Ｚステージ装置及び荷電粒子線装置
【課題】搬送ロボットによってウェハの出し入れを行う際の駆動範囲が制限される。
【解決手段】Ｚステージ装置に以下の構造を設ける。(1) 試料を保持する保持面を有するＺテーブル、(2) ＺテーブルをＺ方向に可動可能に収容する空洞部と、当該空洞部と外側面の一つとを連結する開口部とを有するＺフレーム、(3) 空洞部へ水平に延出し、Ｚテーブルが退避位置まで降下した際に、試料を一時的に下方から保持する一時保持部材、(4) Ｚテーブルの上面には、一時保持部材を収容可能な凹部が形成され、Ｚテーブルが可動範囲の最高位置に位置するとき、当該上面が一時保持部材の上面より高い位置に位置決め可能である。
【解決手段】Ｚステージ装置に以下の構造を設ける。(1) 試料を保持する保持面を有するＺテーブル、(2) ＺテーブルをＺ方向に可動可能に収容する空洞部と、当該空洞部と外側面の一つとを連結する開口部とを有するＺフレーム、(3) 空洞部へ水平に延出し、Ｚテーブルが退避位置まで降下した際に、試料を一時的に下方から保持する一時保持部材、(4) Ｚテーブルの上面には、一時保持部材を収容可能な凹部が形成され、Ｚテーブルが可動範囲の最高位置に位置するとき、当該上面が一時保持部材の上面より高い位置に位置決め可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置及び当該装置に搭載し得るＺステージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の微細化が進んでいる。これに伴い、製造装置のみならず、検査装置や評価装置においても、更なる高精度化が求められている。通常、半導体ウェハ上に形成されたパターン形状の寸法評価やウェハ欠陥の検査には、走査型電子顕微鏡（以下「ＳＥＭ」という。）が用いられる。
【０００３】
ＳＥＭによるウェハ検査では、ウェハへの電子線の照射により得られる二次電子信号を画像処理し、その明暗変化からパターンのエッジを判別することにより寸法を導き出す又は欠陥を観察する。
【０００４】
ところで、半導体素子の更なる微細化に対応するためには、高い観察倍率において、よりノイズの少ない二次電子像を得ることが重要となる。二次電子像にノイズが現れる要因には、ウェハを保持するステージの振動、電子線のゆがみ、フォーカスずれ等がある。ＳＥＭは、対物レンズ等を用い、電子線の焦点位置をウェハ上に合わせるように調整している。焦点位置がずれるとフォーカスずれが発生し、二次電子像がぼやけて検査精度が劣化する。
【０００５】
一方で、検査対象であるウェハには幾つかの種類があり、その中には厚さの異なるウェハも存在する。厚さの異なるウェハに対する焦点位置の調整を対物レンズのみで行う場合、調整に要する時間が増大し、スループットが低下する。加えて、焦点位置を調整しきれない場合、画像にぼやけやひずみが発生し、検査精度が劣化する。
【０００６】
従って、ウェハ面に対して垂直方向（すなわち、Ｚ方向）に昇降可能なＺステージを用いる方法が、焦点位置の調整には有効である。Ｚステージの昇降に必要なストロークは、ウェハの厚さの違いを吸収できれば良い。通常、１ｍｍ程度で良い。
【０００７】
一方、Ｚステージに対するウェハの受け渡しは、通常、搬送ロボットにより行う。ウェハ保持部材から搬送ロボットへのウェハの受け渡しは、通常、以下の工程を通じて実行される。
(1) ピンによってウェハを押し上げてウェハ保持部材とウェハの間に隙間を作る工程
(2) この隙間に搬送ロボットを入れる工程
(3) 搬送ロボットがウェハを持ち上げる又はピンを下げ、ウェハを搬送ロボットに転載する工程
【０００８】
ピンを用いてウェハを押し上げ、搬送ロボットが入る隙間をウェハ保持部材の上方に確保するためには、ウェハを概ね２０〜３０ｍｍ程度持ち上げる必要がある。ところが、対物レンズ等の電子光学系のカラムが存在する位置においては、この隙間を確保することができない。従って、ウェハ保持部材から搬送ロボットにウェハを受け渡すには、カラムと干渉しない位置までＸＹテーブルを移動し、その後、ウェハを持ち上げる工程が必要になる。しかし、この手法は、ＸＹテーブルのストロークが余計に必要になる。このため、Ｚステージのコストの増加や質量の増加を避けることができない。
【０００９】
このような要求に対し、チャックトップの昇降動作により、リフトピンをチャックトップから相対的に突出させる技術がある（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−４６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１の検査ステージは、搬送ロボットによるウェハの出し入れ時、チャックトップを貫通するようにＺ方向に突き出したリフトピンが搬送ロボットの駆動範囲を制限してしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、荷電粒子線装置に適したＺステージ装置であって、以下の構造的特徴を有する。
(1) 試料を保持する保持面を有するＺテーブル
(2) ＺテーブルをＺ方向に可動可能に収容する空洞部と、当該空洞部と外側面の一つとを連結する開口部とを有するＺフレーム
(3) 空洞部へ水平に延出し、Ｚテーブルが退避位置まで降下した際に、試料を一時的に下方から保持する一時保持部材
(4) Ｚテーブルの上面には、一時保持部材を収容可能な凹部が形成され、Ｚテーブルが可動範囲の最高位置に位置するとき、当該上面が一時保持部材の上面より高い位置に位置決め可能である。
【発明の効果】
【００１３】
試料表面の高さをＺ方向について調整する場合、Ｚテーブルの上面を一時保持部材の上面より高い位置まで持ち上げて調整する。一方、試料を搬送ロボットとの間で受け渡す場合、搬送ロボットを開口側から出し入れ可能な高さまでＺテーブルの上面を降下する。この際、一時保持部材は、Ｚフレームの空洞部へ水平方向に延出しているため、搬送ロボットの駆動範囲を制限することがない。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】Ｚステージ装置の構成図。
【図２】Ｚステージ装置の断面を表す模式図。
【図３】Ｚステージ装置の裏面図。
【図４】ロック機構の一例を示す模式図。
【図５】Ｚステージ装置を用いた半導体検査装置の全体模式図（搬送位置）。
【図６】Ｚステージ装置を用いた半導体検査装置の全体模式図（検査位置）。
【図７】Ｚステージ装置を用いた高さ調整手順を説明するフローチャート。
【図８】Ｚステージ装置の他の断面図。
【図９】Ｚステージ装置の他の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施態様は、後述する形態例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
【００１６】
＜形態例１＞
図１に、形態例に係るＺステージ装置の構成例を示す。Ｚステージ装置は、Ｚテーブル１０１と、Ｚフレーム１０３と、３つのリフトピック１０４〜１０６を主要な構成とする。
【００１７】
Ｚフレーム１０３は、不図示のＸＹステージにより図中に示すＸＹ平面内で駆動可能である。Ｚフレーム１０３は、ＸＹ平面の形状が略正方形の平板部材である。Ｚフレーム１０３は、略円筒形状のＺテーブル１０１をＺ方向に可動可能に収容する略円筒形状の空洞部１１２を中心部に有している。空洞部１１２はＺフレーム１０３の上面から下面まで貫通している。また、Ｚフレーム１０３は、側面の１辺に空洞部１１２と外側面を連結する開口部１１３を有している。図１の場合、開口部１１３は、図中Ｙ軸の負方向に形成されている。
【００１８】
Ｚテーブル１０１の表面には、ウェハを吸着保持するウェハチャック１０２が取り付けられている。
【００１９】
Ｚフレーム１０３のＸ方向及びＹ方向の端面には、Ｘバーミラー１０７及びＹバーミラー１０８が互いに直交するように取り付けられる。これら各バーミラーとの正対位置には不図示のレーザ干渉計が配置されており、当該レーザ干渉計によりＺフレーム１０３のＸ座標及びＹ座標が測定される。
【００２０】
Ｚフレーム１０３の内側面には、Ｚテーブル１０１の円周を概ね３等分する位置に３個のリニアガイド１０９〜１１１が取り付けられている。リニアガイド１０９〜１１１は、Ｚ軸方向に延伸するように取り付けられた凸状の部材である。Ｚテーブル１０１の側壁のうちリニアガイド１０９〜１１１と対向する面には、リニアガイド１０９〜１１１と対をなす不図示の凹ガイドが形成され、当該凹ガイドにリニアガイド１０９〜１１１が収容される。この凹ガイドとリニアガイド１０９〜１１１の組合せにより、Ｚテーブル１０１は、Ｚ方向に自由に昇降移動される。
【００２１】
