WO2014141775A1 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

荷電粒子線装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2014141775A1
WO2014141775A1 PCT/JP2014/052613 JP2014052613W WO2014141775A1 WO 2014141775 A1 WO2014141775 A1 WO 2014141775A1 JP 2014052613 W JP2014052613 W JP 2014052613W WO 2014141775 A1 WO2014141775 A1 WO 2014141775A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
temperature
electrostatic chuck
wafer
charged particle
thermometer
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/052613
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
菅野　誠一郎
真志 藤田
直也 石垣
西原　誠
久美子 清水
Original Assignee
株式会社 日立ハイテクノロジーズ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社 日立ハイテクノロジーズ filed Critical 株式会社 日立ハイテクノロジーズ
Priority to JP2015505318A priority Critical patent/JP6064032B2/ja
Priority to US14/764,641 priority patent/US9601307B2/en
Publication of WO2014141775A1 publication Critical patent/WO2014141775A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/20—Means for supporting or positioning the objects or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/20—Positioning, supporting, modifying or maintaining the physical state of objects being observed or treated
    • H01J2237/2001—Maintaining constant desired temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24571—Measurements of non-electric or non-magnetic variables
    • H01J2237/24585—Other variables, e.g. energy, mass, velocity, time, temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24592—Inspection and quality control of devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2817—Pattern inspection

