JP6225055B2 - ステージ装置および電子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステージ装置および電子線装置に関する。

従来、走査型電子顕微鏡等の電子線装置において、電子線で処理すべき試料をステージ上に載置して移動させている。関連する先行技術文献として、下記の特許文献がある。
特許文献１ 特開２０１２−６４５６７号公報
特許文献２ 特開２０１０−２７２５８６号公報
特許文献３ 特開２００３−１１５２７４号公報
特許文献４ 特開平１０−２３３４３４号公報
特許文献５ 特開２００７−３００１４２号公報

しかし、ステージ表面がチャージアップされると、電子線を精度よく照射することが困難になる。

本発明の第１の態様においては、電子線により処理される試料を載置するステージ装置であって、絶縁基板と、絶縁基板の表面に露出して設けられたチャック用電極と、絶縁基板の表面に設けられ、試料と電極との間に空間ができるように、試料を支持する複数の支持部とを備えるステージ装置を提供する。

本発明の第２の態様においては、第１の態様のステージ装置と、試料に電子線を照射する照射部とを備える電子線装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

実施形態に係る電子線装置１００の構成例を示す図である。 ステージ装置３０および試料２００の側面を示す図である。 ステージ装置３０において試料２００が載置される側の表面を示す図である。 ステージ装置３０および試料２００の側面を示す図である。 ステージ装置３０において試料２００が載置される側の表面を示す図である。 ステージ装置３０の他の構成例を示す図である。 ステージ装置３０の他の構成例を示す図である。 ステージ装置３０の他の構成例を示す図である。 正側電源３８−１、負側電源３８−２、試料２００と正側電源３８−１との間の容量Ｃ１、および、試料２００と負側電極３６−２との間の容量Ｃ２の等価回路を示す図である。 支持部３４の構造例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、実施形態に係る電子線装置１００の構成例を示す図である。電子線装置１００は、電子線を試料２００に照射することで試料２００を処理する。本例の電子線装置１００は、測長用走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）である。ただし電子線装置１００は、ＣＤ−ＳＥＭに限定されない。電子線装置１００は、他の種類の走査型電子顕微鏡、電子線露光装置等の、ステージ上に試料を載置して移動する多様な電子線装置であってよい。

本例の電子線装置１００は、筐体１０、電子銃１２、集束レンズ１４、偏向コイル１６、対物レンズ１８、検出器２０、ビーム制御部２２、信号処理部２４、ステージ制御部２６およびステージ装置３０を備える。筐体１０は、電子銃１２、集束レンズ１４、偏向コイル１６、対物レンズ１８、検出器２０、ステージ装置３０および試料２００を密閉する。

電子銃１２、集束レンズ１４、偏向コイル１６および対物レンズ１８は、試料２００に電子線を照射する照射部として機能する。電子銃１２は、印加されるエネルギーに応じて電子を放出する。電子銃１２には、ステージ装置３０の方向に電子を加速させる電圧が印加される。集束レンズ１４は、電子銃１２の近傍に設けられ、電子銃１２が放出した電子を集束させて電子線を形成する。

偏向コイル１６は、集束レンズ１４が集束させた電子線の偏向方向を制御する。つまり偏向コイル１６は、試料２００において電子線が照射される位置を制御する。対物レンズ１８は、偏向コイル１６が集束させた電子線の焦点位置を制御する。例えば対物レンズ１８は、試料２００の表面に電子線の焦点をあわせる。

ビーム制御部２２は、集束レンズ１４、偏向コイル１６および対物レンズ１８を制御する。例えばビーム制御部２２は、偏向コイル１６を制御して、試料２００表面の所定の領域内で電子線を走査させる。

ステージ装置３０は、電子線により処理される試料２００を載置して移動する。例えばステージ装置３０は、水平方向および垂直方向に移動可能である。これにより、試料２００において電子線が照射されるおおまかな位置を調整する。ステージ制御部２６は、ステージ装置３０の移動を制御する。