Ｚフレーム１０３の空洞部１１２の上端付近には、その内壁側からウェハチャック１０２の中心方向に延伸するように、３つのリフトピック１０４〜１０６が取り付けられている。リフトピック１０４〜１０６は、Ｚテーブル１０１の円周を概ね３等分する位置に取り付けられている。Ｚテーブル１０１及びウェハチャック１０２の表面には、リフトピック１０４〜１０６との干渉を避ける目的で凹ガイド１１４が形成されている。ここで、凹ガイド１１４は、リフトピック１０４〜１０６を収容可能な形状及び深さを有している。この凹ガイド１１４の深さにより、Ｚテーブル１０１をＺ軸方向に上昇させた際にウェハチャック１０２の上面が到達し得る最高点が制限される。
【００２２】
以上の構造を有するＺステージ装置において、Ｚテーブル１０１を昇降することにより、ウェハの厚みの違いを調整することができる。なお、空洞部１１２は、Ｚテーブル１０１の上面から下面まで貫通しているので、Ｚテーブル１０１をＺ軸方向で降下させることにより、搬送ロボットを出し入れするために必要な駆動スペースを確保できる。なお、搬送ロボットの出し入れは、開口部１１３が形成された図１の符号ａの方向から行われる。
【００２３】
以下、図２を用いて、ウェハ高さの調整からウェハの受け渡しまでの動作を説明する。なお、図２は、形態例に係るＺステージ装置の断面構造を示す図である。ただし、図２においては、説明を簡単にするためにウェハ１１５、ウェハチャック１０２、Ｚテーブル１０１及びリフトピック１０４のみを記載し、それ以外の構成部品は省略して示している。
【００２４】
図２の（ａ）はＺテーブル１０１が最も上昇している状態、（ｂ）は（ａ）の状態からウェハチャック１０２の上面がリフトピック１０４の上面と一致する位置までＺテーブル１０１が下降された状態、（ｃ）はＺテーブル１０１を更に下降させ、最下点に達した状態を示している。
【００２５】
図２の（ａ）の場合、ウェハ１１５は、ウェハチャック１０２によってのみ支持されている。この場合、Ｚテーブル１０１のＺ方向変位は、そのままウェハ１１５のＺ方向変位となる。なお、リフトピック１０４の底面は、Ｚテーブル１０１の表面に形成された凹部１１４の底面に当たっている。図から分かるように、リフトピック１０４の先端に形成された小突起の表面もウェハチャック１０２の表面より下に位置している。
【００２６】
ここで、Ｚテーブル１０１を降下すると、ウェハ１１５の底面とリフトピック１０４の表面（小突起の表面）との関係は、（ｂ）の状態に変化する。この状態になると、ウェハ１１５は、ウェハチャック１０２だけでなく、リフトピック１０４によっても底面側から支えられるようになる。従って、ウェハ１１５は、この高さ位置以上には降下しない。
【００２７】
すなわち、（ａ)の状態はウェハ１１５のＺ方向高さの最高点を与え、（ｂ）の状態はウェハ１１５のＺ方向高さの最低点を与える。従って、この２つの高さの差分に相当するＺテーブル１０１の変位Ｌ１が、ウェハ１１５の厚みを調整可能なストローク量となる。ここで、変位Ｌ１は、略１〜２ｍｍ程度で設計されるのが望ましい。
【００２８】
その後、図２の（ｂ）の状態から（ｃ）の状態までＺテーブル１０１を降下すると、ウェハ１１５の下面とウェハチャック１０２の上面との間に距離Ｌ２だけ隙間ができる。この隙間Ｌ２を利用することにより、搬送ロボットによるウェハ１１５の受け渡しが可能となる。ここで、Ｌ２は搬送ロボットが移動できる間隔であるので略２０〜３０ｍｍ程度に設計されることが望ましい。
【００２９】
更に、リフトピック１０４の取り付けはＸＹ平面と平行であり、かつ、Ｚフレーム１０３の側面には開口部１１３が形成されているため、搬送ロボットを障害無く出し入れすることができる。
【００３０】
＜形態例２＞
図３に、形態例に係るＺステージ装置の裏面図を示す。なお、表面側の構成は、形態例１に係るＺステージ装置と同じである。図３に示すように、リニアガイド１０９〜１１１は、Ｚテーブル１０１の円周に対して概ね３等分された位置に配置されている。図に示すように、各リニアガイド１０９〜１１１は、凹ガイド１１６〜１１８に嵌め込まれている。
【００３１】
また、Ｚフレーム１０３の内側面には、Ｚテーブル１０１の高さ位置を固定するロック機構１２１〜１２３が取り付けられている。これらロック機構１２１〜１２３も、Ｚテーブル１０１の円周を概ね３等分する位置に取り付けられている。ロック機構１２１〜１２３の詳細構成については後述する。因みに、ロック機構１２１〜１２３は、ロック時にはＺテーブル１０１の中心方向に押付力を発生し、非ロック時には押付力を解除できる内部機構を有している。
【００３２】
なお、接触面を最大化するため、非押付面となるＺテーブル１０１の側面部と、押付面となるロック機構１２１〜１２３の押圧面とは形状が一致している。従って、Ｚテーブル１０１の非押付面が円弧であれば、ロック機構１２１〜１２３の押付面も同じ曲率の円弧に形成される。また、Ｚテーブル１０１の非押付面が平面に加工されていれば、ロック機構１２１〜１２３の押付面も平面に形成される。
【００３３】
リニアガイド１０９〜１１１及びロック機構１２１〜１２３は、ＸＹ平面内で互いに干渉しないように取り付けられると共に、図中ａで示される方向（図１における方向ａと同じ）の開口部１１３を避けて設計される。
【００３４】
図４に、形態例に係るロック機構１２１〜１２３の一例を示す。図４の（ａ）はロック状態にあるロック機構１２１〜１２３の断面構造を示し、（ｂ）は非ロック状態（解放状態）にあるロック機構１２１〜１２３の断面構造を示している。押し当て部材２０１の背面には押し当てばね２０２の一端が取り付けられており、当該押し当てばね２０２の他端はＺフレーム１０３の内側面に固定されている。押し当てばね２０２は、押しばねである。従って、押し当てばね２０２は、常に、押し当て部材２０１をＺテーブル１０１に押し付ける方向に力を発生させている。
【００３５】
ロック状態と非ロック状態（解放状態）は、支点２０５によって回転支持されたリンク２０４を時計周りに回転させるか、反時計周りに回転させるかにより切り換えられる。リンク２０４の回転は、圧電素子２０３に対する通電の切り換えにより実現される。因みに、圧電素子２０３の一端はＺフレーム１０３に固定され、他端はリンク２０４に当たっている。なお、リンク２０４の他端は、押し当て部材２０１に当たっている。
【００３６】
圧電素子２０３が非通電時、押し当て部材２０１は押し当てばね２０２によってＺテーブル１０１の側面に押し付けられている。この押し当ての予圧を十分に高く設計すればロック時のＺテーブル１０１の剛性を高くすることができる。
【００３７】
さらに、押し当て部材２０１と接触するＺテーブル１０１の側面高さは、Ｚ方向に関する押し当て部材２０１の高さ（接触幅）より大きくなるように設計する。これにより、ウェハの厚さの違いを調整するためにＺテーブル１０１の位置が１ｍｍ程度上下しても、押し当て部材２０１の押圧面の全体をＺテーブル１０１に押し当てることができる。このため、Ｚテーブル１０１をロックした際の再現性が高くなる。
【００３８】
また、ロック機構１２１〜１２３は、その押し付け力の作用線がＺテーブル１０１の中心を通るように設計することが望ましい。このように設計すれば、例えば３個のロック機構を用いてＺテーブル１０１をロックした場合でも、Ｚテーブル１０１をＺ軸の周りに回転させるモーメントを発生させずに済む。結果的に、Ｚテーブル１０１の再現性を向上できる。
【００３９】
なお、特許文献１に示す検査ステージの場合には、Ｚステージの位置保持機構がリニアガイドと昇降機構に限られるため、本形態例のようなＺテーブル１０１の剛性や再現性の確保が困難になる。
【００４０】
図４の（ａ）において、圧電素子２０３に電圧を印加すると、圧電素子２０３が伸長する。このとき、圧電素子２０３の先端は、リンク２０４の下端側をＺテーブル１０１の中心方向に押す。結果的に、リンク２０４は時計回りに回転させる力が作用する。この力が押し当てばね２０２の押し付け力よりも大きい場合、押し当て部材２０１はＺテーブル１０１の側面から離れ、図４の（ｂ）の状態となる。すなわち、Ｚテーブル１０１が解放され、Ｚ方向に自由に動けるようになる。
【００４１】
なお、本形態例の場合、圧電素子２０３に電圧を印加しないときにＺテーブル１０１がロックされ、電圧を印加したときにロックが解除されるようにロック機構１２１〜１２３を構成したが、反対に電圧印加時にロックがかかる構成とすることも可能である。
【００４２】
また、図４の場合には、押し当てばね２０２が巻き線状のばね構造であったが、よりＺ方向の剛性を高めるためには、Ｚ方向の変位に対して剛性が高い板ばね構造を採用しても良い。
【００４３】
また、本形態例では、ロック機構１２１〜１２３を駆動するアクチュエータとして圧電素子２０３を用いたが、その他の方法でロック機構１２１〜１２３を駆動することも可能である。例えば回転式、超音波式などのモータや電磁石を駆動機構して用いても良い。
【００４４】
＜形態例３＞
図５に、本形態例に係るＺステージ装置を用いた半導体検査装置の全体模式図を示す。以下では、Ｚテーブル１０１の駆動方法について説明する。