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam apparatus that performs line width measurement, defect inspection, image acquisition, and the like of a semiconductor device by using an electron beam or an ion beam, and in particular, an electrostatic chuck mechanism that holds a sample by electrostatic adsorption. It is related with the charged particle beam apparatus provided with.
  • an electron microscope which is a kind of charged particle beam apparatus, has been applied to dimension measurement and defect inspection of semiconductor device patterns.
  • a critical dimension SEM Critical-Dimension Scanning Electron Microscope, hereinafter referred to as CD-SEM
  • CD-SEM Critical Dimension Scanning Electron Microscope
  • a defect inspection SEM is used for defect inspection.
  • a scanning electron microscope is used for continuity inspection of a wiring deep hole by utilizing potential contrast.
  • a focused ion beam apparatus that processes and observes semiconductor devices using an ion beam.
  • the sample is thermally deformed.
  • Patent Document 1 the temperature of the electrostatic chuck, which is the stage of the wafer, is measured using thermal expansion due to temperature by measuring the pattern distance at two locations of the dummy sample in time series. It is disclosed that it is used for confirmation and calibration of beam drift and the like.
  • the thermal deformation as described above occurs from the time when the sample is mounted on the electrostatic chuck, and when the temperature difference between the sample and the electrostatic chuck disappears, the thermal deformation also disappears. Therefore, in order to perform measurement or the like using a charged particle beam without thermal deformation, it is desirable to wait until thermal deformation of the sample disappears before starting measurement or the like.
  • a high throughput is required for a semiconductor device measurement and inspection apparatus represented by a CD-SEM.
  • the waiting time as described above causes a reduction in throughput. That is, there is a trade-off between high throughput and high-accuracy measurement without thermal deformation.
  • 2004-228561 describes that confirmation of beam drift and the like is performed using temperature data, but there is no description of a technique for realizing both high-accuracy measurement and high throughput. Further, the temperature of the semiconductor wafer introduced into the CD-SEM varies depending on the environment where the semiconductor wafer before introduction is placed. As described in Patent Document 1, simply measuring a dummy wafer cannot cope with thermal deformation that can change variously.
  • a charged particle beam apparatus including an electrostatic chuck for holding a sample, a thermometer for measuring the temperature of the electrostatic chuck, and a temperature obtained by the thermometer
  • a control device for controlling the charged particle beam device so as to execute the measurement or inspection by the charged particle beam based on the information and the relationship information between the measurement by the charged particle beam or the start time or waiting time of the inspection
  • the charged particle beam apparatus includes an electrostatic chuck for holding a sample, and includes a thermometer for measuring the temperature of the electrostatic chuck,
  • the chuck is formed with a counterbore having a proximity surface that is relatively close to the sample adsorption surface relative to the surface opposite to the sample adsorption surface of the electrostatic chuck, and the thermometer is disposed on the counterbore proximity surface.
  • a charged particle beam device supported by a pressing member for pressing the thermometer is proposed. According to such a configuration, since the temperature of the sample can be measured with high accuracy in a state where there is no potential fluctuation caused by directly contacting the thermometer with the sample, thermal deformation corresponding to the temperature of the sample can be accurately performed. As a result, it is possible to achieve both high accuracy of measurement and inspection and high throughput.
  • the figure which shows an example of the electrostatic chuck mechanism provided with the thermometer The flowchart which shows the measurement process of the sample by a charged particle beam apparatus. The figure which shows an example of a scanning electron microscope. The figure which shows the result of having measured the temperature of a clean room. The flowchart which shows the process of controlling a temperature controller based on the temperature of a sample. The figure which shows the result of having measured the temperature of a clean room.
  • CD-SEM is a kind of scanning electron microscope, and is equipped with a function for measuring the line width of a pattern of a semiconductor device or the like.
  • Primary electrons are emitted from the electron gun and accelerated by applying a voltage. Thereafter, the beam diameter of the electron beam is narrowed down by an electromagnetic lens. This electron beam is scanned two-dimensionally on a sample such as a semiconductor wafer. Secondary electrons generated when the scanned electron beam enters the sample are detected by a detector.
  • the fine pattern on the sample can be imaged by synchronizing the scanning of the electron beam and the detection of the secondary electrons and displaying them on the monitor.
  • the edge of the pattern is discriminated based on the change in brightness of the obtained image to derive the dimension. The above is the measurement principle of CD-SEM.
  • this CD-SEM is used for measuring the dimensions of a device pattern in a semiconductor production line, not only the performance as an electron microscope, such as resolution and measurement reproducibility, but also the throughput is very important.
  • One of the factors that adversely affect the resolution and length measurement reproducibility is a problem of image drift caused by thermal contraction of the wafer.
  • the environment of a clean room in which a CD-SEM is usually installed fluctuates within a range of about ⁇ 1 ° C. to 2 ° C. although it is controlled including temperature.
  • the temperature of the wafer exposed to the fluctuation of the environmental temperature also fluctuates in a range of about ⁇ 1 ° C., and thus does not become a constant value.
  • the image drift due to the thermal movement of the wafer and the stage may cause problems such as deterioration in resolution, deterioration in length measurement reproducibility, and reduction in throughput.
  • Providing an appropriate waiting time is a very important issue.
  • the temperature of the wafer to be measured by the CD-SEM varies depending on the type of semiconductor manufacturing process and the waiting time before the CD-SEM is introduced. In order to cope with this temperature change, it is necessary to measure the temperature of the wafer itself to be measured. In other words, there are means and methods for directly measuring the temperature of a wafer that fluctuates under the influence of environmental temperature such as in a clean room, and means for setting an appropriate length measurement start time limit for each wafer based on the obtained wafer temperature data. Desired.
  • the embodiment described below is to meet such a demand.
  • a scanning electron microscope that acquires and measures an SEM image by fixing a wafer with an electrostatic chuck
  • the temperature of the electrostatic chuck is measured for each wafer to be measured.
  • a scanning electron microscope that can set an appropriate measurement start time for each wafer based on the temperature data will be described.
  • the temperature of the electrostatic chuck is measured for each wafer to be measured, and long-term based on this temperature data.
  • a scanning electron microscope capable of estimating a trend of environmental temperature and automatically adjusting a set temperature of a temperature control device provided in the scanning electron microscope will be described.
  • the temperature of the electrostatic chuck is measured for each wafer to be measured.
  • a scanning electron microscope that calculates based on an algorithm prepared in advance with an appropriate measurement start time limit that does not affect the measurement and determines the measurement start time based on the calculation result will be described.
  • a scanning electron microscope that holds a wafer with an electrostatic chuck and acquires and measures an SEM image using an electron beam
  • the temperature of the electrostatic chuck is measured for each wafer to be measured, and long-term based on this temperature data.
  • a scanning electron microscope that obtains a trend of environmental temperature, calculates an appropriate set temperature of a temperature control device provided in the scanning electron microscope based on this trend, and automatically adjusts the set temperature based on the calculation result will be described.
