作業の手段の幅が広がり、設備制約要因を減少させることができる。

また、図４（ｃ）に示す例は、チャンバ床面部１１の下面から電気配線６０を導出する形態であり、このような場合、側面方向の設置面積を低減することが可能となる。すなわち、電気配線６０を側面部から導出させる必要がないため、電気配線６０の長さによって側面方向の設置面積が制約を受けることがない。したがって、コンパクトな半導体検査装置１を実現することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述したこれらの実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ 半導体検査装置
１０ 真空チャンバ
１１ チャンバ床面部
１２ チャンバ側面部
１３ チャンバ天面部
１４ 検査ステージ
１５ 締結部材
１６ チャンバ囲い面部
１７ 凹状部
２０ 制振装置
３０ 台座
４０ 電子顕微鏡
５０ 支持フレーム
６０ 電気配線
７０ ハーメチックシール部

Claims (8)

1. 検査ステージ上に載置された半導体デバイスを検査するための検査デバイスと、
   真空状態に維持される内部に前記検査デバイスを保持し、前記検査ステージとしての機能を有する真空チャンバと、
   前記検査ステージと略同等かそれより低い高さに配設され、前記真空チャンバの荷重が上方から印加される制振装置と、
   を備える半導体検査装置であって、
   前記真空チャンバの底部を画定するチャンバ床面部の上面を前記検査ステージとして使用する、
   半導体検査装置。
2. 前記真空チャンバは、チャンバの底部を画定するチャンバ床面部、チャンバの側部を画定するチャンバ側面部、及び、チャンバの上部を画定するチャンバ天面部からなり、前記チャンバ床面部と前記検査ステージを一体として形成することにより、前記チャンバ床面部の上面を前記検査ステージとして使用する、請求項１に記載の半導体検査装置。
3. 前記チャンバ天面部と前記チャンバ側面部が一体として形成される、請求項２に記載の半導体検査装置。
4. 前記チャンバ床面部の下面が前記制振装置に接続される、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体検査装置。
5. 前記真空チャンバは、チャンバの底部を画定するチャンバ床面部、及び、チャンバの上部を画定するチャンバ天面部からなり、前記チャンバ床面部に、下方に膨出する凹状部を形成し、前記チャンバ床面部の最下端に位置する凹状下面部の上面が前記検査ステージとして使用される、請求項１に記載の半導体検査装置。
6. 前記チャンバ床面部は、前記凹状下面部と、前記凹状下面部から略鉛直に立ち上がり前記真空チャンバの側部を画定する凹状側面部と、前記凹状側面部から略水平方向に延びる凹状上面部とからなり、前記凹状下面部と前記凹状側面部とで囲まれる部分が前記凹状部として画定され、前記凹状上面部の上面が前記チャンバ天面部と接続され、前期凹状上面部の下面が前記制振装置に支持される、請求項５に記載の半導体検査装置。
7. 前記チャンバ床面部は、前記凹状下面部と、前記凹状下面部から略鉛直に立ち上がり前記真空チャンバの側部を画定する凹状側面部とからなり、前記凹状下面部と前記凹状側面部とで囲まれる部分が前記凹状部として画定され、前記凹状側面部が前記チャンバ天面部と接続され、前記チャンバ天面部の下面が前記制振装置に支持される、請求項５に記載の半導体検査装置。
8. 前記検査ステージは電気配線を備え、前記電気配線が前記チャンバ床面部から導出される、請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体検査装置。

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