【００４５】
まず、Ｚテーブル１０１を含むＺステージ装置（図１）は、ＸＹステージ３０３に搭載されており、ウェハの交換を行う際には、予め定められたＸＹ座標位置（以下「搬送位置」という。）へ移動される。図５のＺステージ装置は、搬送位置に位置決めされている。
【００４６】
半導体検査装置において、Ｚステージ装置を駆動する必要があるのは、ウェハの出し入れを行う際のみである。従って、Ｚステージ装置の駆動機構（Ｚテーブル１０１を昇降する機構）は、搬送位置でのみ作用すれば良い。
【００４７】
図５に示す半導体検査装置の場合には、搬送位置に、Ｚテーブル１０１を上下に駆動するために使用する押し上げバー１１９を備えている。なお、ＸＹテーブル３０３には、押し上げバー１１９の上下動作が可能なように貫通穴等が設けられている。
【００４８】
押し上げバー１１９の下端付近には、水平方向に延出する連結子３０７が固定されている。当該連結子３０７の他端側は、ボールねじ３０５のねじ山と一対のねじ溝が加工された貫通孔を通じ、ボールねじ３０５に連結されている。従って、回転モータ３０６によりボールねじ３０５が回転駆動されると、その回転向きに応じて連結子３０７が上下に駆動される。
【００４９】
前述したように、連結子３０７の一端は押し上げバー１１９に接続されているため、連結子３０７の上下動に伴って、押し上げバー１１９も真空チャンバ３０２の底面付近から垂直方向に上下する。押し上げバー１１９の上端面の可動範囲の最下点は、ウェハ１１５の受け渡し後のＸＹステージ３０３の水平移動と干渉しないように、ＸＹテーブル３０３の下面より下に配置されている。以下、可動範囲の最下点を、押し上げバー１１９の待機位置という。
【００５０】
従って、Ｚテーブル１０１を駆動しない場合、押し上げバー１１９は待機位置に移動される。待機位置の押し上げバー１１９は、真空チャンバ３０２の下面に形成されたケース３０８内に収容される。
【００５１】
このように、搬送位置においてのみ、押し上げバー１１９を用いてＺテーブル１０１を駆動する機構を採用する。図６に、検査時における押し上げバー１１９とウェハ１１５の位置関係を示す。図６に示すように、Ｚテーブル１０１はＺフレーム１０３に固定された状態で水平方向に駆動される。
【００５２】
回転モータ３０６は、カラム３０１から照射される電子線の焦点位置に対してオフセットした位置に配置される。しかも、回転モータ３０６とウェハ１１５の距離を非常に長くできる。すなわち、この形態例に係る半導体検査装置の場合には、磁性体を電子線から遠ざけることができる。また、磁力が電子線に与える影響が小さいため、複雑な配線が不要になる。また、Ｚステージ装置の内部には、圧電素子を除き駆動機構が存在しない。このため、Ｚステージ装置の小型、軽量化が可能となり、ＸＹテーブル３０３の負荷を低減することができる。
【００５３】
これに対し、引用文献１に示す検査ステージは、Ｚ軸モータをＸＹテーブル上に配置する。このため、Ｚ軸モータの磁場が電子線に影響する可能性が無視できない。具体的には、電子線に曲がりが生じ、測定精度を低下させてしまう。また、Ｚ軸モータの搭載によりＸＹテーブルの可動質量が増大するため、ＸＹステージの駆動に大きな推力が必要となる。さらに、ＸＹテーブルの可動部に配置されるＺ軸モータは、複雑な配線を必要とする。
【００５４】
なお、本形態例の場合には、押し上げバー１１９を上下に駆動する機構として回転モータ３０６を採用したが、リニアモータ等を利用しても良い。
【００５５】
図７に、本形態例に係る半導体検査装置に搭載されるＺステージ装置の駆動手順を示す。図７には、ウェハ１１５をＺステージ装置に搭載する際の手順のみを示す。なお、当該手順は、ウェハ１１５をＺステージ装置から取り出す際の手順とほぼ同様である。このため、以下の説明では、ウェハ１１５をＺステージ装置から取り出す際の説明を省略し、ウェハ１１５をＺステージ装置に搭載する場合の動作についてのみ説明する。
【００５６】
処理５０１において、半導体検査装置に搭載された不図示の制御回路が、Ｚステージ装置に対する高さ調整処理を開始する。ここで、制御回路は、ＸＹテーブル３０３が予め定められた所定の位置（搬送位置）に位置決めされていることを確認する。
【００５７】
処理５０２及び５０３において、制御回路は、待機位置にある押し上げバー１１９をＺテーブル１０１の下面に接触する位置まで上昇させる。
【００５８】
処理５０４において、制御回路は、圧電素子２０３へ電圧を印加し、Ｚテーブル１０１のロック状態を解除する。
【００５９】
処理５０５及び５０６においては、搬送ロボットの駆動スペースを確保できる位置まで押し上げバー１１９を下降させる。このとき、ロック状態から解放されたＺテーブル１０１は、自重によって押し上げバー１１９と共に下降する。
【００６０】
処理５０７において、制御回路は、ウェハ１１５を載せた搬送ロボットをリフトピック１０４〜１０６の上方位置まで移動する。
【００６１】
処理５０８において、制御回路は、搬送ロボットをＺ方向に下降させることにより、ウェハをリフトピック１０４〜１０６に転載する。
【００６２】
処理５０９において、制御回路は、搬送ロボットを退避させ、Ｚテーブル１０１の可動領域を確保する。
【００６３】
処理５１０及び５１１において、制御回路は、押し上げバー１１９をＺ方向に上昇させ、ウェハ１１５をリフトピック１０４〜１０６からウェハチャックに転載した後、ウェハ上面が所定の高さになるまで押し上げバー１１９を上昇させて停止する。
【００６４】
処理５１２において、制御回路は、圧電素子２０３に対する電圧の印加を停止し、Ｚテーブル１０１をロック状態に制御する。ロック後は、ばね力だけが作用する。
【００６５】
処理５１３及び５１４において、制御回路は、押し上げバー１１９を待機位置まで下降させる。このとき、Ｚテーブル１０１はロックされている。このため、押し上げバー１１９だけが下降する。押し上げバー１１９が待機位置まで下降すると、制御回路は処理を終了する（処理５１５）。
【００６６】
本形態例の場合、Ｚテーブル１０１の位置検出機構には、Ｚフレーム１０３とＺテーブル１０１の相対位置（Ｚフレーム１０３に対するＺテーブル１０１の相対高さ）を計測するリニアスケール（図示せず）を使用する。ただし、押し上げバー１１９の位置を計測するリニアスケール等を使用しても良い。また、回転モータ３０６としてパルスモータを採用することにより、Ｚテーブル１０１の位置検出機構を不要することができる。パルスモータを用いる場合、予め設定されたウェハ１１５の厚さの情報を用いることで、ウェハ上面を任意の位置に位置決めすることができる。すなわち、ＳＥＭの電子光学系のフォーカス合わせに最適な高さにウェハ上面を位置決めすることができる。また、予め設定されたウェハの厚さの情報を用いるのではなく、ウェハの高さを測定するＺセンサによる情報を用いてＺテーブルの高さを調整することも有効である。
【００６７】
＜形態例４＞
前述の形態例においては、ロック機構１２１〜１２３をＺフレーム１０３の側に取り付ける場合について説明した。以下では、ロック機構１２１〜１２３をＺテーブル１０１に取り付ける例について説明する。
【００６８】
図８は、本形態例に係るＺステージ装置の断面図である。図８に示すＺステージ装置のうち、図８は、図１〜７と共通する部材等に同一の符号を付して示している。従って、同一の機能を有する部材等に関する説明は省略する。
【００６９】
図８に示すＺステージ装置の場合、ロック機構１２１（１２２及び１２３は図示せず）は、円筒形状であるＺテーブル１０１の側面に取り付けられている。図３の場合と同様、ロック機構１２１〜１２３は、Ｚテーブル１０１の円周を概ね３等分する位置に取り付けられる。図８のロック機構１２１は、概ね図４に示した構造と同じである。
【００７０】
この形態例の場合、押し当てばね２０２、押し当て部材２０１及び圧電素子２０３は、全て、Ｚテーブル１０１の側面に取り付けられており、押し当て部材２０１をＺフレーム１０３の内壁面に押し当てる構造を採用する。
【００７１】
この形態例の場合、ロック機構１２１の圧電素子２０３に電圧を印加するためのケーブル１２０は、Ｚテーブル１０１と押し上げバー１１９を通じて配線されている。ここで、Ｚテーブル１０１の下面と押し上げバー１１９との上面には、接触時のみ通電可能なコネクタが配置されている。この種の配線構造を採用すれば、ロック機構１２１〜１２３を駆動する３つの圧電素子２０３を駆動するための配線を、ＸＹテーブル３０３を介して接続する必要がない。このため、配線が非常に容易になる。
【００７２】
さらに、押し上げバー１１９がＺテーブル１０１と接触していな時は、圧電素子に電圧を印加することができないため、ばね力によるロックが掛った状態となる。すなわち、押し上げバー１１９が何らかの理由により正常に動作しなかった場合にも、ロック状態が維持される。このため、ロック解除によるＺテーブル１０１の落下を防止することができる。