  • a long-term trend of the environmental temperature can be obtained from the temperature data of the electrostatic chuck for each wafer to be measured, and the temperature control device provided in the scanning electron microscope based on this trend Therefore, it is possible to provide a scanning electron microscope with higher reliability.
  • Electrons emitted from the electron source 1 held in the housing 13 maintained in a high vacuum (10 ⁇ 6 Pa or less) are accelerated by the primary electron acceleration electrode 2 to which a high voltage is applied by the high voltage power source 3. .
  • the electron beam 14 is converged by the converging electron lens 4.
  • the electron beam is deflected by the scanning coil 6 and scanned on the wafer two-dimensionally.
  • the electron beam is focused and focused by an electron objective lens 8 disposed immediately above a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer) 9 as a sample, and is incident on the wafer.
  • Secondary electrons 15 generated as a result of incidence of primary electrons are detected by the secondary electron detector 7. Since the amount of secondary electrons detected reflects the shape of the sample surface, the shape of the surface can be imaged based on the information of the secondary electrons.
  • the wafer 9 is held on the electrostatic chuck 10 while ensuring a certain flatness, and is fixed on the XY stage 16.
  • the casing and its internal structure are described in a cross-sectional view as seen from the lateral direction, but the XY stage, electrostatic chuck, and wafer are described in perspective views so that the operation can be easily imagined.
  • the electrostatic chuck is loaded on the Y stage 11 of the XY stage and can move in the Y direction. Further, the Y stage is loaded on the X stage 12 and is movable in the X direction. Therefore, the wafer can freely move in both the X direction and the Y direction, and can measure an arbitrary position in the wafer surface.
  • a wafer transfer lift mechanism capable of moving up and down to attach and detach the wafer from the electrostatic chuck is provided, and the wafer is transferred to and from the load chamber 83 in cooperation with the transfer robot 81. It can be performed.
  • the wafer set in the wafer cassette 86 is first carried into the load chamber 83 by the transfer robot 84 of the mini-en 85.
  • the load chamber can be evacuated and released to the atmosphere by an evacuation system (not shown), and the wafer is kept quiet while maintaining the degree of vacuum in the housing 13 at a level that does not cause any practical problems by opening and closing the valve 82 and the operation of the transfer robot 81. Transport on the electric chuck.
  • the temperature of the apparatus is maintained constant by circulating the coolant adjusted by the temperature controller 87 through the heat sink 86 provided on the bottom surface of the housing 13.
  • the heat source of the apparatus there are an electron optical system, a vacuum exhaust system, various sensors, a stage drive system, and the like, and the temperature of the electrostatic chuck is determined by the heat balance of heat removal by these heat source and heat sink. Therefore, in order to suppress the image drift which is the subject of the present invention, the temperature of the temperature controller is set so that the temperatures of the wafer to be brought in and the electrostatic chuck are substantially the same.
  • the wafer temperature constantly fluctuates due to the environmental temperature at which the apparatus is installed.
  • the temperature of a clean room in which a normal apparatus is installed typically varies within a range of about ⁇ 1 ° C. This fluctuation range also changes over the long term depending on the number of workers entering and leaving the clean room, the outside air temperature, and the status of other devices arranged around.
  • FIG. 4 shows an example of measuring the environmental temperature. From this result, it can be seen that the temperature of the clean room not only periodically changes in units of several hours, but the average temperature also changes with time.
  • the first embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the charged particle beam apparatus is controlled so as to perform measurement or inspection using a charged particle beam based on relationship information between temperature information and measurement using a charged particle beam or inspection start time.
  • a counterbore having a proximity surface that is relatively close to the sample adsorption surface relative to the surface opposite to the sample adsorption surface of the electrostatic chuck is provided in the electrostatic chuck, and a thermometer is provided on the surface adjacent to the counterbore.
  • An example of supporting by a pressing member for pressing is described.
  • FIG. 1 shows a cross section of an electrostatic chuck and a thermometer.
  • the electrostatic chuck 10 is a so-called bipolar electrostatic chuck, and includes two internal electrodes, a circular internal electrode 26 and a ring-shaped internal electrode 30, inside an alumina sintered ceramic.
  • DC power sources 27 and 28 for operating the electrostatic chuck are connected to these internal electrodes so as to overlap with a retarding power source 29 in a floating state. Accordingly, when a potential difference is applied between the internal electrodes using the DC power supplies 27 and 28, the wafer 9 can be electrostatically adsorbed.
  • the retarding power supply 29 is used to decelerate an electron beam that has been accelerated and focused with a high acceleration voltage for the purpose of increasing the resolution immediately before entering the wafer so as not to damage the devices on the wafer.
  • the back surface of the electrostatic chuck 10 is provided with a counterbore hole having a diameter of 10 mm and is inserted into the thermometer 34 so that the tip contacts the bottom surface (proximal surface) of the counterbore hole.
  • the thermometer is provided with a flange, and the tip of the thermometer is elastically contacted by the coil spring 36 and the holding flange 35 using this flange. Thereby, the reproducibility of the contact state between the thermometer and the electrostatic chuck is ensured.
  • thermometer When the wafer is loaded on the electrostatic chuck and electrostatic chucking is performed, if there is a temperature difference between the wafer and the electrostatic chuck, heat transfer occurs and the chuck temperature changes. If this is measured with a thermometer, the temperature of the wafer can be estimated without bringing the thermometer into contact with the back surface of the wafer.
  • the data of the thermometer is sent to the calculator, and the measurement start time limit is calculated according to the measurement conditions such as the number of frames and measurement coordinates, and input to the control device. Based on this result, the control device sets an appropriate waiting time for each continuation position and proceeds with the measurement.
  • the first reason why the thermometer is not brought into direct contact with the wafer is to prevent an increase in foreign matter on the back surface of the wafer. This is because the back surface foreign matter increases the possibility of foreign matter falling on the surface of the lower wafer in the wafer cassette and may contaminate the stage of the next process apparatus.
  • the second reason is stabilization of the wafer potential. That is, since the wafer has a relatively high retarding potential, the wafer potential may change when the thermometer comes into contact with the wafer.
  • the third reason is that noise may get on the thermometer itself.
  • the wafer temperature is estimated by measuring the temperature of the electrostatic chuck instead of the wafer.
  • the thickness of the wafer is 0.775 mm in the case of a ⁇ 300 mm wafer, which is a common sense of the electrostatic chuck. Since it is thinner than a few millimeters, which is a large thickness, its heat capacity is as small as a fraction. Therefore, the temperature fluctuation of the electrostatic chuck caused by the heat transfer with the wafer that is fluctuating by about ⁇ 1 ° C. due to the influence of the environmental temperature is a fraction of that temperature fluctuation.
  • the temperature difference between the wafer and the electrostatic chuck may be relatively small and the measurement limit time may be short, if the monitoring time is long due to small fluctuations in the chuck temperature, an unnecessary waiting time will result. In other words, there is a possibility that throughput may be reduced.
  • the temperature measurement must be accurately measured in a short time.
  • a counterbored hole is provided on the back surface of the electrostatic chuck.
  • the thickness of this portion is appropriately about 1 mm to 3 mm in consideration of manufacturing restrictions and the like.
  • responsiveness is an important performance as a function of the thermometer, it is desirable to be a thermocouple or a resistance temperature detector type thermometer.
