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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024174330
(43)【公開日】2024-12-17
(54)【発明の名称】半導体処理装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/677 20060101AFI20241210BHJP
H01J 37/18 20060101ALI20241210BHJP
H01J 37/09 20060101ALI20241210BHJP
H01L 21/66 20060101ALI20241210BHJP
【ＦＩ】
H01L21/68 A
H01J37/18
H01J37/09 Z
H01L21/66 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023092089
(22)【出願日】2023-06-05
(71)【出願人】
【識別番号】501387839
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】上柿 雅裕
(72)【発明者】
【氏名】高橋 宗大
(72)【発明者】
【氏名】水落 真樹
(72)【発明者】
【氏名】藤田 真志
(72)【発明者】
【氏名】長山 巧
【テーマコード（参考）】
4M106
5C101
5F131
【Ｆターム（参考）】
4M106AA01
4M106BA02
4M106CA39
4M106DB05
4M106DH24
4M106DH33
5C101AA03
5C101BB01
5C101BB03
5C101BB04
5C101CC02
5C101CC14
5C101FF02
5C101FF31
5C101FF32
5C101GG23
5C101HH11
5C101HH17
5C101HH28
5F131AA02
5F131BA03
5F131BA04
5F131BA19
5F131BA23
5F131CA09
5F131CA32
5F131DA22
5F131DA42
5F131DB02
5F131DB52
5F131DD03
5F131DD12
5F131DD16
5F131DD30
5F131DD33
5F131DD82
5F131DD85
5F131JA07
5F131JA08
5F131JA09
(57)【要約】
【課題】
ロードロック室のバルブ装置が稼働する際の振動の影響で発生する待ち時間を最小化し、装置が単位時間あたりに処理可能なウェハの枚数を向上させることが可能な半導体処理装置を提供する。
【解決手段】
複数のロードロック室を備え、ウェハの処理中に所定のバルブ装置を動作させないようにバルブ装置を制御し、ウェハ処理が終了したタイミングで前記所定のバルブ装置の動作を許可する信号を送信し、前記信号に基づいてバルブ装置を動作させることで、一方のロードロック室と処理室内で処理済みウェハと未処理ウェハを交換する間に、他方のロードロック室内の所定のバルブ装置を動作させるように半導体処理装置全体の稼働シーケンスを制御することで、電子光学系の稼働中に振動が発生しないようにして、待ち時間を削減する。
【選択図】図１
ロードロック室のバルブ装置が稼働する際の振動の影響で発生する待ち時間を最小化し、装置が単位時間あたりに処理可能なウェハの枚数を向上させることが可能な半導体処理装置を提供する。
【解決手段】
複数のロードロック室を備え、ウェハの処理中に所定のバルブ装置を動作させないようにバルブ装置を制御し、ウェハ処理が終了したタイミングで前記所定のバルブ装置の動作を許可する信号を送信し、前記信号に基づいてバルブ装置を動作させることで、一方のロードロック室と処理室内で処理済みウェハと未処理ウェハを交換する間に、他方のロードロック室内の所定のバルブ装置を動作させるように半導体処理装置全体の稼働シーケンスを制御することで、電子光学系の稼働中に振動が発生しないようにして、待ち時間を削減する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体ウェハを処理する処理機構を内部に備えた試料室と、
前記試料室に半導体ウェハを搬入する、複数のロードロック室と、
前記試料室と前記複数のロードロック室のそれぞれとの間で半導体ウェハの交換を行う試料交換機構と、
を備えた半導体処理装置であって、
前記複数のロードロック室のうちのいずれかが前記試料室との間で半導体ウェハの交換を行っているタイミングで、
前記複数のロードロック室のうちの半導体ウェハの交換を行っていないロードロック室での、振動が発生する動作を伴う機構の動作が行われるように、
前記複数のロードロック室の機構の動作を制御する制御機構を備えたことを特徴とする半導体処理装置。
前記試料室に半導体ウェハを搬入する、複数のロードロック室と、
前記試料室と前記複数のロードロック室のそれぞれとの間で半導体ウェハの交換を行う試料交換機構と、
