CN115699243A - 聚焦离子束装置 - Google Patents

Abstract

提供一种聚焦离子束装置，其具备差动排气装置和聚焦离子束柱状体，还具备：真空垫，其使吸入面露出以围绕被处理基板的面方向的外侧，且由多孔质材料构成；基板支承台，其载置所述被处理基板和所述真空垫；以及真空泵，其对所述真空垫进行真空吸引，当所述差动排气装置的头部向所述被处理基板的面方向的外侧移动时，所述吸入面进行该吸入面与所述头部之间的空间的吸气，所述聚焦离子束装置无需大的真空腔室，对被处理基板的周缘附近也能进行处理，能够增大被处理基板中的处理区域。

Description

聚焦离子束装置

技术领域

本发明涉及具备差动排气装置的聚焦离子束装置。

背景技术

近年来，提出有在离子束照射装置的前端部具备局部真空装置的扫描型电子显微镜(例如参照专利文献1)。在该扫描型电子显微镜中，能够通过局部真空装置在样品的表面局部地形成真空空间，因此无需真空腔室。在该扫描型电子显微镜中，在载置到支承构件上的样品与供离子束照射装置退避的退避构件之间的槽的底部，沿着该槽延伸的方向隔开规定的间隔地设置有排气口。在上述的扫描型电子显微镜中，在使配置于退避构件上的局部真空装置向支承在支承构件上的样品的上方移动时，能够实现形成在局部真空装置的正下方的真空区域的真空状态的维持。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019－179751号公报

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在上述的扫描型电子显微镜中，局部真空装置需要退避构件的上表面的高度水平与样品的上表面的高度水平精度良好地一致。其理由是，若是上述退避构件的上表面的高度水平与上述样品的上表面的高度水平不同，则高度水平低的那一方与局部真空装置的下表面之间的间隙会变大，存在无法维持规定的真空状态的情况。

本发明鉴于上述的课题而作成，其目的在于，提供无需大的真空腔室就能够对被处理基板的周缘附近进行使用离子束的处理而能够扩大被处理基板中的处理区域的聚焦离子束装置。

用于解决课题的方案

为了解决上述的课题并达成目的，本发明的方案涉及的聚焦离子束装置具备：差动排气装置，其具备与被处理基板的被处理面的任意区域对置的头部，在所述头部中的与所述被处理面对置的对置面上，以围绕所述头部的中心的方式形成有排气槽，在所述头部中的所述排气槽的内侧的区域设置有开口部，该开口部形成能够对所述被处理面进行处理的处理用空间，所述差动排气装置在使所述对置面与所述被处理面对置的状态下，利用来自所述排气槽的吸气作用将所述处理用空间设为高真空；以及聚焦离子束柱状体，其配置在所述头部中的与所述对置面相反的一侧，具备与所述开口部连结而能够与所述处理用空间连通的镜筒，在所述镜筒内内置有聚焦离子束光学系统来将离子束以穿过所述开口部内的方式射出，所述聚焦离子束装置的特征在于，还具备：真空垫，其位于所述被处理基板的面方向的外侧，将以环绕该被处理基板的方式围绕的吸入面露出，且由多孔质材料构成；基板支承台，其载置所述被处理基板和所述真空垫；以及真空泵，其对所述真空垫进行真空吸引，当所述头部的一部分向比所述被处理基板的周缘部靠面方向的外侧移动时，所述吸入面对该吸入面与所述头部之间的空间的空气进行吸引来维持所述处理用空间的压力。

作为上述方案，优选所述真空垫仅形成在围绕所述被处理基板的区域，所述真空垫中的上表面及与所述被处理基板的外周面对置的面构成所述吸入面。

作为上述方案，优选当所述头部的一部分向所述被处理基板的面方向的外侧移动时，所述上表面与所述头部的对置面对置。

作为上述方案，优选所述真空垫形成为轮廓比所述被处理基板大的矩形板状，配置于所述基板支承台的上表面，在所述真空垫上配置有所述被处理基板和支撑垫，该支撑垫隔开规定的宽度尺寸的间隙而围绕所述被处理基板的面方向的外侧。

作为上述方案，优选所述支撑垫由多孔质材料构成。

发明效果

根据本发明，能够实现对被处理基板的周缘附近也能够进行处理而能增大被处理基板中的处理区域的聚焦离子束装置。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的聚焦离子束装置的简要结构图。