試料２００は、電子線が照射されると二次電子を放出する。検出器２０は、試料２００が放出した二次電子を、電子線の照射位置（すなわち、偏向コイル１６における偏向量）毎に検出する。信号処理部２４は、検出器２０が検出した二次電子に応じて、試料２００表面の状態を示す画像を形成する。

図２Ａおよび図２Ｂは、ステージ装置３０の構成例を示す図である。図２Ａは、ステージ装置３０および試料２００の側面を示す図である。図２Ｂは、ステージ装置３０において試料２００が載置される側の表面を示す図である。ステージ装置３０は、絶縁基板３２、正側電極３６−１、負側電極３６−２、複数の支持部３４、正側電源３８−１および負側電源３８−２を備える。

絶縁基板３２は、絶縁材料で形成される。また、絶縁基板３２は、ステージ制御部２６により水平方向および垂直方向に移動される。絶縁基板３２の表面には、正側電極３６−１、負側電極３６−２および複数の支持部３４が設けられる。なお本明細書において、絶縁基板３２および試料２００等の部材の表面とは電子銃１２側の面を指し、裏面とは筐体１０の底部側の面を指す。

正側電極３６−１および負側電極３６−２は、互いに分離して設けられ、チャック用電極として機能する。つまり正側電極３６−１および負側電極３６−２に電圧が印加されると、正側電極３６−１および負側電極３６−２の表面と、試料２００の裏面とに逆極性の電荷が集まる。当該電荷の静電力により、試料２００がステージ装置３０に吸着される。本例のステージ装置３０は、双極型のチャック用電極を有しているが、ステージ装置３０は、絶縁基板３２の表面に正側電極または負側電極の一方だけを設けた単極型のチャック用電極を有してもよい。

静電チャックで試料２００を吸着するので、電子線装置１００は、裏面における摩擦係数が比較的に小さい試料２００であっても、ステージ装置３０の移動中のスリップを防ぐことができる。例えば試料２００は、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）露光用のマスクである。この場合、試料２００の裏面に露出する層２０２は、例えば窒化クロムである。

正側電源３８−１は、正側電極３６−１の基準電位に対する電位を設定する。負側電源３８−２は、負側電極３６−２の基準電位に対する電位を設定する。本例において基準電位は接地電位である。本例の正側電源３８−１および負側電源３８−２は直列に接続され、その接続点に接地電位が与えられる。

正側電極３６−１および負側電極３６−２は、絶縁基板３２の表面に露出して設けられる。つまり正側電極３６−１および負側電極３６−２と、試料２００の裏面との間には、空間が設けられる。チャック用電極が絶縁基板３２に埋め込まれている場合、試料２００の直下に誘電体が配置される。このため、電子線等により当該誘電体がチャージアップされると、試料２００に精度よく電子線を照射することができなくなる。本例のステージ装置３０は、試料２００の直下に空間が設けられ、正側電極３６−１および負側電極３６−２が露出して設けられているので、上述の誘電体のチャージアップといった問題は発生しない。

複数の支持部３４は、絶縁基板３２の表面に設けられる。それぞれの支持部３４は、互いに離間して設けられる。本例のステージ装置３０は、図２Ｂに示すように３個の支持部３４を有する。本例では、絶縁基板３２の表面形状は矩形であり、矩形の３辺にそれぞれ支持部３４が設けられる。

複数の支持部３４は、試料２００と正側電極３６−１および負側電極３６−２との間に空間ができるように、試料２００を支持する。つまり、支持部３４の頂部が、正側電極３６−１および負側電極３６−２の表面よりも高くなるように支持部３４が設けられる。頂部とは、支持部３４において最も高い位置にある面または点を指す。本明細書において方向を特に明示しない場合、高さは絶縁基板３２の表面と垂直な方向における位置を指す。