を備えた半導体処理装置であって、
前記複数のロードロック室のうちのいずれかが前記試料室との間で半導体ウェハの交換を行っているタイミングで、
前記複数のロードロック室のうちの半導体ウェハの交換を行っていないロードロック室での、振動が発生する動作を伴う機構の動作が行われるように、
前記複数のロードロック室の機構の動作を制御する制御機構を備えたことを特徴とする半導体処理装置。
【請求項2】
請求項１記載の半導体処理装置において、
前記振動が発生する動作を伴う機構は、前記ロードロック室へ半導体ウェハを出し入れするためのゲートバルブ、該ロードロック室内の気圧を調整するための調整機構に接続される配管の開閉バルブ、の少なくともいずれかを含むことを特徴とする半導体処理装置。
前記振動が発生する動作を伴う機構は、前記ロードロック室へ半導体ウェハを出し入れするためのゲートバルブ、該ロードロック室内の気圧を調整するための調整機構に接続される配管の開閉バルブ、の少なくともいずれかを含むことを特徴とする半導体処理装置。
【請求項3】
請求項１記載の半導体処理装置において、
前記処理機構は、半導体を荷電粒子線を用いて観察及び/または加工する機構、光を用いて露光する機構、の少なくともいずれかであることを特徴とする半導体処理装置。
前記処理機構は、半導体を荷電粒子線を用いて観察及び/または加工する機構、光を用いて露光する機構、の少なくともいずれかであることを特徴とする半導体処理装置。
【請求項4】
請求項２記載の半導体処理装置において、
前記調整機構に接続される配管は、
ロードロック室へ所定の気体を流入させる配管、
粗引きポンプに繋がる配管、
ターボ分子ポンプに繋がる配管の少なくともいずれかを含むことを特徴とする半導体処理装置。
前記調整機構に接続される配管は、
ロードロック室へ所定の気体を流入させる配管、
粗引きポンプに繋がる配管、
ターボ分子ポンプに繋がる配管の少なくともいずれかを含むことを特徴とする半導体処理装置。
【請求項5】
請求項１記載の半導体処理装置において、
前記試料交換機構は、前記ロードロック室から前記試料室へ半導体ウェハを搬入するタイミングで、該試料室内の試料を該ロードロック室へ搬送することを特徴とする半導体処理装置。
前記試料交換機構は、前記ロードロック室から前記試料室へ半導体ウェハを搬入するタイミングで、該試料室内の試料を該ロードロック室へ搬送することを特徴とする半導体処理装置。
【請求項6】
請求項１記載の半導体処理装置において、
前記振動が発生する動作を伴う機構の動作が行われるタイミングは、前記半導体ウェハの処理に要する時間、前記ロードロック室の真空排気に必要な時間の少なくともいずれかに基づいて変更することができる変更手段を備えたことを特徴とする半導体処理装置。
前記振動が発生する動作を伴う機構の動作が行われるタイミングは、前記半導体ウェハの処理に要する時間、前記ロードロック室の真空排気に必要な時間の少なくともいずれかに基づいて変更することができる変更手段を備えたことを特徴とする半導体処理装置。
【請求項7】
請求項６記載の半導体処理装置において、
前記半導体ウェハの処理は該半導体ウェハに荷電粒子線を照射する処理であって、
該処理に要する時間は、該半導体ウェハ上の１点に荷電粒子線を照射する時間と、該１点へ荷電粒子線が照射されるよう該半導体ウェハを移動する時間の合計、および該半導体ウェハへの荷電粒子線の照射点の数から計算されることを特徴とする半導体処理装置。
前記半導体ウェハの処理は該半導体ウェハに荷電粒子線を照射する処理であって、
該処理に要する時間は、該半導体ウェハ上の１点に荷電粒子線を照射する時間と、該１点へ荷電粒子線が照射されるよう該半導体ウェハを移動する時間の合計、および該半導体ウェハへの荷電粒子線の照射点の数から計算されることを特徴とする半導体処理装置。
【請求項8】
請求項１記載の半導体処理装置において、
振動が発生する動作を伴う前記機構の動作を制御する第一の制御装置、
半導体ウェハを搬送する搬送装置を制御する第二の制御装置、
半導体ウェハを処理する前記処理機構を制御する第三の制御装置、
前記第一から第三の制御装置へ制御信号を送信することで装置全体の動作を制御する第四の制御装置、
を備えることを特徴とする半導体処理装置。
振動が発生する動作を伴う前記機構の動作を制御する第一の制御装置、
半導体ウェハを搬送する搬送装置を制御する第二の制御装置、
半導体ウェハを処理する前記処理機構を制御する第三の制御装置、
前記第一から第三の制御装置へ制御信号を送信することで装置全体の動作を制御する第四の制御装置、
を備えることを特徴とする半導体処理装置。
【請求項9】
請求項８記載の半導体処理装置において、
半導体ウェハを処理する前記処理機構での処理を行う間は、振動が発生する動作を伴う前記機構のうちの予め指定された機構の動作を禁止する信号を前記第四の制御装置から前記第一の制御装置へ送信し、
半導体ウェハを処理する前記処理機構での処理が終了した際に、前記第二、第三の制御装置が、半導体ウェハを処理する前記処理機構での処理の終了を前記第四の制御装置へ送信し、