  • the attractive force is not easily affected by the back film or warpage of the wafer and the specific resistivity is 10 14 ⁇ cm or more.
  • the coulomb method is not necessarily limited to the case where only the same material of the wafer to be measured and the state of the film formed on the back surface are measured.
  • thermometer a configuration in which the force to press the thermometer is kept elastically pressed by a coil spring to keep the force constant, but for example, to improve heat conduction at the tip of the thermometer, for example. You may apply grease.
  • FIG. 2 shows a flowchart for measuring a wafer in this embodiment.
  • a wafer to be measured is loaded into a sample chamber by a transfer mechanism (17) and loaded on an electrostatic chuck (18).
  • a voltage is applied by an electrostatic chuck power source to electrostatically attract the wafer (19).
  • the applied voltage is generally about ⁇ 500 V to ⁇ 2000 V in a coulomb type electrostatic chuck.
  • the stage is moved to the first measurement position (21).
  • the temperature of the electrostatic chuck is periodically monitored, and temperature data for a few seconds after electrostatic adsorption is sent to the calculator immediately before the voltage is applied.
  • This data is not only stored, but also used to calculate the wafer temperature, that is, the thermal shrinkage of the wafer based on a predetermined algorithm. If the amount of thermal contraction is known, the image drift amount at the measurement coordinates can be calculated, and conversely, the measurement start time limit required until the image drift amount has no effect on the measurement resolution and reproducibility is obtained.
  • the temperature information of the electrostatic chuck (wafer temperature information indirectly measured by a thermometer), the measurement, and the inspection start time (or standby) are stored in the storage medium of the arithmetic unit or the storage medium accessible via the network.
  • a table showing the relationship with the time) and an arithmetic expression including these parameters as terms are stored as relation information, and the measurement start time by the control device is set based on the table and the arithmetic expression.
  • the temperature change data for several seconds after electrostatic adsorption and the measurement start time corresponding to the temperature change data may be stored in association with each other, or the measurement time is obtained by measuring the wafer temperature at the time of adsorption and reproduced. If it is possible to identify a highly reliable measurement start time, a single temperature measurement result and a measurement start time may be stored in association with each other.
  • a waiting time corresponding to the measurement coordinates on the wafer may be set in accordance with a predetermined measurement order. For example, it is conceivable that the measurement is started without waiting time regardless of the wafer temperature if it is near the center of the wafer, and the measurement is started after the calculated waiting time if it is other than the center. Furthermore, when measuring the wafer edge after measuring the wafer center, it is possible that the standby time has not passed sufficiently. For example, (the standby time obtained by calculation—the measurement required for the wafer center (Time) may be a standby time after the wafer center measurement, and the wafer edge may be measured after the standby time has elapsed.
  • the standby time may be obtained based on the relationship between the standby time and temperature according to the distance from the wafer center and the wafer coordinates.
  • the temperature of the wafer can be estimated with good reproducibility without directly contacting the back surface of the wafer, so that appropriate measurement starts based on this temperature data. If the time limit is set to the minimum necessary for each measurement point, it is possible to provide a scanning electron microscope with high throughput, high resolution, good measurement reproducibility, and no increase in backside foreign matter or contamination.
  • FIG. 6 is an example of the monitoring result of the temperature fluctuation for 8 days in the vicinity of the scanning electron microscope installed in the clean room. From this result, even during just one week, temperature fluctuation (first day) that seems to be caused by work performed in the surrounding area, mainly due to the influence of heat generated by other manufacturing equipment installed in the surrounding area It can be seen that a change in average temperature (after the 5th day) is considered to occur.
  • the second embodiment is for solving this problem, and is for suppressing the influence of the environmental temperature which fluctuates over a relatively long period.
  • FIG. 5 shows a flowchart.
  • an average value (37) of the wafer temperature measured once a day is obtained once a day. This average temperature is compared with the average temperature of the previous day (38). If the environmental temperature does not change, the temperature is basically about 0 ° C. However, if the environmental temperature changes, the change can be confirmed, for example, an increase of 0.33 ° C.
  • the set temperature of the temperature controller may be changed so as to increase the temperature of the electrostatic chuck corresponding to the temperature difference. However, it is unclear whether it will change at the same environmental temperature the next day. Further, since a scanning electron microscope such as a CD-SEM is relatively large and has a large heat capacity, it is difficult to adjust the temperature of the electrostatic chuck with good response. This temperature time constant is typically estimated to be about 4 to 12 hours.
  • a temperature difference of 0.33 ° C. occurs, if the set temperature of the temperature controller is changed by an amount equivalent to 0.33 ° C. at a stretch, the result is that the next day, the temperature has decreased by 0.15 ° C. There is also a possibility that. If this happens, the temperature of the device will be poorly stable. For example, a threshold value for the temperature difference is determined in advance (for example, 0.20 ° C.), and the temperature exceeds this threshold value. If a temperature difference occurs (39), the temperature is changed by a predetermined change amount (for example, 0.10 ° C.) (40). If not, the temperature adjustment is completed without changing the temperature of the temperature controller. (41) If the temperature of the temperature controller is managed with such an algorithm, the temperature can be adjusted without impairing the stability of the apparatus temperature.
  • a case where the temperature setting of the temperature controller is operated at 20.0 ° C. and a temperature change of 0.33 ° C. occurs due to an environmental change is taken as an example.
  • the temperature difference is 0.20 ° C. or more
  • the temperature of the temperature controller is automatically changed to 20.1 ° C. If the ambient temperature remains changed the next day, on average, a temperature difference of about 0.23 ° C. will occur, so the temperature setting will change the next day and the temperature of the temperature controller will be 20.2 ° C. .
  • the next day, the temperature difference is 0.13 ° C., so no adjustment is made.
  • the scanning electron microscope to which the second embodiment is applied even when the environmental temperature of the clean room fluctuates over a long period, measurement can be performed while automatically adjusting the temperature over a long period.
  • the average temperature of the wafer is used as an index for estimating the fluctuation of the environmental temperature.
  • the electrostatic chuck temperature can be used because it reflects the temperature fluctuation of the wafer.
  • the configuration of the first embodiment is used for the thermometer, but if limited to the operation of the second embodiment, the responsiveness of the chuck temperature is slower than that of the first embodiment. Since there may be, it does not necessarily need to be the structure attached elastically to a counterbore hole.
  • Electron source 2 ... Primary electron acceleration electrode, 3 ... High voltage power supply, 4 ... Electron lens, 5 ... Diaphragm, 6 ... Scanning coil, 7 ... Secondary electron detector, 8 ... Electron objective lens, 9 ... Wafer, 10 ... Electrostatic chuck, 11 ... Y stage, 12 ... X stage, 13 ... Case, 14 ... Electron beam, 15 ... Secondary electron, 16 ... XY stage, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 ... circular internal electrodes, 27 ... direct current power supply, 28 ... direct current power supply, 29 ... retarding power supply, 30 ... ring internal electrode, 34 ... thermometer, 35 ... presser flange, 36 ... coil Spring, 37, 38, 39, 40, 41, 81 ... transfer robot, 82 ... valve, 83 ... load chamber, 84 ... transfer robot, 85 ... miniene, 86 ... wafer cassette