支持部３４は、正側電極３６−１および負側電極３６−２よりも厚くてよい。本例において支持部３４は、頂部の面積が底部の面積より小さい。支持部３４の頂部は、ほぼ点であってよい。また、支持部３４の先端部は、絶縁材料で形成される。例えば先端部は、サファイアで形成される。支持部３４の先端部は、支持部３４において試料２００と接触する頂部を含む部分を指す。

本例のステージ装置３０によれば、離間した複数の支持部３４で試料２００を支持するので、ステージ装置３０と試料２００との接触面積を減らすことができ、パーティクルの発生を低減することができる。また、静電チャックにより試料２００をステージ装置３０に吸着するので、摩擦係数の小さい試料２００に対しても、ステージの移動速度を落とさずにスリップを防止することができる。このためスループットが向上する。また、支持部３４により、試料２００と絶縁基板３２との間に空間が形成されるので、絶縁基板３２の表面に正側電極３６−１および負側電極３６−２を露出して設けることができる。これにより、静電チャックにより試料２００を固定しつつ、試料２００の直下におけるチャージアップを防ぐことができる。

また、支持部３４は、試料２００がたわまないように配置されることが好ましい。ただし、電子線装置１００がＣＤ−ＳＥＭの場合、試料２００が垂直方向にたわんだ場合であっても、水平方向の測長精度には影響しない。

図３Ａおよび図３Ｂは、ステージ装置３０の他の構成例を示す図である。図３Ａは、ステージ装置３０および試料２００の側面を示す。図３Ｂは、ステージ装置３０において試料２００が載置される側の表面を示す。

本例のステージ装置３０は、図２Ａおよび図２Ｂに示したステージ装置３０の構成に加え、ガードリング４０を更に備える。ガードリング４０は、正側電極３６−１および負側電極３６−２を囲んで設けられる。ガードリング４０は、正側電極３６−１および負側電極３６−２から離れて形成される。ステージ装置３０は、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、正側電極３６−１および負側電極３６−２をまとめて囲む１つのガードリング４０を有してよく、正側電極３６−１および負側電極３６−２をそれぞれ囲む２つのガードリング４０を有してもよい。

ガードリング４０には、基準電位が与えられる。当該基準電位は、正側電源３８−１および負側電源３８−２の基準電位と同一である。これにより、正側電極３６−１および負側電極３６−２に電圧を印加したことにより生じる電界の漏れを抑制して、電子線を精度よく制御することができる。

ガードリング４０は、絶縁基板３２の表面に露出して設けられる。また、ガードリング４０は、試料２００と接しないように設けられる。つまり、ガードリング４０の高さは、支持部３４よりも低い。

本例のガードリング４０は、正側電極３６−１および負側電極３６−２と、複数の支持部３４との間に設けられる。他の例では、ガードリング４０は、複数の支持部３４の外側に設けられてもよい。

図４は、ステージ装置３０の他の構成例を示す図である。本例のステージ装置３０は、図２Ａおよび図２Ｂに示したステージ装置３０の構成に加え、支持部電位制御部４２を更に備える。また、本例において複数の支持部３４は、導電材料で形成される。支持部電位制御部４２は、複数の支持部３４の、接地電位に対する電位を制御する。これにより、試料２００の電位を設定することができる。なお本例では、正側電源３８−１および負側電源３８−２の接続点がフローティングとなる。

本例の複数の支持部３４には、同一の電位が設定される。本例の支持部電位制御部４２は、接地電位と、複数の支持部３４との間に設けられた可変電源である。他の例では、それぞれの支持部３４の電位を個別に設定する複数の支持部電位制御部４２が設けられてもよい。

それぞれの支持部３４は、導電材料のみで形成されなくともよい。支持部３４は、試料２００と支持部電位制御部４２とを電気的に接続できれば、絶縁材料を含んでいてもよい。本例のステージ装置３０によれば、支持部３４で試料２００を支持することでパーティクルの発生を抑制しつつ、支持部３４の電位を制御することで簡単な構成で試料２００の電位を制御することができる。