動作を禁止されていた振動が発生する動作を伴う前記機構の動作を許可する信号を該第四の制御装置が該第一の制御装置へ送信すること、
を特徴とする半導体処理装置。
半導体ウェハを処理する前記処理機構での処理を行う間は、振動が発生する動作を伴う前記機構のうちの予め指定された機構の動作を禁止する信号を前記第四の制御装置から前記第一の制御装置へ送信し、
半導体ウェハを処理する前記処理機構での処理が終了した際に、前記第二、第三の制御装置が、半導体ウェハを処理する前記処理機構での処理の終了を前記第四の制御装置へ送信し、
動作を禁止されていた振動が発生する動作を伴う前記機構の動作を許可する信号を該第四の制御装置が該第一の制御装置へ送信すること、
を特徴とする半導体処理装置。
【請求項10】
請求項１記載の半導体処理装置において、
半導体ウェハを搬送する前記搬送装置は搬送ロボットを備えることを特徴とする半導体処理装置。
半導体ウェハを搬送する前記搬送装置は搬送ロボットを備えることを特徴とする半導体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体ウェハの荷電粒子線を用いた観察や、加工（スパッタリング等）、光を用いたパターン露光を行う半導体処理装置に係り、特に従来装置に比してスループットが高い半導体処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体デバイスの微細なパターン計測や欠陥の検査などを行うために、荷電粒子線装置が用いられている。荷電粒子線装置では、パターン計測や検査の高精度化と同時に、１時間あたりに処理可能なウェハ枚数（以下、スループット）の向上が強く求められている。
【0003】
荷電粒子線装置は高真空環境下で試料の観察を行う必要があるため、装置外の大気圧環境と高真空環境の試料室（以下、ＳＣ）を接続するためのロードロック室（以下、ＬＣ）が必要である。スループット向上のため、ＳＣ内で荷電粒子線を試料へ照射する処理と並行して、次に処理する試料をＳＣに搬入するために、ＬＣへ大気圧環境にあるウェハを搬入し、真空排気を行う動作が行われる。
【0004】
スループットを上げるためには、装置内で計測や検査などを行わない時間（待ち時間）を最小化することが有効である。一方、近年の半導体デバイスの微細化に対応するため、パターン計測や検査に対する分解能や再現性への要求は非常に高くなっており、装置内の可動部分の動作に伴って発生した振動が電子光学系に伝わると、その振動が発生している間や振動が収束するまでの間は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の電子ビームもしくは試料の振動により電子ビームと試料間に相対的な変位が発生し、画像へ振動的なノイズが重畳することで、パターン計測や検査に要求される仕様を満たせない懸念がある。
【0005】
パターン計測や検査などの精度と、スループットを両立する方法として、特許文献１では、機械振動・外乱磁場の発生が好ましくないタイミングにおいてロボット動作やバルブ動作などの搬送動作を停止させることで、露光動作とウェハ搬送を並行に行いスループットを向上させた露光装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２００４―１５８６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献１に開示された技術によれば、パターン計測や検査に求められる性能を満たしつつ、電子光学系の動作とウェハ搬送動作を並行に行うことが可能になるが、例えばＬＣの真空排気用の配管開閉弁などの、振動が発生する機構の動作中はＳＥＭを稼働させることができずに待ち時間が発生し、スループットが低下するという課題がある。
【0008】
この待ち時間は、例えばＬＣの圧力を制御するための真空ポンプへ繋がる配管の開閉弁や、ＬＣへの試料の搬入出口を開閉するシャッター（ゲートバルブ）の動作に伴う振動により発生しており、その待ち時間の削減がスループット向上のために求められている。
【0009】
本発明の目的は、半導体ウェハの処理中に発生する振動回数を減らし、待ち時間を削減することが可能な半導体処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するための本発明の構成は以下の通りである。
【0011】
半導体ウェハを処理する処理機構を内部に備えた試料室と、前記試料室に半導体ウェハを搬入する、複数のロードロック室と、前記試料室と前記複数のロードロック室のそれぞれとの間で半導体ウェハの交換を行う試料交換機構と、を備えた半導体処理装置であって、前記複数のロードロック室のうちのいずれかが前記試料室との間で半導体ウェハの交換を行っているタイミングで、前記複数のロードロック室のうちの半導体ウェハの交換を行っていないロードロック室での、振動が発生する動作を伴う機構の動作が行われるように、前記複数のロードロック室の機構の動作を制御する制御機構を備えた半導体処理装置。