图2是本发明的第一实施方式的聚焦离子束装置的主要部分剖视图。

图3是本发明的第一实施方式的聚焦离子束装置中的从下方观察差动排气装置的仰视图。

图4是表示在本发明的第一实施方式的聚焦离子束装置中将真空垫的上表面设定为比被处理基板的上表面低的高度水平的示例，是表示差动排气装置配置在被处理基板的周缘部的上方的状态的剖视说明图。

图5是表示本发明的第二实施方式的聚焦离子束装置的简要结构图，示出光学校准显微镜配置在被处理基板的周缘部附近的校准标记的上方的状态。

图6是表示本发明的第二实施方式的聚焦离子束装置的简要结构图，示出差动排气装置位于被处理基板的中央部附近的上方的状态。

图7是表示本发明的第二实施方式的聚焦离子束装置的简要结构图，示出差动排气装置位于被处理基板的周缘部的上方的状态。

图8是图6中的用虚线包围的区域A的放大说明图。

图9是图7中的用虚线包围的区域B的放大说明图。

图10是表示本发明的其他实施方式的聚焦离子束装置的简要结构图。

图11是表示在第二实施方式中没有真空垫的情况(比较例)的放大说明图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式的聚焦离子束装置的详细情况进行说明。需要说明的是，应留意附图是示意性的，各构件的尺寸、尺寸的比例、数目、形状等与实际上不同。另外，在附图相互之间也包括彼此的尺寸的关系、比例、形状不同的部分。

[第一实施方式](聚焦离子束装置的简要结构)

本实施方式的聚焦离子束装置能够用于作为被处理基板的光掩模、TFT基板等的修正。需要说明的是，本发明的聚焦离子束装置还能够适用于对被处理基板进行直接曝光的曝光装置、能够进行被处理基板的表面状态的观察的扫描电子显微镜等。

图1示出第一实施方式的聚焦离子束装置1的简要结构。聚焦离子束装置1具备差动排气装置2、聚焦离子束柱状体(以下，也称为FIB柱状体)3、基板支承台4、以及使基板支承台4在X－Y方向上移动的X－Y工作台5。

在FIB柱状体3连接有真空泵6，能够将FIB柱状体3内保持为规定的低压力。在X－Y工作台5连接有工作台控制电源7。

(基板支承台的结构)

基板支承台4具备基板支承部4A和周缘支撑部4B。基板支承部4A在载置着被处理基板8的状态下对该被处理基板8进行支承。周缘支撑部4B形成为沿着基板支承部4A的周缘部围绕基板支承部4A。

在周缘支撑部4B上配置有由连续多孔质材料构成的真空垫40。真空垫40以相对于配置在基板支承部4A上的被处理基板8隔着规定的槽部(间隙)4C地围绕被处理基板8的方式设定为框形状。该真空垫40设定为通过未图示的真空泵而向下面侧排气。真空垫40的端部(内周缘的侧壁)41作为吸入面而向槽部4C露出。

换言之，真空垫40的端部41形成槽部4C的内壁。真空垫40例如能够由陶瓷烧结多孔质体、耐热金属纤维过滤材料等形成。

在本实施方式的聚焦离子束装置1中，载置于基板支承部4A的被处理基板8的被处理面8A与真空垫40的上表面40A不需要具有同一高度水平。

如图4所示，真空垫40的上表面40A的高度水平可以比被处理面8A的高度水平低，如图5所示，真空垫40的上表面40A的高度水平也可以比被处理面8A的高度水平高。

其中，真空垫40的上表面40A的高度水平要设定为如下的高度：在保持着头部9的对置面(下表面)9A与被处理面8A之间的适当的间隙G1的状态下使头部9的一部分从被处理基板8的周缘向平面方向的外侧移动直至伸出时，真空垫40不会与头部9接触。

(差动排气装置的结构)

使用图1～图3来说明差动排气装置2的结构。需要说明的是，图3是差动排气装置2的仰视图。差动排气装置2具备头部9和未图示的真空泵。

头部9由面积与被处理基板8的被处理面8A的面积相比极小的圆盘形状的金属板构成。通过利用X－Y工作台5使基板支承台4在X－Y方向上移动，由此头部9能够与被处理面8A的任意区域对置。

如图3所示，在头部9的对置面9A上呈同心状地形成有四个环状槽10A、10B、10C、10D。在头部9的这多个环状槽10A、10B、10C、10D中的最内侧的环状槽10A的内侧区域设置有形成处理用空间Sp的开口部11，在该处理用空间Sp中，能够对被处理基板8的被处理面8A进行处理(基于离子束照射的成膜处理等)。

后述的FIB柱状体3以连通的方式与开口部11连结。需要说明的是，在该说明中，将以围绕头部9的中心的方式形成的槽称为“环状槽”，其是包含圆形的环状的槽、方形的环状的槽且还包含环的一部分欠缺的例如C字形状的槽、间歇地呈环状排列的多个槽等在内的定义。