【００７３】
なお、本形態例においては、Ｚテーブル１０１と押し上げバー１１９との間の電気的な接続を接触式のコネクタを用いて実現しているが、接続部分にマグネット等を配置し、Ｚテーブル１０１と押し上げバー１１９をより確実に接続する方法を採用しても良い。
【００７４】
＜形態例５＞
本形態例においては、前述したＺステージ装置に対する変形例を説明する。具体的には、ＺテーブルおよびＺフレームの形状が、前述した形態例とは異なる他の形態例について説明する。
【００７５】
図９は、本形態例に係るＺステージ装置の斜視図である。図９は、図１〜図８との対応部分に同一符号を付して示している。前述した形態例と同一の機能を有する部分については説明を省略する。
【００７６】
図９に示すＺテーブル１２４は、ＸＹ平面において六角形の形状を有している。一方、Ｚフレーム１２５には、Ｚテーブル１２４より一回り大きい同相の空洞部１１２、すなわち六角形に切り抜いた構造を有している。このような多角形状の採用する場合、リニアガイド１０９〜１１１やロック機構１２１〜１２３の取り付け面を平面にすることができる。この構造の採用により、加工や組み立てが容易になる。
【００７７】
なお、Ｚテーブル１０１の形状は、形態例１で示した円筒形状や本形態例で示した六角柱形状のみならず、任意の多角形柱を含む様々な形状でも良い。
【００７８】
また、本形態例の場合にも、ロック機構はその力の作用線がＺテーブル１２４の中心を通るように設計することが望ましい。このことから、例えば３個のロック機構を用いる構成とする場合は、三角形、六角形、九角形など、ロック機構の数の整数倍の多角形が好適な形状となる。
【００７９】
＜他の形態例＞
なお、前述の形態例においては、リフトピック１０４〜１０６が細長い平板形状を有し、かつ、その先端位置に小突起を有する場合について説明したが、Ｙ字形状のように先端付近が複数に枝分かれした構造を採用しても良い。この場合、リフトピックとウェハとの接触面が増えるため、リフトピックの数を少なくできる。
【００８０】
また、前述の形態例の場合には、試料がウェハである場合を説明したが、試料はウェハに限らない。また、前述の形態例の場合には、ＳＥＭを用いた検査装置について説明したが、本発明は、側長装置のＺステージ装置に応用しても良い。また、本発明は、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）加工装置のＺステージ装置にも応用することができる。
【００８１】
また、本発明は上述した形態例に限定されるものでなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した形態例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある形態例の一部を他の形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の形態例の構成を加えることも可能である。また、各形態例の構成の一部について、他の構成を追加、削除又は置換することも可能である。
【００８２】
また、上述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路その他のハードウェアとして実現しても良い。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することにより実現しても良い。すなわち、ソフトウェアとして実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記憶装置、ICカード、SDカード、DVD等の記憶媒体に格納することができる。
【００８３】
また、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示すものであり、製品上必要な全ての制御線や情報線を表すものでない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。
【符号の説明】
【００８４】
１０１ Ｚテーブル
１０２ ウェハチャック
１０３ Ｚフレーム
１０４〜１０６ リフトピック
１０７ Ｘバーミラー
１０８ Ｙバーミラー
１０９〜１１１ リニアガイド
１１２ 空洞部
１１３ 開口部
１１４ 凹部
１１５ ウェハ
１１６〜１１８ 凹ガイド
１１９ 押し上げバー
１２０ ケーブル
１２１〜１２３ ロック機構
１２４ Ｚテーブル
１２５ Ｚフレーム
３０１ カラム
３０２ 真空チャンバ
３０３ ＸＹステージ
３０４ レーザ干渉計
３０５ ボールねじ
３０６ 回転モータ
３０７ 連結子
３０８ ケース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置及び当該装置に搭載し得るＺステージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の微細化が進んでいる。これに伴い、製造装置のみならず、検査装置や評価装置においても、更なる高精度化が求められている。通常、半導体ウェハ上に形成されたパターン形状の寸法評価やウェハ欠陥の検査には、走査型電子顕微鏡（以下「ＳＥＭ」という。）が用いられる。
【０００３】
ＳＥＭによるウェハ検査では、ウェハへの電子線の照射により得られる二次電子信号を画像処理し、その明暗変化からパターンのエッジを判別することにより寸法を導き出す又は欠陥を観察する。
【０００４】
ところで、半導体素子の更なる微細化に対応するためには、高い観察倍率において、よりノイズの少ない二次電子像を得ることが重要となる。二次電子像にノイズが現れる要因には、ウェハを保持するステージの振動、電子線のゆがみ、フォーカスずれ等がある。ＳＥＭは、対物レンズ等を用い、電子線の焦点位置をウェハ上に合わせるように調整している。焦点位置がずれるとフォーカスずれが発生し、二次電子像がぼやけて検査精度が劣化する。
【０００５】
一方で、検査対象であるウェハには幾つかの種類があり、その中には厚さの異なるウェハも存在する。厚さの異なるウェハに対する焦点位置の調整を対物レンズのみで行う場合、調整に要する時間が増大し、スループットが低下する。加えて、焦点位置を調整しきれない場合、画像にぼやけやひずみが発生し、検査精度が劣化する。
【０００６】
従って、ウェハ面に対して垂直方向（すなわち、Ｚ方向）に昇降可能なＺステージを用いる方法が、焦点位置の調整には有効である。Ｚステージの昇降に必要なストロークは、ウェハの厚さの違いを吸収できれば良い。通常、１ｍｍ程度で良い。
【０００７】
一方、Ｚステージに対するウェハの受け渡しは、通常、搬送ロボットにより行う。ウェハ保持部材から搬送ロボットへのウェハの受け渡しは、通常、以下の工程を通じて実行される。
(1) ピンによってウェハを押し上げてウェハ保持部材とウェハの間に隙間を作る工程
(2) この隙間に搬送ロボットを入れる工程
(3) 搬送ロボットがウェハを持ち上げる又はピンを下げ、ウェハを搬送ロボットに転載する工程
【０００８】
ピンを用いてウェハを押し上げ、搬送ロボットが入る隙間をウェハ保持部材の上方に確保するためには、ウェハを概ね２０〜３０ｍｍ程度持ち上げる必要がある。ところが、対物レンズ等の電子光学系のカラムが存在する位置においては、この隙間を確保することができない。従って、ウェハ保持部材から搬送ロボットにウェハを受け渡すには、カラムと干渉しない位置までＸＹテーブルを移動し、その後、ウェハを持ち上げる工程が必要になる。しかし、この手法は、ＸＹテーブルのストロークが余計に必要になる。このため、Ｚステージのコストの増加や質量の増加を避けることができない。
【０００９】
このような要求に対し、チャックトップの昇降動作により、リフトピンをチャックトップから相対的に突出させる技術がある（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−４６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１の検査ステージは、搬送ロボットによるウェハの出し入れ時、チャックトップを貫通するようにＺ方向に突き出したリフトピンが搬送ロボットの駆動範囲を制限してしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、荷電粒子線装置に適したＺステージ装置であって、以下の構造的特徴を有する。
(1) 試料を保持する保持面を有するＺテーブル
(2) ＺテーブルをＺ方向に可動可能に収容する空洞部と、当該空洞部と外側面の一つとを連結する開口部とを有するＺフレーム
(3) 空洞部へ水平に延出し、Ｚテーブルが退避位置まで降下した際に、試料を一時的に下方から保持する一時保持部材