【発明の効果】
【0012】
本発明により、半導体ウェハの処理中に発生する振動回数を減らし、待ち時間を削減することが可能な半導体処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】実施形態１に係る荷電粒子線装置の構成図である。
【図2】従来の荷電粒子線装置の構成図である。
【図3】従来の荷電粒子線装置におけるウェハ搬送の流れの一例を示すフローチャートである。
【図5】実施形態１に係る荷電粒子線装置のウェハ搬送の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【0015】
【0016】
図１は、本開示の実施形態に係る半導体計測装置を表す構成図である。
【0017】
本開示に係る荷電粒子線装置の一実施形態である半導体計測装置１００は、ウェハに対して荷電粒子線を照射し、ウェハ上に形成されたパターンの計測を行う装置である。半導体計測装置１００は、試料室１（以下、ＳＣ１）とロードロック室Ａ：ＬＣ ２Ａ（以下、ＬＣ－Ａ）、ロードロック室Ｂ：ＬＣ ２Ｂ（以下、ＬＣ－Ｂ）、ミニエン３およびコンピューターシステム４を備える。
【0018】
ＳＣ１はウェハを搬送するロボット１１、ＳＣ内部でウェハの位置決めを行うステージ装置１２、ウェハへ荷電粒子線を照射する電子銃を備えたカラム１３を備える。
【0019】
ＬＣ－Ａ、ＬＣ－ＢはそれぞれＬＣとＳＣ間の開口部を開閉するゲートバルブ２１Ａ、２２ＢやＬＣとミニエン間の開口部を開閉するゲートバルブ２２Ａ、２２Ｂ、粗引きポンプへ繋がる配管を開閉するバルブ２３Ａ、２３Ｂ、ターボ分子ポンプ（以下、ＴＭＰと呼称する）へ繋がる配管を開閉するバルブ２４Ａ、２４Ｂを備える。
【0020】
コンピューターシステム４は装置全体の動作シーケンスを制御する制御部４１や、４１の指令を受け取り荷電粒子線の照射を制御する電子光学系制御部４３や、ウェハの搬送に関連するロボット１１、３１やステージ１２を制御する搬送装置制御部４４、ＬＣ－Ａ、ＬＣ－Ｂの圧力を制御するバルブ装置制御部４５を備える。図１ではロボット１１は１台であるが、２台以上のロボットを用いてもよい。
【0021】
ミニエン３はミニエン内でウェハを搬送するロボット３１を備える。
【0022】
【0023】
ステップ６００：ＬＣ－Ａ、ＬＣ－Ｂ内部の圧力が大気圧付近であることを確認し、ゲートバルブ２２Ａおよび２２Ｂを開き、ＬＣ－ＡおよびＬＣ－Ｂへロボット３１を用いて第一のウェハおよび第二のウェハを搬入する。
【0024】
ステップ６０１：ステップ６００が終了後、ゲートバルブ２２Ａを閉じてＬＣ ２Ａの真空排気を行う。真空排気を行う際には、粗引きポンプへ繋がる配管を開閉するバルブ２３Ａ、ＴＭＰへ繋がる配管を開閉するバルブ２４Ａが適切なタイミングで動作する。
【0025】
ステップ６０４：ゲートバルブ２２Ｂを閉じてＬＣ－Ｂの真空排気を行う。この時、バルブ２３Ｂ、２４Ｂが適切なタイミングで動作する。ここで、適切なタイミングの設定方法として、例えば、ＬＣ－Ｂ内部の圧力を計測し予め設定された所定の圧力以下になったタイミングや、予め設定した所定の時間が経過したタイミングでバルブ動作を行う方法が有効である。ここで、設定する圧力もしくは時間は、ＬＣ－Ｂ内部の気体の流れに伴う異物飛散などの影響がない範囲で設定することが望ましい。
【0026】
ステップ６０２：ＬＣ－Ａの真空排気が終了したら、ゲートバルブ２１Ａを開き、ＳＣ１のステージ装置１２上へ、ロボット１１を用いてＬＣ－Ａ内の第一のウェハを搬送する。
【0027】
ステップ６０３：ステップ６０２が終了したら、図３のステップ２０３と同様に第一のウェハに対してウェハ処理が行われる。
【0028】
このウェハ処理中は、ステップ６０５、６０６，６０７で動作するＬＣ－Ａの所定のバルブ動作（例えば、ゲートバルブ２２Ａを閉じる動作、および/またはバルブ２３Ａを開く動作）を禁止する信号を、装置シーケンス制御部４１からバルブ装置制御部４５へ送信する。
【0029】
動作を禁止する所定のバルブは、例えばウェハ上の測定点などの処理内容を定義した測定レシピファイル内に情報として記憶させておき、前記測定レシピファイルを読み込むタイミングでコンピューターシステム４に格納する方法が有効である。その他の方法として、装置利用者が装置グラフィックインタフェース（ＧＵＩ）上でウェハ処理中に動作を禁止するバルブを選択し、その情報をコンピューターシステム４に読み込む方法も有効である。
【0030】
ステップ６０５：ステップ６０２が終了したら、ゲートバルブ２１Ａを閉じ、ステップ６０３と並行してＬＣへ所定の気体、例えば窒素を給気することでＬＣの圧力を大気圧付近まで上昇させる。
【0031】
ステップ６０８：ステップ６０３のウェハ処理とステップ６０４が両方終了したら、搬送装置制御部４４は装置シーケンス制御部４１へ、ステップ６０３で禁止していたＬＣ－Ａのバルブ動作を許可する信号を送信する。