这多个环状槽10A、10B、10C、10D中的至少一个以上的(在本实施方式中为三个)环状槽10B、10C、10D经由连结管12(参照图2)与未图示的真空泵连接。最内侧的环状槽10A经由连结管13(参照图2)与用于供给沉积气体(沉积用气体、CVD用气体)的未图示的沉积气体供给源连接。

头部9具备在使对置面9A与被处理面8A对置的状态下利用来自环状槽10B、10C、10D的空气吸引作用来使处理用空间Sp成为低压力的功能。另外，头部9从最内侧的环状槽10A向这样被调整为低压力的处理用空间Sp可靠地供给沉积用气体，由此能够向与开口部11对置的被处理面8A的区域进行CVD成膜。

通过在对置面9A与被处理面8A保持着平行的状态下将头部9的对置面9A与被处理面8A之间设定为规定的间隙G1，由此能够不破坏处理用空间Sp的高真空状态地维持内部的真空状态。

(聚焦离子束柱状体：FIB柱状体)

如图2所示，FIB柱状体3配置在头部9中的与对置面9A相反侧的面侧(上表面侧)，FIB柱状体3以前端部埋入头部9的开口部11地嵌入的状态与头部9连结。

FIB柱状体3具备与处理用空间Sp连通的镜筒16和内置在镜筒16内的聚焦离子束光学系统17。能够从FIB柱状体3的前端部将离子束Ib以穿过开口部11内的方式朝向被处理基板8的被处理面8A射出。

(动作/作用)

以下，对本实施方式的聚焦离子束装置1的动作及作用进行说明。在聚焦离子束装置1中，通过使具备差动排气装置2的聚焦离子束柱状体3相对于被处理基板8相对地进行移动，由此能够对任意的位置进行离子束Ib的照射。

在本实施方式中，通过将头部9的对置面9A与被处理基板8的被处理面8A之间的间隙G1设定为例如30μm左右，由此能够不破坏处理用空间Sp的高真空状态地维持内部的真空状态。

通过利用X－Y工作台5使基板支承台4在X－Y方向上移动，由此差动排气装置2的头部9能够与被处理面8A的任意区域对置。

在本实施方式中，即便差动排气装置2从被处理基板8的区域伸出，由于配置有真空垫40，因此也能够保持高真空状态。尤其在图4所示那样真空垫40的上表面40A比被处理基板8的被处理面8A的周缘低的情况下，真空垫40的上表面40A与差动排气装置2的对置面9A之间的间隙G2比间隙G1大。这种情况下，头部9的对置面9A中的从被处理基板8的周缘向外侧伸出的区域的下方的空间会被真空垫40抽真空而能够维持高真空状态。

在该状态下，如图3所示，即便在头部9的对置面9A的一部分比被处理基板8的周缘向外侧伸出的情况下，也能够在处理用空间Sp中保持着适当的压力的状态下进行使用离子束Ib的适当的处理。

另外，在图4所示的结构中，真空垫40的端部41作为吸入面而向槽部4C的内侧表面露出，从该端部41也能进行吸气。因此，存储于槽部4C的内侧空间及槽部4C的上方的空气被端部41吸入，由此能够防止槽部4C的上方的压力的上升。

(第一实施方式的聚焦离子束装置的效果)

如在上述的动作/作用中说明的那样，根据本实施方式的聚焦离子束装置1，无需大的真空腔室，即便在被处理基板8的周缘部的附近也能够可靠地进行使用离子束Ib的处理。因此，根据本实施方式，具有能够增大被处理基板8的可处理区域的效果。

另外，根据本实施方式，如上所述，由于利用真空垫40来保持差动排气装置2从被处理基板8伸出的区域的真空，因此具有可以不严格地管理真空垫40的上表面40A的高度水平这样的优点。

[第二实施方式]

图6示出本发明的第二实施方式的聚焦离子束装置1A的简要结构。该聚焦离子束装置1A具备差动排气装置2、FIB柱状体3、基板支承台4、配置在基板支承台4上的真空垫42、载置基板支承台4的固定工作台18、以及架设在固定工作台18上的X－Y龙门工作台19。

在X－Y龙门工作台19设置有能够向X－Y方向移动的移动块20。在移动块20固定有FIB柱状体3、与FIB柱状体3连接的真空泵6、以及用于检测出形成在被处理基板8上的校准标记的光学校准显微镜21。在X－Y龙门工作台19侧连接有龙门工作台控制电源22。