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

静電チャック（１０）によりウエハ（９）を保持し、電子ビームを用いて画像を取得しウエハ表面を計測する走査電子顕微鏡において、環境温度によりウエハ（９）の温度が変動した場合であっても、ウエハ（９）の温度変化にともなう熱収縮による分解能の劣化や計測の再現性が悪化することのない高スループットの走査電子顕微鏡を提供することにある。静電チャック（１０）の裏面にザグリ穴を設け、このザグリ穴の底面に弾性的に先端が接触するように温度計（３４）を固定し、温度計（３４）の出力を演算器に送り、この演算器で温度計（３４）の出力値からあらかじめ決められたアルゴリズムにもとづき計測開始のための計測制限時間を算出し、計測は計測位置毎に計測制限時間を待ってから開始する。

Description

荷電粒子線装置
　本発明は、電子ビームやイオンビームを利用して、半導体デバイス等の線幅計測や欠陥検査、画像取得等をおこなう荷電粒子線装置に係り、特に試料を静電吸着によって保持する静電チャック機構を備えた荷電粒子線装置に関する。
　近年、半導体デバイスパターンの寸法測定や欠陥検査に荷電粒子線装置の１種である電子顕微鏡が応用されている。例えば、半導体デバイスのゲート寸法の測定には測長ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、以下ＣＤ－ＳＥＭ）を用い、欠陥検査には欠陥検査SEMを用いる。また、電位コントラストを利用し、配線用深穴の導通検査にも走査電子顕微鏡が用いられるようになっている。また、イオンビームを用いて半導体デバイスの加工、観察を行う集束イオンビーム装置もある。
　荷電粒子線装置によるビーム照射対象と、ビーム照射対象を載置ための試料ステージとの間に温度差があると、試料が熱変形する。
　特許文献１には、ダミー試料の２か所のパターン距離を時系列で測定することで、温度による熱膨張を利用してウエハのステージである静電チャックの温度を測定し、この温度データを用いることでビームドリフト等の確認や校正に利用することが開示されている。
特開２００８－３１１３５１号公報（対応米国特許ＵＳＰ７，７６３，８６３）
　上述のような熱変形は、試料の静電チャックへの搭載時点から発生し、試料と静電チャックの温度差がなくなると熱変形もなくなる。よって、熱変形のない状態で荷電粒子ビームを用いた測定等を行うためには、試料の熱変形がなくなるまで待った上で、測定等を開始することが望ましい。一方、ＣＤ－ＳＥＭに代表される半導体デバイスの測定、検査装置には高いスループットが求められている。このような高いスループットを求められる装置において、上述のような待ち時間はスループット低下の要因となる。即ち、高スループットと、熱変形のない状態での高精度測定はトレードオフの関係にある。特許文献１は、温度データを用いてビームドリフト等の確認を行うことの説明はあるものの、高精度測定と高スループット化の両立を実現する手法についての説明はない。また、ＣＤ－ＳＥＭに導入される半導体ウエハは、その導入前の半導体ウエハが置かれた環境等の違いによって、温度が変化する。特許文献１に説明されているように、ダミーウエハを測定するだけでは、種々変化する可能性のある熱変形に対応することができない。
　以下に、測定や検査の高精度化と高スループット化の両立を実現することを目的とする荷電粒子線装置について説明する。
　上記目的を達成するための一態様として、試料を保持するための静電チャックを備えた荷電粒子線装置であって、静電チャックの温度を測定する温度計と、当該温度計によって得られる温度情報と、荷電粒子ビームによる測定、或いは検査の開始時間、或いは待機時間との関係情報に基づいて、前記荷電粒子ビームによる測定、或いは検査を実行するように前記荷電粒子線装置を制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置を提案する。このような構成によれば、試料の温度条件に応じて適正な時間に測定、或いは検査を始めることができるため、高い次元での高スループット化と高精度測定の両立を実現することが可能となる。
　また、上記目的を達成するための他の態様として、試料を保持するための静電チャックを備えた荷電粒子線装置であって、静電チャックの温度を測定する温度計を備え、前記静電チャックには、前記静電チャックの試料吸着面の反対側の面に対し、相対的に前記試料吸着面に近接する近接面を持つザグリが形成され、前記温度計は、前記ザグリの近接面に当該温度計を押圧するための押圧部材によって支持される荷電粒子線装置を提案する。このような構成によれば、温度計を直接試料に接触させることによる電位変動等がない状態で、試料の温度を高精度に測定することができるため、試料の温度に応じた熱変形を正確に把握することが可能となり、結果として測定や検査の高精度化と高スループット化の両立を実現することが可能となる。
　上記構成によれば、測定や検査の高精度化と高スループット化の両立を実現することを目的とする荷電粒子線装置の提供が可能となる。
温度計を備えた静電チャック機構の一例を示す図。 荷電粒子線装置による試料の計測工程を示すフローチャート。 走査電子顕微鏡の一例を示す図。 クリーンルームの温度を測定した結果を示す図。 試料の温度に基づいて温調器を制御する工程を示すフローチャート。 クリーンルームの温度を測定した結果を示す図。
　以下に静電チャックを備えた荷電粒子線装置について説明する。一例として、ＣＤ－ＳＥＭを例にとり、測定の基本原理を簡単に説明する。ＣＤ－ＳＥＭは走査型電子顕微鏡の一種であり、半導体デバイス等のパターンの線幅等を測定するための機能が搭載されている。電子銃から一次電子を放出させ、電圧を印加して加速する。その後、電磁レンズによって電子ビームのビーム径を細く絞る。この電子ビームを半導体ウエハ等の試料上に２次元的に走査する。走査した電子ビームが試料に入射することにより発生する二次電子を検出器で検出する。この二次電子の強度は、試料表面の形状を反映するので、電子ビームの走査と二次電子の検出を同期させてモニタに表示することで、試料上の微細パターンが画像化できる。ＣＤ－ＳＥＭでは、例えばゲート電極の線幅を測定する場合には、得られた画像の明暗の変化にもとづいてパターンのエッジを判別して寸法を導き出す。以上がＣＤ－ＳＥＭの測定原理である。
　このＣＤ－ＳＥＭは半導体製造ラインにおけるデバイスパターンの寸法測定に使用されるため、分解能、測長再現性といった電子顕微鏡としての性能だけでなく、スループットが非常に重要となる。この分解能や測長再現性に悪影響をおよぼす要因の一つに、ウエハの熱収縮により発生する像ドリフトの問題が存在する。つまり、通常ＣＤ－ＳＥＭが設置されるクリーンルームの環境は温度を含め管理されているとはいえ、±１℃ないし２℃程度の幅で変動する。この環境温度の変動に曝されたウエハの温度も当然±１℃前後の幅で温度変動するため、一定の値にはならない。
　その結果、ウエハを固定するステージとの間で温度差が生じた場合、ウエハとステージ間で熱移動が発生し、ウエハ温度が変化し熱収縮する。この熱収縮はウエハがステージ温度と同じくなるまでつづき、特にウエハの外周付近ほど熱収縮量は大きい。もし、熱収縮が発生している状態でＳＥＭ画像を撮影すると、撮影中に像ドリフトが発生するために鮮明な画像を得ることができず、分解能の悪化や測長再現性の悪化を引き起こす。これはフレーム枚数が多いほど撮影に要する時間が長いために、高精度測定の実現が困難となる可能性がある。この像ドリフトは、前述したようにウエハとステージ間の熱移動が完了してしまえば発生しないため、十分に熱移動が完了するまでＳＥＭ画像の取得開始を待つことが考えられるが、ＣＤ－ＳＥＭなどの検査装置の場合にはスループット低下の要因となる。
　このように、ウエハとステージの熱移動にともなう像ドリフトは分解能の劣化や測長再現性の悪化、スループットの低下といった問題を引き起こす可能性があるため、ＳＥＭ画像を取得するまでに必要最低限の適正な待ち時間を設けることは極めて重要な課題である。
　また、ＣＤ－ＳＥＭの測定対象となるウエハは、ＣＤ－ＳＥＭ導入前の半導体製造プロセスの種類や待機時間によって、温度が変化する。この温度変化に対応するためには、まさに測長しようとしているウエハそのものの温度を測定する必要がある。つまり、クリーンルーム等の環境温度の影響を受けて変動するウエハの温度を直接測定する手段や方法、および得られたウエハ温度のデータにもとづきウエハ毎に適正な測長開始制限時間を設定する手段が求められる。
　以下に説明する実施例は、このような要求に応えるものであり、静電チャックでウエハを固定しＳＥＭ画像を取得し計測する走査電子顕微鏡において、計測するウエハ毎に静電チャックの温度を測定し、この温度データにもとづき適正な計測開始時刻をウエハ毎に設定できる走査電子顕微鏡について説明する。
　また、他の実施例として、静電チャックでウエハを固定しＳＥＭ画像を取得し計測する走査電子顕微鏡において、計測するウエハ毎に静電チャックの温度を測定し、この温度データにもとづき長期的な環境温度のトレンドを推定し、走査電子顕微鏡に備え付けられた温調装置の設定温度を自動的に調整できる走査電子顕微鏡について説明する。
　より具体的には、静電チャックでウエハを保持し、電子ビームを用いてＳＥＭ画像を取得し計測する走査電子顕微鏡において、計測するウエハ毎に静電チャックの温度を測定し、この温度データにもとづき計測に影響のでない適正な計測開始制限時間をあらかじめ準備したアルゴリズムにもとづき演算し、この演算結果にもとづき計測開始時刻を決定する走査電子顕微鏡について説明する。