【0032】
ステップ６０６：ＬＣ－Ａ内の圧力が大気圧付近まで上昇したら、ゲートバルブ２２Ａを開き、ロボット３１を用いて第三のウェハをＬＣ－Ａ内へ搬送する。この時、バルブ装置制御部４５からゲートバルブ２２Ａの動作が禁止されている場合、ステップ６０８で動作許可信号が出るまで動作を待つ。
【0033】
ステップ６０７：ゲートバルブ２２Ａを閉じ、ＬＣ－Ａの真空排気を行う。ＬＣ－Ａの真空排気を行う際は、バルブ２３Ａ、２４Ａを適切なタイミングで動作させる。ここで、適切なタイミングの設定方法として、例えばステップ６０４に記載されているものと同様の方法が有効である。この時、バルブ装置制御部４５からゲートバルブ２２Ａもしくはバルブ２３Ａ、２４Ａの動作が禁止されている場合、ステップ６０８で動作許可信号が出るまで該当するバルブの動作を待つ。
【0034】
ステップ６０９：ゲートバルブ２１Ｂを開き、ＳＣ１のステージ装置１２上にある第一のウェハとＬＣ－Ｂ内の第二のウェハを、ロボット１１を用いて交換する。
【0035】
ステップ６１０：ステップ６０３と同様に第二のウェハに対してウェハ処理を行う。この時、ステップ６１２、６１３、６１４で動作するＬＣ－Ｂの所定のバルブ（例えば、ゲートバルブ２２Ｂを閉じる動作およびバルブ２３Ｂを開く動作）を禁止する信号を、装置シーケンス制御部４１からバルブ装置制御部４５へ送信する。
【0036】
ステップ６１２：ステップ６０９が終了したらゲートバルブ２１Ｂを閉じ、ステップ６１０と並行してＬＣ－Ｂの圧力を大気圧付近まで上昇させる。
【0037】
ステップ６１１：ステップ６０８と同様に、ステップ６１０のウェハ処理およびステップ６０７が終了したら、搬送装置制御部４３は装置シーケンス制御部４１へ、ステップ６１０で禁止していたＬＣ－Ｂの所定のバルブ動作を許可する信号を送信する。
【0038】
ステップ６１３：ＬＣ－Ｂの圧力が大気圧付近まで上昇したら、ゲートバルブ２２Ｂを開き、ＬＣ－Ｂ内の第一のウェハ（計測済みウェハ）を装置外部へロボット３１を用いて搬出すると同時に、第四のウェハ（未計測ウェハ）をＬＣ－Ｂ内部へロボット３１を用いて搬入する。この時、ゲートバルブ２２Ｂの動作が禁止されている場合、ステップ６１１で動作許可信号が出るまで該当するバルブの動作を待つ。
【0039】
ステップ６１４：ゲートバルブ２２Ｂを閉じ、ＬＣ－Ｂの真空排気を行う。
【0040】
ステップ６１５：ゲートバルブ２１Ａを開き、ＳＣ１のステージ装置１２上にある第二のウェハとＬＣ－Ａ内の第三のウェハを、ロボット１１を用いて交換する。
【0041】
ステップ６１６：ステップ６０３と同様の処理を行う。
【0042】
ステップ６１７：ステップ６０５と同様にＬＣの圧力を大気圧付近まで上昇させる。
【0043】
ステップ６１８：ＬＣ－Ａの圧力が大気圧付近まで上昇したら、ゲートバルブ２２Ａを開き、ＬＣ－Ａ内の第二のウェハ（計測済みウェハ）を装置外部へロボット３１を用いて搬出すると同時に、第五のウェハ（未計測ウェハ）をＬＣ－Ａ内部へロボット３１を用いて搬入する。この時、ゲートバルブ２２Ａの動作が禁止されている場合、ステップ６２０で動作許可信号が出るまで該当するバルブの動作を待つ。
【0044】
ステップ６１９：ステップ６０７と同様にＬＣ－Ａの真空排気を行う。
【0045】
ステップ６２０：ステップ６０８と同様の処理を行う。
【0046】
ステップ６２１：ステップ６０９と同様の処理を行う。
【0047】
ステップ６２２：ステップ６１０と同様の処理を行う。
【0048】
以降は、ステップ６２２およびステップ６１９の動作が両方終了次第ステップ６１１へ戻ることで、次々とウェハの処理を行うことが可能である。
【0049】
図６は、半導体計測装置１００のＳＣ１およびＬＣ ２Ａ、ＬＣ ２Ｂの装置動作を表すタイミングチャートの一例である。このタイミングチャートはウェハ２枚を処理する動作を示している。横軸は時間を表しており、ＳＣおよびＬＣ－Ａ、ＬＣ―Ｂは図１のＳＣ１およびＬＣ ２Ａ、ＬＣ ２Ｂをそれぞれ指す。３つの時間軸はそれぞれ同期して表示されている。
【0050】
このタイミングチャートは、ステップ６０３、ステップ６１０およびステップ６１６において、ウェハ処理中にゲートバルブ２２Ａ、２２Ｂを閉じる動作およびバルブ２３Ａ、２３Ｂを開く動作を禁止した場合の例である。
【0051】
ＬＣ ２Ａの真空排気、給気、ミニエンとのウェハ交換に必要な時間７００、７０１、７０２はそれぞれステップ６１９、６１７、６１８を行うのにかかる時間を表す。７００は、バルブ２３Ａおよび２４Ａの動作時間ＶＡ３、ＶＡ４を含む。７０２は、ゲートバルブ２２Ａの開閉動作時間ＶＡ１、ＶＡ２を含む。
【0052】
ＬＣ ２Ｂの給気、ミニエンとのウェハ交換、真空排気に必要な時間７０３、７０４、７０５はそれぞれステップ６１２、６１３、６１４を行うのにかかる時間を表す。７０５は、バルブ２３Ｂおよび２４Ｂの動作時間ＶＢ３、ＶＢ４を含む。７０４は、ゲートバルブ２２Ｂの開閉動作時間ＶＢ１、ＶＢ２を含む。