真空垫42遍及基板支承台4的上表面的大致整体地配置。真空垫42的尺寸设定为纵横的长度比被处理基板8长。在真空垫42上配置有支撑垫43，该支撑垫43在真空垫42的中央载置有被处理基板8的状态下围绕被处理基板8的周围。支撑垫43由空气无法通过的材料形成。

真空垫42为连续多孔质材料，与真空泵23连接。因此，通过利用真空泵23进行吸引，由此设定为从真空垫42的上面侧吸入空气。被处理基板8与支撑垫43的内周面之间形成作为间隙的槽部4C。该槽部4C的底面构成真空垫42露出的吸入面。

真空垫42例如能够由陶瓷烧结多孔质体、耐热金属纤维过滤材料等形成。如图9所示，在本实施方式中，支撑垫43由与被处理基板8同样的玻璃材料且具有与被处理基板8同等的厚度尺寸的玻璃板构成。

需要说明的是，在本实施方式中，作为支撑垫43，使用了玻璃板，但并不限定于此，也可以适用金属板、陶瓷板等。

本实施方式的聚焦离子束装置1A中的其他结构与上述的第一实施方式的聚焦离子束装置1的结构大致相同，因此省略详细的说明。

在本实施方式的聚焦离子束装置1A中，在配置被处理基板8和支撑垫43的整个区域的下层配置有真空垫42，真空垫42对被处理基板8和支撑垫43进行吸引。

如图6所示，在差动排气装置2的头部9位于被处理基板8的中央部的上方的情况下，被处理基板8被头部9吸引而受到要朝向上方翘曲的力。然而，被处理基板8同时被真空垫42向下方吸引，因此与要朝向上方翘曲的力相抵消。

图8是表示图6中的用虚线包围的区域A的放大说明图。图11是表示不具有真空垫42的结构(比较例)的放大说明图，示出如下的状态：在被处理基板8的下层没有配置真空垫42的情况下，在来自头部9侧的吸引力的作用下，被处理基板8抬起而翘曲。

顺带而言，被处理基板8的大型化、薄型化会成为使用差动排气装置2形成局部的真空空间来利用离子束Ib进行处理的情况下的障碍。根据本实施方式的聚焦离子束装置1A，即便是大型化或者薄型化了的被处理基板8，也能够保持着平坦度地可靠支承于基板支承部4。因而，在本实施方式中，在使用X－Y龙门工作台19来进行移动的结构中，也能够实施精度高的处理。

在本实施方式的聚焦离子束装置1A中，真空垫42的上表面在作为间隙的槽部4C的底面露出，从该部分也进行抽真空。因此，如图7及图9所示，能够从槽部4C的内侧空间及槽部4C的上方的空间也吸引空气，从而能够防止槽部4C的上方的压力的恶化。

需要说明的是，由于真空垫42的上表面以环绕被处理基板8的方式连续地露出存在于环绕被处理基板8地形成的槽部4C的底面，因此在任意位置处的槽部4C都将压力保持为均匀。

根据本实施方式，具有通过调整真空泵23的输出而能够任意地设定作为间隙的槽部4C的宽度尺寸这样的优点。

根据本实施方式的聚焦离子束装置1A，无需大的真空腔室，即便在被处理基板8的周缘部的附近也能够可靠地进行使用离子束Ib的处理。因此，在该聚焦离子束装置1A中，具有能够对被处理基板8的大范围有效地进行处理这样的效果。

另外，在本实施方式的聚焦离子束装置1A中，使用差动排气装置2实现了局部真空空间，由此正在处理的区域以外的区域处于大气压，因此能够容易地设置光学校准显微镜21。

在进行校准的情况下，例如在图5所示那样的位置配置光学校准显微镜21来检测出形成在被处理基板8的周缘部的未图示的校准标记。通过检测出校准标记，由此能够按照光学校准显微镜21的位置与FIB柱状体3进行处理的处理位置的相对关系来确定坐标。

因此，根据本实施方式的聚焦离子束装置1A，不需要X－Y龙门工作台19为了进行校准而产生的行程(stroke)，能够缩短用于进行校准的移动时间。

尤其是在本实施方式中，通过在X－Y龙门工作台19设置能够向X－Y方向移动的移动块20，由此能够在固定着被处理基板8的位置的状态下使设置于移动块20的FIB柱状体3和光学校准显微镜30移动。

这样，被处理基板8的位置能够固定，因此能够减小装置的占有区域(footprint)。

另外，根据本实施方式，能够可靠地维持头部9的处理用空间Sp的高真空，因此能够提高该处理用空间中的处理作业的质量。

进而，根据本实施方式，能够实现装置的紧凑化，因此能够削减设备成本以及管理成本。

[其他实施方式]