(4) Ｚテーブルの上面には、一時保持部材を収容可能な凹部が形成され、Ｚテーブルが可動範囲の最高位置に位置するとき、当該上面が一時保持部材の上面より高い位置に位置決め可能である。
【発明の効果】
【００１３】
試料表面の高さをＺ方向について調整する場合、Ｚテーブルの上面を一時保持部材の上面より高い位置まで持ち上げて調整する。一方、試料を搬送ロボットとの間で受け渡す場合、搬送ロボットを開口側から出し入れ可能な高さまでＺテーブルの上面を降下する。この際、一時保持部材は、Ｚフレームの空洞部へ水平方向に延出しているため、搬送ロボットの駆動範囲を制限することがない。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】Ｚステージ装置の構成図。
【図２】Ｚステージ装置の断面を表す模式図。
【図３】Ｚステージ装置の裏面図。
【図４】ロック機構の一例を示す模式図。
【図５】Ｚステージ装置を用いた半導体検査装置の全体模式図（搬送位置）。
【図６】Ｚステージ装置を用いた半導体検査装置の全体模式図（検査位置）。
【図７】Ｚステージ装置を用いた高さ調整手順を説明するフローチャート。
【図８】Ｚステージ装置の他の断面図。
【図９】Ｚステージ装置の他の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施態様は、後述する形態例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
【００１６】
＜形態例１＞
図１に、形態例に係るＺステージ装置の構成例を示す。Ｚステージ装置は、Ｚテーブル１０１と、Ｚフレーム１０３と、３つのリフトピック１０４〜１０６を主要な構成とする。
【００１７】
Ｚフレーム１０３は、不図示のＸＹステージにより図中に示すＸＹ平面内で駆動可能である。Ｚフレーム１０３は、ＸＹ平面の形状が略正方形の平板部材である。Ｚフレーム１０３は、略円筒形状のＺテーブル１０１をＺ方向に可動可能に収容する略円筒形状の空洞部１１２を中心部に有している。空洞部１１２はＺフレーム１０３の上面から下面まで貫通している。また、Ｚフレーム１０３は、側面の１辺に空洞部１１２と外側面を連結する開口部１１３を有している。図１の場合、開口部１１３は、図中Ｙ軸の負方向に形成されている。
【００１８】
Ｚテーブル１０１の表面には、ウェハを吸着保持するウェハチャック１０２が取り付けられている。
【００１９】
Ｚフレーム１０３のＸ方向及びＹ方向の端面には、Ｘバーミラー１０７及びＹバーミラー１０８が互いに直交するように取り付けられる。これら各バーミラーとの正対位置には不図示のレーザ干渉計が配置されており、当該レーザ干渉計によりＺフレーム１０３のＸ座標及びＹ座標が測定される。
【００２０】
Ｚフレーム１０３の内側面には、Ｚテーブル１０１の円周を概ね３等分する位置に３個のリニアガイド１０９〜１１１が取り付けられている。リニアガイド１０９〜１１１は、Ｚ軸方向に延伸するように取り付けられた凸状の部材である。Ｚテーブル１０１の側壁のうちリニアガイド１０９〜１１１と対向する面には、リニアガイド１０９〜１１１と対をなす不図示の凹ガイドが形成され、当該凹ガイドにリニアガイド１０９〜１１１が収容される。この凹ガイドとリニアガイド１０９〜１１１の組合せにより、Ｚテーブル１０１は、Ｚ方向に自由に昇降移動される。
【００２１】
Ｚフレーム１０３の空洞部１１２の上端付近には、その内壁側からウェハチャック１０２の中心方向に延伸するように、３つのリフトピック１０４〜１０６が取り付けられている。リフトピック１０４〜１０６は、Ｚテーブル１０１の円周を概ね３等分する位置に取り付けられている。Ｚテーブル１０１及びウェハチャック１０２の表面には、リフトピック１０４〜１０６との干渉を避ける目的で凹ガイド１１４が形成されている。ここで、凹ガイド１１４は、リフトピック１０４〜１０６を収容可能な形状及び深さを有している。この凹ガイド１１４の深さにより、Ｚテーブル１０１をＺ軸方向に上昇させた際にウェハチャック１０２の上面が到達し得る最高点が制限される。
【００２２】
以上の構造を有するＺステージ装置において、Ｚテーブル１０１を昇降することにより、ウェハの厚みの違いを調整することができる。なお、空洞部１１２は、Ｚテーブル１０１の上面から下面まで貫通しているので、Ｚテーブル１０１をＺ軸方向で降下させることにより、搬送ロボットを出し入れするために必要な駆動スペースを確保できる。なお、搬送ロボットの出し入れは、開口部１１３が形成された図１の符号ａの方向から行われる。
【００２３】
以下、図２を用いて、ウェハ高さの調整からウェハの受け渡しまでの動作を説明する。なお、図２は、形態例に係るＺステージ装置の断面構造を示す図である。ただし、図２においては、説明を簡単にするためにウェハ１１５、ウェハチャック１０２、Ｚテーブル１０１及びリフトピック１０４のみを記載し、それ以外の構成部品は省略して示している。
【００２４】
図２の（ａ）はＺテーブル１０１が最も上昇している状態、（ｂ）は（ａ）の状態からウェハチャック１０２の上面がリフトピック１０４の上面と一致する位置までＺテーブル１０１が下降された状態、（ｃ）はＺテーブル１０１を更に下降させ、最下点に達した状態を示している。
【００２５】
図２の（ａ）の場合、ウェハ１１５は、ウェハチャック１０２によってのみ支持されている。この場合、Ｚテーブル１０１のＺ方向変位は、そのままウェハ１１５のＺ方向変位となる。なお、リフトピック１０４の底面は、Ｚテーブル１０１の表面に形成された凹部１１４の底面に当たっている。図から分かるように、リフトピック１０４の先端に形成された小突起の表面もウェハチャック１０２の表面より下に位置している。
【００２６】
ここで、Ｚテーブル１０１を降下すると、ウェハ１１５の底面とリフトピック１０４の表面（小突起の表面）との関係は、（ｂ）の状態に変化する。この状態になると、ウェハ１１５は、ウェハチャック１０２だけでなく、リフトピック１０４によっても底面側から支えられるようになる。従って、ウェハ１１５は、この高さ位置以上には降下しない。
【００２７】
すなわち、（ａ)の状態はウェハ１１５のＺ方向高さの最高点を与え、（ｂ）の状態はウェハ１１５のＺ方向高さの最低点を与える。従って、この２つの高さの差分に相当するＺテーブル１０１の変位Ｌ１が、ウェハ１１５の厚みを調整可能なストローク量となる。ここで、変位Ｌ１は、略１〜２ｍｍ程度で設計されるのが望ましい。
【００２８】
その後、図２の（ｂ）の状態から（ｃ）の状態までＺテーブル１０１を降下すると、ウェハ１１５の下面とウェハチャック１０２の上面との間に距離Ｌ２だけ隙間ができる。この隙間Ｌ２を利用することにより、搬送ロボットによるウェハ１１５の受け渡しが可能となる。ここで、Ｌ２は搬送ロボットが移動できる間隔であるので略２０〜３０ｍｍ程度に設計されることが望ましい。
【００２９】
更に、リフトピック１０４の取り付けはＸＹ平面と平行であり、かつ、Ｚフレーム１０３の側面には開口部１１３が形成されているため、搬送ロボットを障害無く出し入れすることができる。
【００３０】
＜形態例２＞
図３に、形態例に係るＺステージ装置の裏面図を示す。なお、表面側の構成は、形態例１に係るＺステージ装置と同じである。図３に示すように、リニアガイド１０９〜１１１は、Ｚテーブル１０１の円周に対して概ね３等分された位置に配置されている。図に示すように、各リニアガイド１０９〜１１１は、凹ガイド１１６〜１１８に嵌め込まれている。
【００３１】
また、Ｚフレーム１０３の内側面には、Ｚテーブル１０１の高さ位置を固定するロック機構１２１〜１２３が取り付けられている。これらロック機構１２１〜１２３も、Ｚテーブル１０１の円周を概ね３等分する位置に取り付けられている。ロック機構１２１〜１２３の詳細構成については後述する。因みに、ロック機構１２１〜１２３は、ロック時にはＺテーブル１０１の中心方向に押付力を発生し、非ロック時には押付力を解除できる内部機構を有している。
【００３２】
なお、接触面を最大化するため、非押付面となるＺテーブル１０１の側面部と、押付面となるロック機構１２１〜１２３の押圧面とは形状が一致している。従って、Ｚテーブル１０１の非押付面が円弧であれば、ロック機構１２１〜１２３の押付面も同じ曲率の円弧に形成される。また、Ｚテーブル１０１の非押付面が平面に加工されていれば、ロック機構１２１〜１２３の押付面も平面に形成される。
【００３３】
リニアガイド１０９〜１１１及びロック機構１２１〜１２３は、ＸＹ平面内で互いに干渉しないように取り付けられると共に、図中ａで示される方向（図１における方向ａと同じ）の開口部１１３を避けて設計される。
【００３４】
図４に、形態例に係るロック機構１２１〜１２３の一例を示す。図４の（ａ）はロック状態にあるロック機構１２１〜１２３の断面構造を示し、（ｂ）は非ロック状態（解放状態）にあるロック機構１２１〜１２３の断面構造を示している。押し当て部材２０１の背面には押し当てばね２０２の一端が取り付けられており、当該押し当てばね２０２の他端はＺフレーム１０３の内側面に固定されている。押し当てばね２０２は、押しばねである。従って、押し当てばね２０２は、常に、押し当て部材２０１をＺテーブル１０１に押し付ける方向に力を発生させている。