【0053】
ＬＣ ２Ｂとウェハ交換を行う時間７０６、ウェハ処理時間７０７、７０９、ＬＣ ２Ａとウェハ交換を行う時間７０８はそれぞれステップ６２１、６２２、６１６、６１５にかかる時間を表す。
【0054】
ウェハ処理と並行して動作するバルブの動作時間ＶＡ４、ＶＢ１、ＶＢ４、ＶＡ１に伴い、それぞれウェハ処理に待ち時間Ｗ７１、Ｗ７２、Ｗ７３、Ｗ７４が発生している。
【0055】
後述する図４と比較すると、ウェハ処理中にバルブ装置が動作する回数が減少し、待ち時間を削減できているため、スループットが向上していることが分かる。
【0056】
図７は、本発明を適用した半導体計測装置１００において、ＬＣの真空排気に多くの時間が必要な場合のタイミングチャートの一例を表す。
【0057】
例えば、装置周辺に備えられる真空ポンプの性能が低い場合や、処理するウェハが多くのアウトガスを発生させる場合、真空排気に多くの時間が必要になる。
【0058】
次のウェハ処理は前のウェハ処理と次に処理するウェハの入っているＬＣの真空排気の両方が終わっていなければ開始できないため、真空排気の終了がウェハ処理の終了より遅くなると、スループットが低下する。
【0059】
この場合、ウェハ処理中に動作を禁止するバルブの動作を、例えばバルブ２４Ａ、２４Ｂの動作とすることでスループット低下を回避可能である。図７はバルブ２４Ａ、２４Ｂの動作をウェハ交換中に行わないこととした場合のタイミングチャートである。
【0060】
ウェハ処理時間７０７および７０９において、ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＡ１、ＶＡ２、ＶＡ３のバルブ動作に伴い待ち時間Ｗ７５、Ｗ７６、Ｗ７７、Ｗ７８、Ｗ７９、Ｗ７１０がそれぞれ発生しているが、ウェハ処理時間７０７および７０９の後にＬＣ－ＡおよびＬＣ－Ｂの真空排気終了を待つ時間が発生していないため、真空排気の遅れによるスループット低下を回避できている。また、後述する図４の従来の荷電粒子線装置のタイミングチャートと比較すると、ウェハ処理中の待ち時間発生回数が削減でき、スループットが向上していることが分かる。
【0061】
図８は、半導体計測装置１００において、ウェハ処理に必要な時間が短い場合のタイミングチャートを表す。
【0062】
例えば、半導体計測装置においてパターン計測が必要な箇所が少ない場合、ウェハ処理に必要な時間は多くの箇所を計測する場合と比較して短くなる。この場合、図７で説明した場合と同様に、次にＳＣへ搬入されるウェハが入っているＬＣの真空排気が遅くなるとスループットが低下する。
【0063】
ウェハ処理時間が短い場合においても、例えば図６と同様のバルブの動作をウェハ処理中に禁止することで、ウェハ処理中の待ち時間発生回数を従来より削減でき、スループットが向上する。
【0064】
ＬＣを複数設けた本発明の効果として、ウェハ処理時間が短い場合においても、次にＳＣへ搬入するウェハが入っているＬＣの真空排気を終了させることが可能であるため、スループットを向上させることができる。
【0065】
図５のステップ６０３や６１０などで、ＳＣでのウェハ処理中に特定バルブの動作を禁止する方法について述べたが、ここまで説明したように、ウェハの種類によってＬＣの真空排気に必要な時間が変化したり、ウェハ処理に必要な時間が変化する場合がある。
【0066】
そうした場合でもスループットを最大化する方法として、ＬＣの真空排気およびウェハ処理に必要な時間からバルブ装置の動作タイミングを決定する方法について述べる。
【0067】
・ＬＣの給気に必要な時間Ｔａ、ミニエンとＬＣ間でウェハを入れ替える動作に必要な時間Ｔｍ、ＬＣとＳＣの間でウェハを入れ替えるのに必要な時間Ｔｃをパラメータとして与える。これらの時間はウェハの種類によって大きく変化しないため、例えば事前に測定して決定し、パラメータとしてコンピューターシステム４に格納する。また、実際の装置利用時に前記パラメータを随時測定し、それらの平均時間をパラメータとして与える方法も有効である。
【0068】
・ＬＣ ２ＡからＳＣ１へウェハを搬入する。
【0069】
・ＳＣ１へ搬入されたウェハのウェハ処理に必要な時間Ｔｗをパラメータとして与える。例えば、ウェハ上のパターンを１箇所測定するのに必要な時間と、その箇所へステージ装置が移動するのに必要な時間の合計（ＭＡＭ時間）と、パターンを何か所計測するかの情報から、ＭＡＭ時間×計測箇所＝Ｔｗとして予測してもよい。また、ウェハ上の測定点などの処理内容を定義した測定レシピファイルを作成する際に、ウェハ上の測定点数とステージ装置１２の移動距離からＭＡＭ時間を予測してコンピューターシステム４内でＴｗを計算して予測する方法も有効である。
【0070】
・ＬＣ ２Ａに次に搬入されるウェハの真空排気時間Ｔｅをパラメータとして与える。例えば、バルブ２３Ａを開いてから２４Ａを開くまでの時間Ｔｅ１とバルブ２４Ａを開いてから所定の圧力まで低下するまでの時間Ｔｅ２を事前の実験から計測して、Ｔｅ＝Ｔｅ１＋Ｔｅ２として与えてもよい。ここで、前記所定の圧力の設定方法として、例えばＬＣ ２Ａ内部とＳＣ１内部の圧力を計測し、その差が所定の値（例えば０．０００１Ｐａ）以下になる圧力に設定する方法が有効である。