　また、静電チャックでウエハを保持し、電子ビームを用いてＳＥＭ画像を取得し計測する走査電子顕微鏡において、計測するウエハ毎に静電チャックの温度を測定し、この温度データにもとづき長期的な環境温度のトレンドを求め、このトレンドにもとづいて走査電子顕微鏡に備え付けられた温調装置の適正な設定温度を演算し、この演算結果にもとづき設定温度を自動で調整する走査電子顕微鏡について説明する。
　上記構成によれば、電子ビームを用いてSEM画像を取得し計測する走査電子顕微鏡において、計測するウエハ毎に像ドリフトが発生しないための最小限の適正な計測開始制限時間経過後から計測を開始できるため、分解能の劣化や測長再現性の悪化がなく、高スループットの走査電子顕微鏡を提供することができる。
　また、上記他の構成によれば、計測するウエハ毎に静電チャックの温度データから長期的な環境温度のトレンドを求めることができ、このトレンドにもとづいて走査電子顕微鏡に備え付けられた温調装置の適正な設定温度に自動で調整することができるため、より信頼性の高い走査電子顕微鏡を提供することができる。
　以下、図面を用いて走査電子顕微鏡の具体的な構成について説明する。
　はじめに図３を用いて、ＣＤ－ＳＥＭの概要を説明する。高真空（１０-6Ｐａ以下）に維持された筐体１３内に保持された電子源１から放出された電子は、高圧電源３により高圧電圧が印加された一次電子加速電極２で加速される。電子ビーム１４は、収束用の電子レンズ４で収束される。電子ビームは絞り５でビーム電流量を調節された後、走査コイル６で偏向され、ウエハ上を２次元的に走査される。電子ビームは試料である半導体ウエハ（以下、単にウエハ）９の直上に配置された電子対物レンズ８で絞られ焦点合わせがなされ、ウエハに入射する。
　一次電子が入射した結果発生する二次電子１５は、二次電子検出器７により検出される。検出される二次電子の量は、試料表面の形状を反映するので、二次電子の情報にもとづき表面の形状を画像化することができる。ウエハ９は静電チャック１０上に一定の平坦度を確保しながら保持されており、Ｘ－Ｙステージ１６上に固定されている。なお、本図では筐体とその内部構造を横方向から見た断面図で記述したが、Ｘ－Ｙステージと静電チャック、ウエハは動作をイメージしやすいように斜視図で記載している。静電チャックはＸ－ＹステージのＹステージ１１上に積載されており、Ｙ方向に移動可能となっている。また、ＹステージはＸステージ１２上に積載されており、Ｘ方向に移動可能となっている。したがって、ウエハはＸ方向、Ｙ方向いずれも自由に動作可能であり、ウエハ面内の任意の位置を計測可能となっている。
　また、図示はしていないが、ウエハを静電チャックから着脱するため上下動作可能なウエハ搬送用リフト機構が備えてあり、搬送ロボット８１との連携動作によりロード室８３との間でウエハの受け渡しを行うことができる。
　測定対象であるウエハを静電チャックまで搬送する際の動作は、まずウエハカセット８６にセットされたウエハをミニエン８５の搬送ロボット８４でロード室８３に搬入する。ロード室内は図示しない真空排気系により真空引きおよび大気解放することができ、バルブ８２の開閉と搬送ロボット８１の動作で筐体１３内の真空度を実用上問題ないレベルに維持しながらウエハを静電チャック上に搬送する。
　装置の温度は、筐体１３の底面に備え付けたヒートシンク８６内を温調器８７で温調された冷却液を循環させることで一定に維持される。装置の発熱源としては電子光学系や真空排気系、各種センサ類、ステージ駆動系などが存在し、静電チャックの温度はこれら熱源とヒートシンクによる除熱のヒートバランスで決まる。したがって、本発明の課題である像ドリフトを抑制するためには、持ち込まれるウエハと静電チャックの温度が概ね同一となるように温調器の温度を設定することになる。
　しかしながら、ウエハの温度は装置が設置される環境温度の影響で絶えず変動する。例えば、通常装置が設置されるクリーンルームの温度は典型的には±１℃程度の幅で変動する。この変動幅は、クリーンルームに出入りする作業者の数や、外気温、周囲に配置される別の装置の状況によって長期的にも変化する。図４に環境温度を計測した一例を示す。この結果から、クリーンルームの温度は数時間単位で周期的に変化しているだけでなく、平均的な温度も時間帯によって変化していることがわかる。
　したがって、持ち込まれるウエハと静電チャックの温度が完全に同一であることは実際には稀であり、通常は若干の温度差が発生している。これらの温度は、ウエハが静電チャックされると熱移動が発生し最終的には同一の温度に収束していく。この間はウエハ温度が変化するためウエハは熱収縮する。この温度差が十分小さいか、ウエハを静電チャックしてから十分な時間経過した後であれば計測に影響することはないが、温度差が大きい場合や計測開始までの時間が短い場合には像ドリフトの影響が無視できなくなり、分解能の劣化や再現性の悪化といった問題を引き起こしてしまう。しかも、ＳＥＭで画像を取得する場合、目的に適った像質の画像を得るために、通常は所望の画像条件に応じてフレーム枚数や画面サイズを変更するため撮像時間がまちまちとなる。そのため、像ドリフトの影響は撮像時間によっても変化することになる。さらに、ウエハの温度は環境により変動しているため、スループットを最大限確保するためにはウエハ毎に適正な計測開始制限時間を設けなければならない。
　図１、２を用いて第一の実施例について説明する。本実施例では、温度情報と、荷電粒子ビームによる測定、或いは検査開始時間との関係情報に基づいて、荷電粒子ビームによる測定、或いは検査を実行するように荷電粒子線装置を制御する例について説明する。また、静電チャックの試料吸着面の反対側の面に対し、相対的に試料吸着面に近接する近接面を持つザグリを、静電チャックに設け、温度計を、ザグリの近接面に温度計を押圧するための押圧部材によって支持する例について説明する。
　図１は静電チャックと温度計の断面を示す図である。静電チャック１０はいわゆる双極型の静電チャックであり、アルミナ製の焼結体セラミックスの内部に、円状内部電極２６とリング状内部電極３０の２個の内部電極を内蔵している。これらの内部電極には静電チャックを動作させるための直流電源２７、２８がリターディング電源２９にフローティング状に重畳して接続されている。したがって、直流電源２７、２８を用いて内部電極間に電位差を与えるとウエハ９を静電吸着することができる。リターディング電源２９は、分解能を上げる目的で高い加速電圧で加速して絞った電子ビームを、ウエハ上のデバイスにダメージを与えないようにウエハに入射する直前で減速するために用いられる。
　静電チャック１０の裏面には１か所、直径が１０ｍｍのザグリ穴が設けてあり、このザグリ穴の底面（近接面）に先端が接触するように温度計３４に挿入されている。温度計には鍔部が設けてあり、この鍔を利用してコイルばね３６とおさえ用フランジ３５により温度計の先端は弾性的に接触している。これにより、温度計と静電チャックの接触状態の再現性が確保されている。
　静電チャックにウエハが積載されて静電チャックされると、ウエハと静電チャック間に温度差があった場合、熱移動が発生しチャック温度が変化する。これを温度計で測定すれば、ウエハの温度をウエハ裏面に温度計を接触させることなく推定することが可能となる。温度計のデータは演算機に送られ、フレーム枚数や計測座標等の計測条件に応じて計測開始制限時間を算出し、制御装置に入力する。制御装置は、この結果にもとづき継続位置毎に適切な待ち時間を設定して計測を進める。
　本実施例において、温度計を直接ウエハに接触させない第一の理由は、ウエハの裏面異物の増加防止である。裏面異物は、これが増加するとウエハカセット内で下のウエハの表面に異物を落とす可能性や、次のプロセス装置のステージを汚染する可能性があり問題を引き起こすためである。第二の理由は、ウエハ電位の安定化である。つまり、ウエハはリターディング電圧の比較的高い電位となっているため、これに温度計が接触するとウエハの電位が変化してしまう場合があるためである。第三の理由は、温度計そのものにノイズが乗る場合があるためである。
　したがって、ウエハではなく静電チャックの温度を測定してウエハ温度を推定することにしているが、ウエハの厚みはφ３００ｍｍウエハの場合で規格の上では０．７７５ｍｍであり、静電チャックの常識的な厚みである数ミリに比べて薄いため、熱容量が数分の１と小さい。したがって、環境温度の影響を受けて±１℃程度の温度変動をしているウエハとの熱移動で生じる静電チャックの温度変動はその数分の１の温度変動となる。ウエハと静電チャックの温度差が比較的小さく計測制限時間が短くてよいにもかかわらず、チャックの温度変動が小さいためにモニタ時間に時間がかかると結果的に不要な待ち時間が入ってしまうことになり、かえってスループットを低下させる可能性がある。これを避けるためには、温度測定を短時間で正確に測定しなければならない。そのためには、極力ウエハに近いところの温度を測定する必要があり、このために本実施例では静電チャックの裏面にザグリ穴を設けた構成としている。この部分の厚みとしては、製造上の制約等を考えると１ｍｍから３ｍｍ程度が妥当である。また、温度計の機能としては応答性が重要な性能となるため、熱電対や測温抵抗体型の温度計であることが望ましい。