【００３５】
ロック状態と非ロック状態（解放状態）は、支点２０５によって回転支持されたリンク２０４を時計周りに回転させるか、反時計周りに回転させるかにより切り換えられる。リンク２０４の回転は、圧電素子２０３に対する通電の切り換えにより実現される。因みに、圧電素子２０３の一端はＺフレーム１０３に固定され、他端はリンク２０４に当たっている。なお、リンク２０４の他端は、押し当て部材２０１に当たっている。
【００３６】
圧電素子２０３が非通電時、押し当て部材２０１は押し当てばね２０２によってＺテーブル１０１の側面に押し付けられている。この押し当ての予圧を十分に高く設計すればロック時のＺテーブル１０１の剛性を高くすることができる。
【００３７】
さらに、押し当て部材２０１と接触するＺテーブル１０１の側面高さは、Ｚ方向に関する押し当て部材２０１の高さ（接触幅）より大きくなるように設計する。これにより、ウェハの厚さの違いを調整するためにＺテーブル１０１の位置が１ｍｍ程度上下しても、押し当て部材２０１の押圧面の全体をＺテーブル１０１に押し当てることができる。このため、Ｚテーブル１０１をロックした際の再現性が高くなる。
【００３８】
また、ロック機構１２１〜１２３は、その押し付け力の作用線がＺテーブル１０１の中心を通るように設計することが望ましい。このように設計すれば、例えば３個のロック機構を用いてＺテーブル１０１をロックした場合でも、Ｚテーブル１０１をＺ軸の周りに回転させるモーメントを発生させずに済む。結果的に、Ｚテーブル１０１の再現性を向上できる。
【００３９】
なお、特許文献１に示す検査ステージの場合には、Ｚステージの位置保持機構がリニアガイドと昇降機構に限られるため、本形態例のようなＺテーブル１０１の剛性や再現性の確保が困難になる。
【００４０】
図４の（ａ）において、圧電素子２０３に電圧を印加すると、圧電素子２０３が伸長する。このとき、圧電素子２０３の先端は、リンク２０４の下端側をＺテーブル１０１の中心方向に押す。結果的に、リンク２０４は時計回りに回転させる力が作用する。この力が押し当てばね２０２の押し付け力よりも大きい場合、押し当て部材２０１はＺテーブル１０１の側面から離れ、図４の（ｂ）の状態となる。すなわち、Ｚテーブル１０１が解放され、Ｚ方向に自由に動けるようになる。
【００４１】
なお、本形態例の場合、圧電素子２０３に電圧を印加しないときにＺテーブル１０１がロックされ、電圧を印加したときにロックが解除されるようにロック機構１２１〜１２３を構成したが、反対に電圧印加時にロックがかかる構成とすることも可能である。
【００４２】
また、図４の場合には、押し当てばね２０２が巻き線状のばね構造であったが、よりＺ方向の剛性を高めるためには、Ｚ方向の変位に対して剛性が高い板ばね構造を採用しても良い。
【００４３】
また、本形態例では、ロック機構１２１〜１２３を駆動するアクチュエータとして圧電素子２０３を用いたが、その他の方法でロック機構１２１〜１２３を駆動することも可能である。例えば回転式、超音波式などのモータや電磁石を駆動機構して用いても良い。
【００４４】
＜形態例３＞
図５に、本形態例に係るＺステージ装置を用いた半導体検査装置の全体模式図を示す。以下では、Ｚテーブル１０１の駆動方法について説明する。
【００４５】
まず、Ｚテーブル１０１を含むＺステージ装置（図１）は、ＸＹステージ３０３に搭載されており、ウェハの交換を行う際には、予め定められたＸＹ座標位置（以下「搬送位置」という。）へ移動される。図５のＺステージ装置は、搬送位置に位置決めされている。
【００４６】
半導体検査装置において、Ｚステージ装置を駆動する必要があるのは、ウェハの出し入れを行う際のみである。従って、Ｚステージ装置の駆動機構（Ｚテーブル１０１を昇降する機構）は、搬送位置でのみ作用すれば良い。
【００４７】
図５に示す半導体検査装置の場合には、搬送位置に、Ｚテーブル１０１を上下に駆動するために使用する押し上げバー１１９を備えている。なお、ＸＹテーブル３０３には、押し上げバー１１９の上下動作が可能なように貫通穴等が設けられている。
【００４８】
押し上げバー１１９の下端付近には、水平方向に延出する連結子３０７が固定されている。当該連結子３０７の他端側は、ボールねじ３０５のねじ山と一対のねじ溝が加工された貫通孔を通じ、ボールねじ３０５に連結されている。従って、回転モータ３０６によりボールねじ３０５が回転駆動されると、その回転向きに応じて連結子３０７が上下に駆動される。
【００４９】
前述したように、連結子３０７の一端は押し上げバー１１９に接続されているため、連結子３０７の上下動に伴って、押し上げバー１１９も真空チャンバ３０２の底面付近から垂直方向に上下する。押し上げバー１１９の上端面の可動範囲の最下点は、ウェハ１１５の受け渡し後のＸＹステージ３０３の水平移動と干渉しないように、ＸＹテーブル３０３の下面より下に配置されている。以下、可動範囲の最下点を、押し上げバー１１９の待機位置という。
【００５０】
従って、Ｚテーブル１０１を駆動しない場合、押し上げバー１１９は待機位置に移動される。待機位置の押し上げバー１１９は、真空チャンバ３０２の下面に形成されたケース３０８内に収容される。
【００５１】
このように、搬送位置においてのみ、押し上げバー１１９を用いてＺテーブル１０１を駆動する機構を採用する。図６に、検査時における押し上げバー１１９とウェハ１１５の位置関係を示す。図６に示すように、Ｚテーブル１０１はＺフレーム１０３に固定された状態で水平方向に駆動される。
【００５２】
回転モータ３０６は、カラム３０１から照射される電子線の焦点位置に対してオフセットした位置に配置される。しかも、回転モータ３０６とウェハ１１５の距離を非常に長くできる。すなわち、この形態例に係る半導体検査装置の場合には、磁性体を電子線から遠ざけることができる。また、磁力が電子線に与える影響が小さいため、複雑な配線が不要になる。また、Ｚステージ装置の内部には、圧電素子を除き駆動機構が存在しない。このため、Ｚステージ装置の小型、軽量化が可能となり、ＸＹテーブル３０３の負荷を低減することができる。
【００５３】
これに対し、引用文献１に示す検査ステージは、Ｚ軸モータをＸＹテーブル上に配置する。このため、Ｚ軸モータの磁場が電子線に影響する可能性が無視できない。具体的には、電子線に曲がりが生じ、測定精度を低下させてしまう。また、Ｚ軸モータの搭載によりＸＹテーブルの可動質量が増大するため、ＸＹステージの駆動に大きな推力が必要となる。さらに、ＸＹテーブルの可動部に配置されるＺ軸モータは、複雑な配線を必要とする。
【００５４】
なお、本形態例の場合には、押し上げバー１１９を上下に駆動する機構として回転モータ３０６を採用したが、リニアモータ等を利用しても良い。
【００５５】
図７に、本形態例に係る半導体検査装置に搭載されるＺステージ装置の駆動手順を示す。図７には、ウェハ１１５をＺステージ装置に搭載する際の手順のみを示す。なお、当該手順は、ウェハ１１５をＺステージ装置から取り出す際の手順とほぼ同様である。このため、以下の説明では、ウェハ１１５をＺステージ装置から取り出す際の説明を省略し、ウェハ１１５をＺステージ装置に搭載する場合の動作についてのみ説明する。
【００５６】
処理５０１において、半導体検査装置に搭載された不図示の制御回路が、Ｚステージ装置に対する高さ調整処理を開始する。ここで、制御回路は、ＸＹテーブル３０３が予め定められた所定の位置（搬送位置）に位置決めされていることを確認する。
【００５７】
処理５０２及び５０３において、制御回路は、待機位置にある押し上げバー１１９をＺテーブル１０１の下面に接触する位置まで上昇させる。
【００５８】
処理５０４において、制御回路は、圧電素子２０３へ電圧を印加し、Ｚテーブル１０１のロック状態を解除する。
【００５９】
処理５０５及び５０６においては、搬送ロボットの駆動スペースを確保できる位置まで押し上げバー１１９を下降させる。このとき、ロック状態から解放されたＺテーブル１０１は、自重によって押し上げバー１１９と共に下降する。
【００６０】
処理５０７において、制御回路は、ウェハ１１５を載せた搬送ロボットをリフトピック１０４〜１０６の上方位置まで移動する。
【００６１】
処理５０８において、制御回路は、搬送ロボットをＺ方向に下降させることにより、ウェハをリフトピック１０４〜１０６に転載する。
【００６２】
処理５０９において、制御回路は、搬送ロボットを退避させ、Ｚテーブル１０１の可動領域を確保する。
【００６３】
処理５１０及び５１１において、制御回路は、押し上げバー１１９をＺ方向に上昇させ、ウェハ１１５をリフトピック１０４〜１０６からウェハチャックに転載した後、ウェハ上面が所定の高さになるまで押し上げバー１１９を上昇させて停止する。