【0071】
・ここまでに与えられた時間パラメータから、ＬＣとＳＣ間のウェハ交換中に動作させたいバルブ、すなわちウェハ処理中に動作を禁止するバルブを決定する。以下、その方法の一例について説明する。
【0072】
・Ｔａ＋Ｔｍ＋Ｔｅ＞２Ｔｗ＋Ｔｃの場合：ウェハ処理より真空排気の終了が遅いため、ウェハ処理中に動作を禁止するバルブを設定せずに、ＬＣの真空排気を優先して行う。
【0073】
・Ｔｅ＞Ｔｃ＋Ｔｗの場合：バルブ２３Ａを開く動作をウェハ処理中に禁止すると、ウェハ処理より真空排気の終了が遅くなるため、バルブ２４Ａを開く動作をウェハ処理中に禁止する。
【0074】
・Ｔｍ＋Ｔｅ＞Ｔｃ＋Ｔｗの場合：ウェハ処理中にゲートバルブ２２Ａを開く動作を禁止すると、真空排気の終了がウェハ処理より遅くなるため、それ以外のバルブ動作を禁止する。例えば、ゲートバルブ２２Ａを閉じる動作およびバルブ２３Ａを開く動作を禁止する。
【0075】
ＬＣ ２ＢからＳＣ１へウェハを搬入し、ウェハ処理を行う場合も上記の方法で適切なバルブ動作タイミングを選択可能となる。
【0076】
ＬＣの真空排気に必要な時間Ｔｅや、ウェハ処理に必要な時間Ｔｗは、装置稼働の実データを基に逐次修正されてもよいし、ウェハの種類に応じて事前にパラメータとして与えてもよい。
【0077】
上記のように、ウェハ処理の終了より真空排気の終了が遅くならないようにバルブ動作タイミングを設定することで、バルブ動作に伴う待ち時間を最大限減らしながらスループットを向上させることが可能である。
【0078】
上記のバルブ装置の動作タイミングを決定する処理は、ＬＣ ２ＡもしくはＬＣ ２ＢとＳＣ１間でウェハを入れ替える処理を行う際に、装置シーケンス制御部４１で行われることが有効である。また、ＬＣ ２ＡもしくはＬＣ ２Ｂとミニエン３間でウェハを入れ替える処理を行う際に、ＬＣへ搬送されるウェハの種類に基づいて上記処理を行うことも可能である。
【0079】
上記処理を自動で行うことで、スループットをウェハの種類に応じて最大化可能であるが、装置利用者が上記処理を実行するかを装置ＧＵＩ上で選択可能にしてもよい。
【0080】
次に本発明の実施例との効果上の差異を比較できるよう、本発明を適用していない場合（以下、従来と称する）での荷電粒子線装置での動作を図２～４を用いて半導体計測装置を比較例として説明する。
【0081】
図２は、従来の半導体計測装置を表す構成図である。従来の半導体計測装置８００は、ＳＣ８１と、ＬＣ８２、ミニエン８３、およびコンピューターシステム８４を備える。
【0082】
ＳＣ８１は、ウェハを搬送するロボット８１１、試料室内部でウェハの位置決めを行うステージ装置８１２、ウェハへ荷電粒子線を照射するカラム８１３を備える。
【0083】
ＬＣ８２は、ＳＣ８１との開口部を開閉するゲートバルブ８２１、ミニエンとの開口部を開閉するゲートバルブ８２２、粗引きポンプへの配管を開閉するバルブ８２３、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）への配管を開閉するバルブ８２４を備える。
【0084】
コンピューターシステム８４は装置全体の動作シーケンスを制御する装置制御シーケンス制御部８４１と、８４１の指令を受け取り荷電粒子線の照射を制御する電子光学系制御部８４３と、ウェハの搬送に関連するロボット８１１、８３１とステージ装置８１２を制御する搬送装置制御部８４４、ＬＣ８２の圧力を制御するバルブ装置制御部８４５を備える。
【0085】
ミニエン８３内部にはウェハを搬送するロボット８３１を備える。
【0086】
【0087】
ステップ２００：ゲートバルブ８２２を開き、ミニエン８３からＬＣ８２内へ第一のウェハをロボット８３１を用いて搬送する。
【0088】
ステップ２０１：ゲートバルブ８２２を閉じ、ＬＣ８２へ搬送された第一のウェハを真空環境のＳＣ８１へ搬送するためにＬＣ８２の真空排気を行う。真空排気を行う際には、粗引きポンプへ繋がる配管を開閉するバルブ８２３、ＴＭＰへ繋がる配管を開閉するバルブ８２４がＬＣ８２内部の圧力に応じて適切なタイミングで動作する。
【0089】
ここで、適切なタイミングの設定方法として、例えば、ＬＣ８２内部の圧力を計測し予め設定された所定の圧力以下になったタイミングや、予め設定した所定の時間が経過したタイミングでバルブ動作を行う方法が有効である。ここで、設定する圧力もしくは時間は、ＬＣ８２内部の気体の流れに伴う異物飛散などの影響がない範囲で設定することが望ましい。
【0090】
ステップ２０２：ＳＣ８１との開口部を開閉するゲートバルブ８２１を開くことのできる値までＬＣ８２の圧力が低下したら、ゲートバルブ８２１を開き、ロボット８１１を用いて第一のウェハをＳＣ８１内のステージ装置８１２上へ搬送する。
【0091】