図５は、ステージ装置３０の他の構成例を示す図である。本例のステージ装置３０は、図４に示したステージ装置３０の構成に加え、ガードリング４０を更に備える。ガードリング４０は、図３Ａおよび図３Ｂにおいて説明したガードリング４０と同一である。本例の支持部電位制御部４２は、ガードリング４０の電位を、複数の支持部３４の電位とあわせて制御する。これにより、試料２００の裏面の電位を設定しつつ、電界の漏れを低減することができる。なお、支持部電位制御部４２は、ガードリング４０の電位と、複数の支持部３４の電位とを別個に制御してもよい。

ガードリング４０および複数の支持部３４とは接していてもよい。複数の支持部３４は、ガードリング４０の外周または内周と接していてよく、ガードリング４０の表面に形成されてもよい。

図６は、ステージ装置３０の他の構成例を示す図である。本例のステージ装置３０は、図２Ａおよび図２Ｂに示したステージ装置３０の構成に加え、基準電源４４および電源制御部５０を更に備える。

基準電源４４は、正側電源３８−１および負側電源３８−２の接続点における基準電位を制御する。本例の基準電源４４は、当該接続点と、接地電位との間に設けられた可変電源である。これにより、正側電源３８−１および負側電源３８−２の基準電位を設定することができる。電源制御部５０は、基準電源４４の電圧を制御する。

図７は、正側電源３８−１、負側電源３８−２、試料２００と正側電極３６−１との間の容量Ｃ１、および、試料２００と負側電極３６−２との間の容量Ｃ２の等価回路を示す図である。また、試料２００の電位をＶａ、正側電源３８−１の電圧をＶ１、負側電源３８−２の電圧をＶ２、基準電源４４の電圧をＶｏｓとする。

容量Ｃ１の電荷Ｑ１および容量Ｃ２の電荷Ｑ２は、下式で与えられる。
Ｑ１＝Ｃ１（Ｖｏｓ＋Ｖ１−Ｖａ）
Ｑ２＝Ｃ２（Ｖａ−Ｖｏｓ＋Ｖ２）
試料２００にチャージアップが無ければ、−Ｑ１＋Ｑ２＝０となる。従って、
−Ｃ１（Ｖｏｓ＋Ｖ１−Ｖａ）＋Ｃ２（Ｖａ−Ｖｏｓ＋Ｖ２）＝０
つまり、
Ｖａ＝Ｖｏｓ＋（Ｃ１Ｖ１−Ｃ２Ｖ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）・・・式（１）
となる。なお、Ｃ１＝Ｃ２、Ｖ１＝Ｖ２の場合、Ｖａ＝Ｖｏｓとなる。

電源制御部５０は、試料２００に設定すべき電位Ｖａに基づいて、基準電源４４の電圧Ｖｏｓを制御する。上述したように、Ｃ１＝Ｃ２、Ｖ１＝Ｖ２の場合、電源制御部５０は、試料２００に設定すべき電位Ｖａに等しい電圧Ｖｏｓを、基準電源４４に設定する。

また、電源制御部５０は、容量Ｃ１および容量Ｃ２に基づいて、基準電源４４の電圧を制御してもよい。この場合、電源制御部５０は、試料２００に設定すべき電位Ｖａに更に基づいて、式（１）に従って基準電源４４の電圧を制御してよい。なお、電圧Ｖ１およびＶ２は既知である。

ステージ装置３０は、容量Ｃ１および容量Ｃ２を測定する測定部を更に備えてよい。当該測定部は、新たな試料２００を処理する場合に、容量Ｃ１および容量Ｃ２を測定してよい。電源制御部５０は、当該測定部の測定結果に基づいて、基準電源４４の電圧を制御する。当該測定部は、正側電極３６−１および負側電極３６−２のそれぞれの面積を検出して、当該面積に基づいて容量Ｃ１および容量Ｃ２を算出してよい。