【００６４】
処理５１２において、制御回路は、圧電素子２０３に対する電圧の印加を停止し、Ｚテーブル１０１をロック状態に制御する。ロック後は、ばね力だけが作用する。
【００６５】
処理５１３及び５１４において、制御回路は、押し上げバー１１９を待機位置まで下降させる。このとき、Ｚテーブル１０１はロックされている。このため、押し上げバー１１９だけが下降する。押し上げバー１１９が待機位置まで下降すると、制御回路は処理を終了する（処理５１５）。
【００６６】
本形態例の場合、Ｚテーブル１０１の位置検出機構には、Ｚフレーム１０３とＺテーブル１０１の相対位置（Ｚフレーム１０３に対するＺテーブル１０１の相対高さ）を計測するリニアスケール（図示せず）を使用する。ただし、押し上げバー１１９の位置を計測するリニアスケール等を使用しても良い。また、回転モータ３０６としてパルスモータを採用することにより、Ｚテーブル１０１の位置検出機構を不要することができる。パルスモータを用いる場合、予め設定されたウェハ１１５の厚さの情報を用いることで、ウェハ上面を任意の位置に位置決めすることができる。すなわち、ＳＥＭの電子光学系のフォーカス合わせに最適な高さにウェハ上面を位置決めすることができる。また、予め設定されたウェハの厚さの情報を用いるのではなく、ウェハの高さを測定するＺセンサによる情報を用いてＺテーブルの高さを調整することも有効である。
【００６７】
＜形態例４＞
前述の形態例においては、ロック機構１２１〜１２３をＺフレーム１０３の側に取り付ける場合について説明した。以下では、ロック機構１２１〜１２３をＺテーブル１０１に取り付ける例について説明する。
【００６８】
図８は、本形態例に係るＺステージ装置の断面図である。図８に示すＺステージ装置のうち、図８は、図１〜７と共通する部材等に同一の符号を付して示している。従って、同一の機能を有する部材等に関する説明は省略する。
【００６９】
図８に示すＺステージ装置の場合、ロック機構１２１（１２２及び１２３は図示せず）は、円筒形状であるＺテーブル１０１の側面に取り付けられている。図３の場合と同様、ロック機構１２１〜１２３は、Ｚテーブル１０１の円周を概ね３等分する位置に取り付けられる。図８のロック機構１２１は、概ね図４に示した構造と同じである。
【００７０】
この形態例の場合、押し当てばね２０２、押し当て部材２０１及び圧電素子２０３は、全て、Ｚテーブル１０１の側面に取り付けられており、押し当て部材２０１をＺフレーム１０３の内壁面に押し当てる構造を採用する。
【００７１】
この形態例の場合、ロック機構１２１の圧電素子２０３に電圧を印加するためのケーブル１２０は、Ｚテーブル１０１と押し上げバー１１９を通じて配線されている。ここで、Ｚテーブル１０１の下面と押し上げバー１１９との上面には、接触時のみ通電可能なコネクタが配置されている。この種の配線構造を採用すれば、ロック機構１２１〜１２３を駆動する３つの圧電素子２０３を駆動するための配線を、ＸＹテーブル３０３を介して接続する必要がない。このため、配線が非常に容易になる。
【００７２】
さらに、押し上げバー１１９がＺテーブル１０１と接触していな時は、圧電素子に電圧を印加することができないため、ばね力によるロックが掛った状態となる。すなわち、押し上げバー１１９が何らかの理由により正常に動作しなかった場合にも、ロック状態が維持される。このため、ロック解除によるＺテーブル１０１の落下を防止することができる。
【００７３】
なお、本形態例においては、Ｚテーブル１０１と押し上げバー１１９との間の電気的な接続を接触式のコネクタを用いて実現しているが、接続部分にマグネット等を配置し、Ｚテーブル１０１と押し上げバー１１９をより確実に接続する方法を採用しても良い。
【００７４】
＜形態例５＞
本形態例においては、前述したＺステージ装置に対する変形例を説明する。具体的には、ＺテーブルおよびＺフレームの形状が、前述した形態例とは異なる他の形態例について説明する。
【００７５】
図９は、本形態例に係るＺステージ装置の斜視図である。図９は、図１〜図８との対応部分に同一符号を付して示している。前述した形態例と同一の機能を有する部分については説明を省略する。
【００７６】
図９に示すＺテーブル１２４は、ＸＹ平面において六角形の形状を有している。一方、Ｚフレーム１２５には、Ｚテーブル１２４より一回り大きい同相の空洞部１１２、すなわち六角形に切り抜いた構造を有している。このような多角形状の採用する場合、リニアガイド１０９〜１１１やロック機構１２１〜１２３の取り付け面を平面にすることができる。この構造の採用により、加工や組み立てが容易になる。
【００７７】
なお、Ｚテーブル１０１の形状は、形態例１で示した円筒形状や本形態例で示した六角柱形状のみならず、任意の多角形柱を含む様々な形状でも良い。
【００７８】
また、本形態例の場合にも、ロック機構はその力の作用線がＺテーブル１２４の中心を通るように設計することが望ましい。このことから、例えば３個のロック機構を用いる構成とする場合は、三角形、六角形、九角形など、ロック機構の数の整数倍の多角形が好適な形状となる。
【００７９】
＜他の形態例＞
なお、前述の形態例においては、リフトピック１０４〜１０６が細長い平板形状を有し、かつ、その先端位置に小突起を有する場合について説明したが、Ｙ字形状のように先端付近が複数に枝分かれした構造を採用しても良い。この場合、リフトピックとウェハとの接触面が増えるため、リフトピックの数を少なくできる。
【００８０】
また、前述の形態例の場合には、試料がウェハである場合を説明したが、試料はウェハに限らない。また、前述の形態例の場合には、ＳＥＭを用いた検査装置について説明したが、本発明は、側長装置のＺステージ装置に応用しても良い。また、本発明は、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）加工装置のＺステージ装置にも応用することができる。
【００８１】
また、本発明は上述した形態例に限定されるものでなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した形態例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある形態例の一部を他の形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の形態例の構成を加えることも可能である。また、各形態例の構成の一部について、他の構成を追加、削除又は置換することも可能である。
【００８２】
また、上述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路その他のハードウェアとして実現しても良い。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することにより実現しても良い。すなわち、ソフトウェアとして実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記憶装置、ICカード、SDカード、DVD等の記憶媒体に格納することができる。
【００８３】
また、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示すものであり、製品上必要な全ての制御線や情報線を表すものでない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。
【符号の説明】
【００８４】
１０１ Ｚテーブル
１０２ ウェハチャック
１０３ Ｚフレーム
１０４〜１０６ リフトピック
１０７ Ｘバーミラー
１０８ Ｙバーミラー
１０９〜１１１ リニアガイド
１１２ 空洞部
１１３ 開口部
１１４ 凹部
１１５ ウェハ
１１６〜１１８ 凹ガイド
１１９ 押し上げバー
１２０ ケーブル
１２１〜１２３ ロック機構
１２４ Ｚテーブル
１２５ Ｚフレーム
３０１ カラム
３０２ 真空チャンバ
３０３ ＸＹステージ
３０４ レーザ干渉計
３０５ ボールねじ
３０６ 回転モータ
３０７ 連結子
３０８ ケース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚステージ装置において、
試料を保持する保持面を有するＺテーブルと、
前記ＺテーブルをＺ方向に可動可能に収容する空洞部と、当該空洞部と外側面の一つとを連結する開口部とを有するＺフレームと、
前記空洞部へ水平に延出し、前記Ｚテーブルが退避位置まで降下した際に、前記試料を一時的に下方から保持する一時保持部材とを有し、
前記Ｚテーブルの上面には、前記一時保持部材を収容可能な凹部が形成され、前記Ｚテーブルが可動範囲の最高位置に位置するとき、当該上面が前記一時保持部材の上面より高い位置に位置決めされる