ここで、ゲートバルブ８２１を開くことのできるＬＣ８２の圧力の設定方法として、例えばＬＣ８２内部とＳＣ８１内部の圧力を計測し、その差が所定の値（例えば０．０００１Ｐａ）以下になる圧力に設定する方法が有効である。この際、ゲートバルブ８２１を開いた際にＳＣ８１内部の圧力が大きく上昇しないような範囲で設定することが望ましい。
【0092】
ステップ２０３：ステップ２０２が終了したら、ステージ装置８１２を動作させて第一のウェハを位置決めしながら第一のウェハ上のパターン計測が逐次行われる。以下、この一連の動作をウェハ処理と表現する。
【0093】
ステップ２０４：ステップ２０２が終了したら、ゲートバルブ８２１を閉じ、ステップ２０３と並行してＬＣ８２へ所定の気体、例えば窒素を給気することでＬＣ８２の圧力を大気圧付近まで上昇させる。
【0094】
ステップ２０５：ＬＣ８２の圧力が大気圧付近まで上昇したら、ゲートバルブ８２２を開き、ミニエン８３からＬＣ８２内へ第二のウェハをロボット８３１を用いて搬送する。
【0095】
ステップ２０６：ステップ２０１と同様に、ＬＣ８２の真空排気を行う。
【0096】
ステップ２０７：ステップ２０３で開始したウェハ処理と、ステップ２０６で行ったＬＣ８２の真空排気が両方終了したら、ゲートバルブ８２１を開き、ＬＣ８２内の第二のウェハ（未計測ウェハ）とＳＣ８１内の第一のウェハ（計測済みウェハ）をロボット８１１を用いて交換する。
【0097】
ステップ２０８：ステップ２０３と同様に、第二のウェハに対してウェハ処理を行う。
【0098】
ステップ２０９：ステップ２０４と同様にＬＣ８２へ給気を行う。
【0099】
ステップ２１０：ＬＣ８２の圧力が大気圧付近まで上昇したらゲートバルブ８２２を開き、ＬＣ８２内の第二のウェハ（計測済みウェハ）を装置外部へロボット８３１を用いて搬出すると同時に、第三のウェハ（未計測ウェハ）をＬＣ８２内部へロボット８３１を用いて搬入する。
【0100】
ステップ２１１：ステップ２０１と同様に、ＬＣ８２の真空排気を行う。
【0101】
この後、ステップ２０８とステップ２１１の動作が両方終了次第ステップ２０７へ戻ることで、次々とウェハ処理を行うことが可能である。
【0102】
【0103】
このタイミングチャートはウェハ２枚を処理する動作を示している。横軸は時間を示しており、上側がＬＣ８２での装置動作、下側がＳＣ８１での装置動作を表しており、双方の時間軸を同期して表示している。
【0104】
ＬＣとウェハ交換を行う時間５００、ウェハ処理を行う時間５０１はそれぞれ図２のステップ２０７およびステップ２０８の動作を行うのにかかる時間を表す。
【0105】
ＬＣ８２の給気にかかる時間４００、ＬＣ８２とミニエン８３間でのウェハ交換を行うのにかかる時間４０１、ＬＣ８２の真空排気を行うのにかかる時間４０２はそれぞれ図２のステップ２０９、ステップ２１０、ステップ２１１にかかる時間である。４０１にはゲートバルブ８２２を開くのにかかる時間Ｖ１と閉じるのにかかる時間Ｖ２が含まれており、このゲートバルブ８２２の開閉動作に伴う振動により、ウェハ処理に待ち時間Ｗ１とＷ２が発生している。また、４０２には、真空ポンプへ繋がる配管を開閉するバルブ８２３および８２４の動作時間Ｖ３とＶ４が含まれている。これらのバルブの動作に伴う振動により、同様にウェハ処理に待ち時間Ｗ３、Ｗ４が発生している。
【0106】
図４に示す例では、待ち時間Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４が１枚のウェハ処理をしている間に発生しており、スループットが低下する要因となっている。
【符号の説明】
【0107】
１ 処理室
１１ ウェハ搬送ロボット
１２ ステージ装置
１３ カラム
２Ａ、２Ｂ ロードロック室
２１Ａ、２１Ｂ ＬＣとＳＣ間の開口部を開閉するゲートバルブ
２２Ａ、２２Ｂ ＬＣとミニエン間の開口部を開閉するゲートバルブ
２３Ａ、２３Ｂ 粗引きポンプへ繋がる配管を開閉するバルブ
２４Ａ、２４Ｂ ターボ分子ポンプへ繋がる配管を開閉するバルブ
３ ミニエン
３１ ウェハ搬送ロボット
４ コンピューターシステム
４１ 装置シーケンス制御部
４３ 電子光学系制御部
４４ 搬送装置制御部
４５ バルブ装置制御部
１００ 半導体計測装置
８００ 従来の半導体計測装置
１１ ウェハ搬送ロボット
１２ ステージ装置
１３ カラム
２Ａ、２Ｂ ロードロック室
２１Ａ、２１Ｂ ＬＣとＳＣ間の開口部を開閉するゲートバルブ
２２Ａ、２２Ｂ ＬＣとミニエン間の開口部を開閉するゲートバルブ
２３Ａ、２３Ｂ 粗引きポンプへ繋がる配管を開閉するバルブ
２４Ａ、２４Ｂ ターボ分子ポンプへ繋がる配管を開閉するバルブ
３ ミニエン
３１ ウェハ搬送ロボット
４ コンピューターシステム
４１ 装置シーケンス制御部
４３ 電子光学系制御部
４４ 搬送装置制御部
４５ バルブ装置制御部
１００ 半導体計測装置
８００ 従来の半導体計測装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】