　以上の構成でウエハの温度を測定する場合、ウエハと静電チャック間の熱伝達の再現性が重要であることはいうまでもない。熱伝達はウエハの吸着力に依存するため、吸着力の再現性が再現性のよい温度測定を実現するためのポイントとなる。一般的に静電チャックとしては、リーク電流がほとんど流れずに分極電荷のクーロン力で吸着力を発生するクーロン方式と、リーク電流が流れることで静電気力を発生するジョンソンラーベック方式の２方式が存在するが、吸着力の再現性を考慮すれば吸着力がウエハの裏面膜や反りの影響を受けにくい、固有抵抗率が１０14Ωｃｍ以上のクーロン方式であることが望ましい。ただし、計測対象のウエハの材質や、裏面に形成された膜の状態が同じもののみを計測するような場合であれば、必ずしもクーロン方式限定される訳ではない。
　同様に、静電チャックと温度計の接触状態の再現性も重要なポイントである。本実施例では、押圧部材の一例として、温度計を押し付ける力を一定に保つためにコイルばねで弾性的に押し付けた構成としたが、他に例えば温度計の先端に熱伝導を改善するためのグリースを塗布するなどしてもよい。
　図２に本実施例でウエハを計測する場合のフローチャートを示す。始めに、計測対象となるウエハを搬送機構で試料室に搬入し（１７）、静電チャック上に積載する（１８）。次に静電チャック電源で電圧を印加しウエハを静電吸着する（１９）。印加電圧は、クーロン方式の静電チャックでは±５００Ｖから±２０００Ｖ程度の電圧が一般的である。つづいて、ウエハ面内の座標とＸ－Ｙステージのアライメント補正を行った（２０）のち、最初の計測位置にステージを移動させる（２１）。この間、静電チャックの温度は周期的にモニタされており、電圧を印加する直前から静電吸着後数秒間の温度データを演算機に送る。このデータは保存されるだけでなく、予め決めておいたアルゴリズムにもとづいてウエハの温度、すなわちウエハの熱収縮量を算出するのに利用される。熱収縮量がわかれば計測座標における像ドリフト量を算出することができ、逆にこの像ドリフト量が計測の分解能や再現性に影響がなくなるまでに必要な計測開始制限時間が求められる。
　これらの演算は最初の計測位置にステージが移動完了するまでに完了されているのが望ましい。次に予め計算した計測開始制限時間だけ待ち時間を入れ（２２）、その後計測を開始する（２３）。この作業をレシピが終了するまで繰り返し（２４）、すべての計測が終了したらウエハを搬出する（２５）。
　また、演算装置の記憶媒体、或いはネットワーク経由でアクセス可能な記憶媒体に、例えば静電チャックの温度情報（温度計によって間接的に測定されるウエハの温度情報）と測定、検査開始時間（或いは待機時間）との関係を示すテーブルや、これらのパラメータを項として含む演算式を関係情報として記憶しておき、このテーブルや演算式に基づいて、制御装置による測定開始時間が設定されるようにしても良い。更に、静電吸着後数秒間の温度変化データとその温度変化データに対応する測定開始時間を関連付けて記憶するようにしても良いし、吸着時のウエハ温度の測定によって測定時間を求めても再現性の高い測定開始時間の同定が可能であるのであれば、１回の温度測定結果と測定開始時間等を関連付けて記憶しておいても良い。
　また、熱変形による画像のドリフト量が所定値以下となる待機時間と、温度情報を関連付けて記憶しておき、許容ドリフト量の任意の設定によって、待機時間を計算するようにしても良い。
　なお、円形のウエハの熱変形は、ウエハの中心から放射状に発生することがある。このような場合、ウエハの中心は殆どドリフトが発生せず、ウエハの縁部に近づく程、大きなドリフトが発生することになることがある。このような場合には、予め決められた測定順序に応じて、ウエハ上の測定座標に応じた待ち時間を設定するようにしても良い。例えば、ウエハ中心付近であれば、ウエハの温度に依らず、待ち時間なしで測定を開始し、中心以外であれば、演算された待ち時間を経て測定を開始することが考えられる。更に、ウエハ中心を測定した後、ウエハ縁部の測定を行う場合、待機時間が十分に経過していないことも考えられるため、例えば（演算によって求められた待機時間－ウエハ中心の測定に要した時間）をウエハ中心測定後の待機時間とし、この待機時間経過後に、ウエハ縁部の測定を実行するようにしても良い。
　更にウエハ中心からの距離やウエハ座標に応じた待機時間と温度の関係に基づいて、待機時間を求めるようにしても良い。
　このように構成された第一の実施例によれば、ウエハの裏面に直接温度計が接触することなく、再現性良くウエハ温度を推定することができるため、この温度データにもとづき適正な計測開始制限時間を計測点毎に必要最小限で設定すれば、スループットが高く、高分解能で計測再現性のよい、裏面異物の増加や汚染のない走査電子顕微鏡を提供することができる。
　次に、図５、図６を用いて本発明の第二の実施例を説明する。図６は、クリーンルーム内に設置された走査電子顕微鏡付近における８日間の温度変動のモニタ結果の一例である。この結果から、わずか１週間の間であっても、周囲で実施された作業に起因すると思われる温度変動（初日）や、主には周囲に設置された他の製造装置による発熱の影響等によると考えられる平均温度の変化（５日目以降）が発生していることがわかる。
　このように環境温度が変化すれば、装置を設置した当初は装置の温調器の設定温度が適正であったとしても、入ってくるウエハの温度自体が影響を受け変化するため静電チャックとウエハ間に温度差が発生することになる。仮に温度差が発生したとしても、本発明の第一の実施例を適用した走査電子顕微鏡であれば、静電チャックとウエハの温度差に応じて適正な計測制限時間が自動で設定されるので、分解能や再現性に問題が生じることはない。しかしながら、計測対象のウエハの温度が静電チャックと温度差が発生している状況では、常に計測制限時間が長くなることになるため、スループットが低下する問題がある。
　第二の実施例はこの問題を解決するためのものであり、比較的長い期間で変動する環境温度の影響を抑制するためものである。図５にフローチャートを示す。始めに、一日１回、その日に計測したウエハ温度の平均値（３７）を求める。この平均温度を前日の平均温度と比較する（３８）。環境温度が変化しなければ、基本的にはほぼ０℃になるが、もし環境温度が変化すれば、例えば０．３３℃の上昇というように変化を確認することができる。この温度差を解消するためには、この温度差に相当する分の静電チャックの温度を上昇させるように温調器の設定温度を変更すればよい。しかしながら、実際にはその翌日も同じ環境温度で推移するかどうかは不明である。また、ＣＤ－ＳＥＭなどの走査電子顕微鏡は比較的大型で熱容量が大きいため、応答良く静電チャックの温度を調整することは困難である。この温度時定数は、典型的には４時間から１２時間程度と見積もられる。
　したがって、仮に０．３３℃の温度差が生じたからといって一気に０．３３℃相当分、温調器の設定温度を変更した場合、翌日は逆に０．１５℃低下した、という結果になってしまう可能性もある。このような事態になってしまうと、装置としての温度の安定性が悪い装置となってしまうので、例えば、温度差の閾値を予め決定しておき（例えば０．２０℃）、この閾値以上の温度差が発生した場合には（３９）、予め決めた変更量（例えば０．１０℃）分だけ温度変更し（４０）、発生していない場合は温調器の温度を変更することなく完了（４１）する。このようなアルゴリズムで温調器の温度を管理すれば、装置温度の安定性を損なうことなく調整してやることが可能になる。
　例えば温調器の温度設定が２０．０℃で運用されていて、環境の変化で０．３３℃の温度変化が発生した場合を例にとる。この場合、温度差が０．２０℃以上発生したので、自動的に温調器の温度は２０．１℃に変更される。翌日、環境温度が変化したままであれば、平均的には温度差は０．２３℃程度発生するため、翌日も温度設定の変更が発生し、温調器の温度は２０．２℃となる。その翌日は、温度差が０．１３℃となるため調整は入らない。
　このような構成で温調器の温度設定を変更した場合、クリーンルーム内の工事等で突発的に変化しその翌日には復旧した場合にも、温調器の温度の変化させすぎにより過補正してしまう可能性を排除することができる。
　したがって、第二の実施例を適用した走査電子顕微鏡であれば、クリーンルームの環境温度が長期的に変動した場合にも長期的に温度を自動で調節しながら計測を行うことができるため、長期的にも分解能や再現性が安定し、高スループットで温度の安定性に優れた走査電子顕微鏡を提供することができる。本実施例では、環境温度の変動を推定する指標としてウエハの平均温度を用いたが、静電チャックの温度もウエハの温度変動を反映した結果となるため利用することができる、また、本実施例では温度計を第一の実施例の構成を用いたが、第二の実施例の運用のみに限定するのであれば、チャック温度の応答性は第一の実施例の場合に比べればゆっくりであってもよいため、必ずしもザグリ穴に弾性的に取り付ける構成である必要はない。
１…電子源、２…一次電子加速電極、３…高圧電源、４…電子レンズ、５…絞り、６…走査コイル、７…二次電子検出器、８…電子対物レンズ、９…ウエハ、１０…静電チャック、１１…Ｙステージ、１２…Ｘステージ、１３…筐体、１４…電子ビーム、１５…二次電子、１６…Ｘ－Ｙステージ、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６…円状内部電極、２７…直流電源、２８…直流電源、２９…リターディング電源、３０…リング状内部電極、３４…温度計、３５…おさえ用フランジ、３６…コイルばね、３７、３８、３９、４０、４１、８１…搬送ロボット、８２…バルブ、８３…ロード室、８４…搬送ロボット、８５…ミニエン、８６…ウエハカセット