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＺステージ装置において、
前記一時保持部材は、前記Ｚテーブルの外周を３等分する位置に配置される
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＺステージ装置において、
前記一時保持部材は、前記Ｚテーブルの中心方向に向けて延出する
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のＺステージ装置は、
前記Ｚテーブルと前記Ｚフレームを固定状態又は解放状態に切り替え可能なロック機構を有する
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のＺステージ装置において、
前記ロック機構は、前記Ｚテーブルの側面に配置される
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項６】
請求項４に記載のＺステージ装置において、
前記ロック機構は、前記Ｚフレームの内壁面に配置される
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項７】
請求項４に記載のＺステージ装置において、
前記ロック機構は、前記Ｚテーブルの外周を少なくとも３等分する位置に配置される
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のＺステージ装置において、
前記ロック機構は、前記Ｚテーブルの中心を通る直線上に力を作用させるように配置される
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項９】
請求項４に記載のＺステージ装置において、
前記ロック機構は、圧電素子を用いて固定状態と解放状態を切り替える
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のＺステージ装置において、
前記Ｚフレームは、ＸＹ平面内で互いに直交する２個のバーミラーを有する
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項１１】
検査対象に荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置において、
ＸＹステージ装置と、
試料を保持する保持面を有するＺテーブルと、前記ＺテーブルをＺ方向に可動可能に収容する空洞部と、当該空洞部と外側面の一つとを連結する開口部とを有するＺフレームと、前記空洞部へ水平に延出し、前記Ｚテーブルが退避位置まで降下した際に、前記試料を一時的に下方から保持する一時保持部材とを有し、前記Ｚテーブルの上面には、前記一時保持部材を収容可能な凹部が形成され、前記Ｚテーブルが可動範囲の最高位置に位置するとき、当該上面が前記一時保持部材の上面より高い位置に位置決めされる、Ｚステージ装置と、
試料の搬送位置において、前記ＸＹステージ装置に形成された貫通孔を通じて前記Ｚテーブルを下面側からＺ方向に駆動する駆動機構と
を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の荷電粒子線装置において、
前記駆動機構は、前記Ｚテーブルの押し上げに使用されるＺ方向に延伸する棒状部材と、前記棒状部材をＺ方向に駆動する駆動部とを有し、前記ＸＹステージ装置の駆動時、前記棒状部材は前記Ｚテーブルと干渉しない退避位置に位置する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の荷電粒子線装置において、
前記Ｚテーブルは、前記Ｚフレームとの間の固定状態又は解放状態を切り替えるロック機構を有し、当該ロック機構に対する駆動電力は、前記棒状部材及び前記Ｚテーブルの接触面を通じて供給される
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１】
Ｚステージ装置において、
試料を保持する保持面を有するＺテーブルと、
前記ＺテーブルをＺ方向に可動可能に収容する空洞部と、当該空洞部と外側面の一つとを連結する開口部とを有するＺフレームと、
前記空洞部へ水平に延出し、前記Ｚテーブルが退避位置まで降下した際に、前記試料を一時的に下方から保持する一時保持部材とを有し、
前記Ｚテーブルの上面には、前記一時保持部材を収容可能な凹部が形成され、前記Ｚテーブルが可動範囲の最高位置に位置するとき、当該上面が前記一時保持部材の上面より高い位置に位置決めされる
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＺステージ装置において、
前記一時保持部材は、前記Ｚテーブルの外周を３等分する位置に配置される
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＺステージ装置において、
前記一時保持部材は、前記Ｚテーブルの中心方向に向けて延出する
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のＺステージ装置は、
前記Ｚテーブルと前記Ｚフレームを固定状態又は解放状態に切り替え可能なロック機構を有する
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のＺステージ装置において、
前記ロック機構は、前記Ｚテーブルの側面に配置される
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項６】
請求項４に記載のＺステージ装置において、
前記ロック機構は、前記Ｚフレームの内壁面に配置される
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項７】
請求項４に記載のＺステージ装置において、
前記ロック機構は、前記Ｚテーブルの外周を少なくとも３等分する位置に配置される
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のＺステージ装置において、
前記ロック機構は、前記Ｚテーブルの中心を通る直線上に力を作用させるように配置される
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項９】
請求項４に記載のＺステージ装置において、
前記ロック機構は、圧電素子を用いて固定状態と解放状態を切り替える
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のＺステージ装置において、
前記Ｚフレームは、ＸＹ平面内で互いに直交する２個のバーミラーを有する
ことを特徴とするＺステージ装置。
【請求項１１】
検査対象に荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置において、
ＸＹステージ装置と、
試料を保持する保持面を有するＺテーブルと、前記ＺテーブルをＺ方向に可動可能に収容する空洞部と、当該空洞部と外側面の一つとを連結する開口部とを有するＺフレームと、前記空洞部へ水平に延出し、前記Ｚテーブルが退避位置まで降下した際に、前記試料を一時的に下方から保持する一時保持部材とを有し、前記Ｚテーブルの上面には、前記一時保持部材を収容可能な凹部が形成され、前記Ｚテーブルが可動範囲の最高位置に位置するとき、当該上面が前記一時保持部材の上面より高い位置に位置決めされる、Ｚステージ装置と、
試料の搬送位置において、前記ＸＹステージ装置に形成された貫通孔を通じて前記Ｚテーブルを下面側からＺ方向に駆動する駆動機構と
を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の荷電粒子線装置において、
前記駆動機構は、前記Ｚテーブルの押し上げに使用されるＺ方向に延伸する棒状部材と、前記棒状部材をＺ方向に駆動する駆動部とを有し、前記ＸＹステージ装置の駆動時、前記棒状部材は前記Ｚテーブルと干渉しない退避位置に位置する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の荷電粒子線装置において、
前記Ｚテーブルは、前記Ｚフレームとの間の固定状態又は解放状態を切り替えるロック機構を有し、当該ロック機構に対する駆動電力は、前記棒状部材及び前記Ｚテーブルの接触面を通じて供給される
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−５１０５８（Ｐ２０１３−５１０５８Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８７２１６（Ｐ２０１１−１８７２１６）
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]