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但不应理解构成这些实施方式的公开的一部分的论述及附图会限定本发明。对本领域技术人员来说，能够根据该公开而知晓各种各样的替代实施方式、实施例及应用技术。

在上述的第一实施方式中，将真空垫40载置在周缘支撑部4B的上表面而使真空垫40的上表面整体露出，但也可以如图10所示那样，将仅在槽部4C的内侧露出的真空壁部44沿着槽部4C以围绕被处理基板8的方式配置。

真空壁部44中的在槽部4C露出的面构成本发明的吸入面。需要说明的是，在该实施方式中，优选周缘支撑部4B的上表面为与被处理基板8的被处理面8A相同程度的高度。

在上述的各实施方式中，形成于差动排气装置的环状槽的数目不限定于四根，只要至少具备进行排气和吹出的两根以上的环状槽即可。另外，作为气体供给用的槽及排气用的槽，形成了圆形环状的环状槽10A、10B、10C、10D，但不限定于此，也可以形成例如四方形状的环状的槽等。

在上述的第二实施方式中，将支撑垫43由空气无法通过的材料形成，但也可以设为由多孔质材料构成的结构。这种情况下，支撑垫43具有与上述的第一实施方式中的真空垫40同样的功能，能够起到提高支撑垫43的上表面的高度水平的自由度的效果和防止被处理基板8发生翘曲的效果。

符号说明

Ib 离子束

Sp 处理用空间

1 聚焦离子束装置

2 差动排气装置

3聚焦离子束柱状体(FIB柱状体)

4 基板支承台

4A 基板支承部

4B 周缘支撑部

4C槽部(间隙)

5X－Y工作台

6 真空泵

7 工作台控制电源

8 被处理基板

8A 被处理面

8B 下表面

9 头部

9A 对置面

10A、10B、10C、10D环状槽

11 开口部

12、13 连结管

16 镜筒

17 聚焦离子束光学系统

18 固定工作台

19X－Y龙门工作台

20 移动块

21 光学校准显微镜

22 龙门工作台控制电源

23 真空泵

40 真空垫

40A上表面(吸入面)

41端部(与被处理基板的外周面对置的面：吸入面)

42 真空垫

43 支撑垫

44 真空壁部

Claims (5)

1.一种聚焦离子束装置，其具备：

差动排气装置，其具备与被处理基板的被处理面的任意区域对置的头部，在所述头部中的与所述被处理面对置的对置面上以围绕所述头部的中心的方式形成有排气槽，在所述头部中的所述排气槽的内侧的区域设置有开口部，该开口部形成能够对所述被处理面进行处理的处理用空间，所述差动排气装置在使所述对置面与所述被处理面对置的状态下，利用来自所述排气槽的吸气作用，将所述处理用空间设为高真空；以及

聚焦离子束柱状体，其配置在所述头部中的与所述对置面相反的一侧，具备与所述开口部连结而能够与所述处理用空间连通的镜筒，在所述镜筒内内置有聚焦离子束光学系统来将离子束以穿过所述开口部内的方式射出，

所述聚焦离子束的装置的特征在于，

还具备：

真空垫，其位于所述被处理基板的面方向的外侧，将以环绕该被处理基板的方式围绕的吸入面露出，且由多孔质材料构成；

基板支承台，其载置所述被处理基板和所述真空垫；以及

真空泵，其对所述真空垫进行真空吸引，

当所述头部的一部分向比所述被处理基板的周缘部靠面方向的外侧移动时，所述吸入面对该吸入面与所述头部之间的空间的空气进行吸引来维持所述处理用空间的压力。

2.根据权利要求1所述的聚焦离子束装置，其中，

所述真空垫仅形成在围绕所述被处理基板的区域，所述真空垫中的上表面及与所述被处理基板的外周面对置的面构成所述吸入面。

3.根据权利要求2所述的聚焦离子束装置，其中，

当所述头部的一部分向所述被处理基板的面方向的外侧移动时，所述上表面与所述头部的对置面对置。

4.根据权利要求1所述的聚焦离子束装置，其中，

所述真空垫形成为轮廓比所述被处理基板大的矩形板状，配置于所述基板支承台的上表面，

在所述真空垫上配置有所述被处理基板和支撑垫，该支撑垫隔开规定的宽度尺寸的间隙而围绕所述被处理基板的面方向的外侧。

5.根据权利要求4所述的聚焦离子束装置，其中，

所述支撑垫由多孔质材料构成。

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