Claims (8)

  1. 　試料を保持するための静電チャックを備えた荷電粒子線装置において、
    　静電チャックの温度を測定する温度計と、当該温度計によって得られる温度情報と、荷電粒子ビームによる測定、或いは検査の開始時間、或いは待機時間との関係情報に基づいて、前記荷電粒子ビームによる測定、或いは検査を実行するように前記荷電粒子線装置を制御する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記静電チャックは、誘電体の固有抵抗率が１０14Ωｃｍ以上のクーロン方式の静電チャックであることを特徴とする荷電粒子線装置。
  3. 　請求項１において、
    　前記静電チャックには、静電チャックの試料吸着面と反対側の面に対し、相対的に前記静電チャックの試料吸着面に近接する近接面を持つザグリが形成され、当該近接面に、前記温度計を押圧する押圧部材が設けられていることを特徴とする荷電粒子線装置。
  4. 　請求項３において、
    　前記押圧部材は、前記温度計を前記近接面にばね力で押圧するばねを備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。
  5. 　試料を保持するための静電チャックを備えた荷電粒子線装置において、
    　静電チャックの温度を測定する温度計を備え、前記静電チャックには、前記静電チャックの試料吸着面の反対側の面に対し、相対的に前記試料吸着面に近接する近接面を持つザグリが形成され、前記温度計は、前記ザグリの近接面に当該温度計を押圧するための押圧部材によって支持されることを特徴とする荷電粒子線装置。
  6. 　請求項５において、
    　前記静電チャックは、誘電体の固有抵抗率が１０14Ωｃｍ以上のクーロン方式の静電チャックであることを特徴とする荷電粒子線装置。
  7. 　請求項６において、
    　前記押圧部材は、前記温度計を前記近接面にばね力で押圧するばねを備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。
  8. 　静電チャックにより試料を保持し、電子ビームを用いて画像を取得し前記試料表面を計測する荷電粒子線装置において、
    　該荷電粒子線装置は冷却用の温調器と、前記静電チャックの温度を測定可能な温度計を備え、該温度計の出力を演算器に送り、該演算器にて前記温度計の出力値からあらかじめ決められたアルゴリズムにもとづき予め決められた期間における前記試料の平均温度を算出し、該平均温度の変動にもとづき前記温調器の設定温度を調節することを特徴とする荷電粒子線装置。
PCT/JP2014/052613 2013-03-15 2014-02-05 荷電粒子線装置 WO2014141775A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015505318A JP6064032B2 (ja) 2013-03-15 2014-02-05 荷電粒子線装置
US14/764,641 US9601307B2 (en) 2013-03-15 2014-02-05 Charged particle radiation apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013052611 2013-03-15
JP2013-052611 2013-03-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014141775A1 true WO2014141775A1 (ja) 2014-09-18

Family

ID=51536451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/052613 WO2014141775A1 (ja) 2013-03-15 2014-02-05 荷電粒子線装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9601307B2 (ja)
JP (1) JP6064032B2 (ja)
WO (1) WO2014141775A1 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3021347A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-18 Fei Company Charged Particle Microscope with barometric pressure correction
US20190187003A1 (en) * 2017-12-14 2019-06-20 Lam Research Corporation Corrosion-Resistant Temperature Sensor Probe
CN108766904B (zh) * 2018-04-26 2021-03-12 上海华力微电子有限公司 一种静电吸附盘的温度监控方法
WO2020094371A1 (en) * 2018-11-06 2020-05-14 Asml Netherlands B.V. Systems and methods for thermally conditioning a wafer in a charged particle beam apparatus
WO2020178758A1 (en) * 2019-03-05 2020-09-10 Sacmi Cooperativa Meccanici Imola Societa' Cooperativa Apparatus and method for inspecting an object
US11637030B2 (en) * 2019-06-18 2023-04-25 Kla Corporation Multi-stage, multi-zone substrate positioning systems
US11264203B1 (en) * 2020-08-17 2022-03-01 Applied Materials Israel Ltd. Reducing a temperature difference between a sample and a chuck of an electron beam tool

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0636997A (ja) * 1992-07-15 1994-02-10 Hitachi Ltd 電子線描画装置
JP2000091201A (ja) * 1998-09-11 2000-03-31 Canon Inc 荷電粒子線描画装置及び方法、ならびにデバイス製造方法
JP2002164399A (ja) * 2000-11-24 2002-06-07 Ulvac Japan Ltd 温度制御室、及びその温度制御室を用いた真空処理装置
JP2003188075A (ja) * 2001-12-19 2003-07-04 Hitachi High-Technologies Corp 電子ビーム描画装置
JP2004172487A (ja) * 2002-11-21 2004-06-17 Ngk Insulators Ltd 静電チャックの帯電除去方法および静電チャック
JP2006066690A (ja) * 2004-08-27 2006-03-09 Hitachi High-Technologies Corp 電子線描画装置、電子線描画装置の温度制御方法、および回路パターン製造装置
JP2009259444A (ja) * 2008-04-14 2009-11-05 Hitachi High-Technologies Corp 高分解能でかつ高コントラストな観察が可能な電子線応用装置
JP2013008987A (ja) * 2007-03-30 2013-01-10 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2928603B2 (ja) * 1990-07-30 1999-08-03 キヤノン株式会社 Ｘ線露光装置用ウエハ冷却装置
US20080236614A1 (en) 2007-03-30 2008-10-02 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP2008311351A (ja) 2007-06-13 2008-12-25 Hitachi High-Technologies Corp 荷電粒子線装置
JP5325681B2 (ja) * 2009-07-08 2013-10-23 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0636997A (ja) * 1992-07-15 1994-02-10 Hitachi Ltd 電子線描画装置
JP2000091201A (ja) * 1998-09-11 2000-03-31 Canon Inc 荷電粒子線描画装置及び方法、ならびにデバイス製造方法
JP2002164399A (ja) * 2000-11-24 2002-06-07 Ulvac Japan Ltd 温度制御室、及びその温度制御室を用いた真空処理装置
JP2003188075A (ja) * 2001-12-19 2003-07-04 Hitachi High-Technologies Corp 電子ビーム描画装置
JP2004172487A (ja) * 2002-11-21 2004-06-17 Ngk Insulators Ltd 静電チャックの帯電除去方法および静電チャック
JP2006066690A (ja) * 2004-08-27 2006-03-09 Hitachi High-Technologies Corp 電子線描画装置、電子線描画装置の温度制御方法、および回路パターン製造装置
JP2013008987A (ja) * 2007-03-30 2013-01-10 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2009259444A (ja) * 2008-04-14 2009-11-05 Hitachi High-Technologies Corp 高分解能でかつ高コントラストな観察が可能な電子線応用装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20150371814A1 (en) 2015-12-24
JP6064032B2 (ja) 2017-01-18
US9601307B2 (en) 2017-03-21
JPWO2014141775A1 (ja) 2017-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6064032B2 (ja) 荷電粒子線装置
CN110491756B (zh) 具有闭环夹持力控制的实时监测
US9417138B2 (en) Gas coupled probe for substrate temperature measurement
US10903036B2 (en) Charged-particle beam device
JP5412270B2 (ja) 走査電子顕微鏡
US11158484B2 (en) Electron beam inspection tool and method of controlling heat load
KR20000011428A (ko) 정전척의파티클발생저감방법및반도체제조장치
US20110141650A1 (en) Electrostatic chuck device and method for determining attracted state of wafer
JP2007234869A (ja) エッチング処理装置および自己バイアス電圧測定方法ならびにエッチング処理装置の監視方法
US11929231B2 (en) Charged particle beam device
US8071961B2 (en) Charged particle beam apparatus
JP6151028B2 (ja) 荷電粒子線装置
JP6411799B2 (ja) 荷電粒子線装置
US20210327773A1 (en) Parameter adjustment method of bonding apparatus and bonding system
JP2010272586A (ja) 荷電粒子線装置
KR101367917B1 (ko) 공정 챔버의 결로 발생 방지 장치 및 방법
JP6979107B2 (ja) 荷電粒子線装置
JP2012248733A (ja) 荷電粒子線装置および静電チャック装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14762811

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14764641

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015505318

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14762811

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1