図８は、支持部３４の構造例を示す図である。本例の支持部３４は、先端部４６および調整部４８を有する。先端部４６は、試料２００と接触する。本例の先端部４６は、錘形状を有する。調整部４８は、先端部４６の高さを調整する。例えば調整部４８は、複数の層を積層することで先端部４６の高さを調整する。それぞれの支持部３４における調整部４８の層数は、先端部４６の高さのバラツキを調整するように設定される。これにより、試料２００を水平に保持することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０・・・筐体、１２・・・電子銃、１４・・・集束レンズ、１６・・・偏向コイル、１８・・・対物レンズ、２０・・・検出器、２２・・・ビーム制御部、２４・・・信号処理部、２６・・・ステージ制御部、３０・・・ステージ装置、３２・・・絶縁基板、３４・・・支持部、３６−１・・・正側電極、３６−２・・・負側電極、３８−１・・・正側電源、３８−２・・・負側電源、４０・・・ガードリング、４２・・・支持部電位制御部、４４・・・基準電源、４６・・・先端部、４８・・・調整部、５０・・・電源制御部、１００・・・電子線装置、２００・・・試料、２０２・・・層

Claims (10)

1. 電子線により処理される試料を載置するステージ装置であって、
   絶縁基板と、
   前記絶縁基板に設けられたチャック用電極と、
   前記絶縁基板の表面に設けられ、前記試料を支持する複数の支持部と
   を備え、
   前記チャック用電極は、互いに分離した正側電極および負側電極を有し、
   前記ステージ装置は、
   前記正側電極の電位を設定する正側電源と、
   前記正側電源に直列に接続されており、前記負側電極の電位を設定する負側電源と、
   前記正側電源および前記負側電源の接続点における基準電位を制御する基準電源と
   を更に備え、
   前記基準電源は、
   前記試料と前記正側電極との間の容量、および、前記試料と前記負側電極との間の容量に基づいて、前記基準電位を制御する
   ステージ装置。
2. 前記チャック用電極は、前記絶縁基板の表面に露出して設けられ、
   前記複数の支持部は、前記絶縁基板の前記表面に設けられ、前記試料と前記チャック用電極との間に空間ができるように、前記試料を支持する
   請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記絶縁基板の前記表面において、前記チャック用電極を囲んで設けられたガードリングを更に備える
   請求項１または２に記載のステージ装置。
4. 前記複数の支持部において前記試料と接触する先端部が、絶縁材料で形成された
   請求項３に記載のステージ装置。
5. 電子線により処理される試料を載置するステージ装置であって、
   絶縁基板と、
   前記絶縁基板の表面に露出して設けられたチャック用電極と、
   前記絶縁基板の前記表面に設けられ、前記試料と前記チャック用電極との間に空間ができるように、前記試料を支持する複数の支持部と
   を備え、
   前記絶縁基板の前記表面において、前記チャック用電極を囲んで設けられたガードリングを更に備え、
   前記チャック用電極は、互いに分離した正側電極および負側電極を有し、
   前記ステージ装置は、
   前記正側電極の電位を設定する正側電源と、
   前記負側電極の電位を設定する負側電源と
   を更に備え、
   前記複数の支持部は、導電材料で形成され、
   前記ステージ装置は、前記複数の支持部の電位を制御する支持部電位制御部を更に備える
   ステージ装置。
6. 前記正側電源および前記負側電源は直列に接続され、
   前記正側電源および前記負側電源の接続点がフローティングである
   請求項５に記載のステージ装置。
7. 前記支持部電位制御部は、前記ガードリングの電位を、前記複数の支持部の電位とあわせて制御する
   請求項５または６に記載のステージ装置。
8. 前記正側電源および前記負側電源は直列に接続され、
   前記ステージ装置は、前記正側電源および前記負側電源の接続点における基準電位を制御する基準電源を更に備える
   請求項５に記載のステージ装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のステージ装置と、
   前記試料に電子線を照射する照射部と
   を備える電子線装置。
10. 前記電子線装置は、ＣＤ−ＳＥＭである
    請求項９に記載の電子線装置。

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