JP2022011073A - 差動排気装置および集束エネルギービーム装置 - Google Patents

差動排気装置および集束エネルギービーム装置 Download PDF

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Abstract

【課題】反りやうねりのある被処理基板であっても確実に差動排気機能を保持できる差動排気装置、および良好な処理が行える集束エネルギービーム装置を提供すること。【解決手段】ヘッド部または被処理基板を変位させて、被処理面と対向面との平行度および距離の調整が可能な変位駆動部と、ヘッド部の対向面の周縁に沿って少なくとも３箇所以上にそれぞれ配置されたギャップ測定部と、ギャップ測定部が検出した情報に基づき、対向面と被処理面とが所定の距離を隔てて平行となるように変位駆動部を制御するギャップ制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、差動排気装置および集束エネルギービーム装置に関する。
集束エネルギービーム装置は、集束イオンビーム装置、電子線描画装置、走査電子顕微鏡(ＳＥＭ:Scanning Electron Microscope)などに適用されている。集束イオンビーム装置は、集束したイオンビームを試料表面で走査することにより、試料から放出される２次粒子（２次電子、２次イオンなど）を検出して顕微鏡像を観察したり、試料表面を加工したりすることのできる装置である。具体的には、集束イオンビーム装置には、試料観察、エッチング（スパッタリング）、ＣＶＤ（化学気相成長）を行う機能などがある。
集束イオンビーム装置は、図１５に示すようなリペア装置１００に適用される。このリペア装置１００は、集束イオンビーム光学系１０１と、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）用ガスを供給する供給ノズル１０２と、２次粒子検出部１０３と、被修正基板１０４を載せる基板支持盤１０５と、が真空チャンバ１０６内に配置されている。リペア装置１００では、イオンビームを基板表面に照射して被修正基板から放出された２次電子または２次イオンを２次粒子検出部１０３で検出し、２次元分布を求めることにより、基板表面の顕微鏡像が作成できる。
このリペア装置１００では、上記の顕微鏡像からの情報に基づき、被修正基板表面の必要箇所にイオンビームを照射することにより、加工や観察ができる。また、同時に供給ノズル１０２からＣＶＤ用ガスを供給することにより、局所的な成膜を行って加工や修正を行うことができる。真空チャンバ１０６内が低真空の場合には、残留ガス分子とイオンが衝突してイオンが直進できないため、真空チャンバ１０６内を高真空とする必要がある。
近年、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ:Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイなどの薄型ディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）において、パネルサイズの大型化が進んでいる。しがたって、上述したようなリペア装置では、大型の真空チャンバが必要となってしまうという問題がある。
上記の問題を解決する従来技術として、被修正基板の表面に局所的に真空空間を形成する局所排気装置（以下、差動排気装置ともいう）を備えた、真空チャンバを必要としない加工装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この加工装置は、集束イオンビーム鏡筒の先端部（下端部）に、被修正基板に対して集束イオンビーム鏡筒を浮上させる機能を備えた局所排気装置が一体に設けられている。
特許第５１１４９６０号公報
ＦＰＤの製造では、複数のパネルを含むサイズのマザーガラスが用いられている。マザーガラス１枚当たりのパネル配置数（面付数）を増やすことが生産性向上のための手法として一般化している。マザーガラスの大型化に伴って、フォトマスクも必然的に大型化している。因みに、近年ではマザーガラスの一辺が約３ｍ前後の長さに達している。したがって、フォトマスクにおいては、この大型化に伴ってうねりや反りが発生する。
図１６は、集束イオンビーム鏡筒２０２の先端部に局所排気装置２０３を備えたリペア装置２００を用いて、大型のフォトマスク２０１を修理する工程を示している。図１６に示すように、フォトマスク２０１のうねりや反りに起因して、局所排気装置２０３の下端面がフォトマスク２０１の表面に対して噴射エアーの付勢力により平行な対向状態を保つことが困難になるという課題がある。このため、局所排気装置２０３の下端面外周縁において、フォトマスク２０１の表面に対して、近い部分のギャップＧ１と遠い部分のギャップＧ２との差が大きくなり、局所排気（差動排気）により内部の真空状態が保てなくなるという問題がある。したがって、フォトマスク２０１表面の観察や、フォトマスク２０１の表面への修正が良好に行えないという課題がある。また、従来のリペア装置２００では、集束イオンビーム鏡筒２０２の光軸が通る局所排気装置２０３の下端面中央とフォトマスク２０１とのギャップＧ３が変動し易くなる。このギャップＧ３が変動すると、成膜条件に影響が及び成膜の不均一化が生じる。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、反りやうねりのある被処理基板（被観察基板、被修正基板など）であっても確実に差動排気機能を保持できる差動排気装置および良好な処理が行える集束エネルギービーム装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の態様は、被処理基板の被処理面に対して、該被処理面の任意領域に対向するように相対移動可能なヘッド部を備え、前記ヘッド部における、前記被処理面と対向する対向面に、前記ヘッド部の中心を囲むように複数の環状溝が形成され、前記ヘッド部における、複数の前記環状溝のうち最も内側の前記環状溝の内側領域に、前記被処理面に対する処理を可能にする処理用空間を形成する開口部が設けられ、前記複数の環状溝のうち少なくとも１つ以上の前記環状溝に真空ポンプが連結され、前記被処理面に前記対向面を対向させた状態で、前記真空ポンプに連絡された前記環状溝からの吸気作用により、前記処理用空間を高真空度にする、差動排気装置であって、前記ヘッド部または前記被処理基板を変位させて、前記被処理面と前記対向面との平行度および距離の調整が可能な変位駆動部と、前記ヘッド部の前記対向面の周縁に沿って少なくとも３箇所以上にそれぞれ配置された、前記対向面と前記被処理面と間の距離を検出可能なギャップ測定部と、前記ギャップ測定部が検出した、前記対向面と前記被処理面との距離情報に基づき、前記対向面と前記被処理面とが所定の距離を隔てて平行となるように前記変位駆動部を制御するギャップ制御部と、を備えることを特徴とする。
上記態様としては、前記ギャップ測定部は、前記被処理面との間の空間の圧力を検出し、前記ギャップ制御部は前記圧力の情報に基づいて前記変位駆動部を制御することが好ましい。
上記態様としては、前記被処理基板はＸ－Ｙ方向に縦横の辺を有する長方形であり、前記ヘッド部は、前記被処理基板のＸ－Ｙ方向に沿って相対移動可能であり、前記ギャップ測定部は、前記ヘッド部における最も外側に形成された前記環状溝の外側の４箇所に備えられ、当該４箇所の前記ギャップ測定部の群は、前記対向面における前記開口部の中央を中心としてＸ方向の両側方に配置された対と、前記開口部の中央を中心としてＹ方向の両側方に配置された対と、の２対で構成されることが好ましい。
上記態様としては、前記ギャップ測定部は、レーザ変位計で構成され、該レーザ変位計は、前記対向面よりも前記被処理面から離れる方向にオフセット配置され、前記被処理面との距離が前記レーザ変位計の高精度測定領域となるように設定されていることが好ましい。
上記態様としては、前記被処理基板に形成されたアライメントマークを検出する光学顕微鏡を備えることが好ましい。
上記態様としては、前記ヘッド部の近傍にオフセット距離を隔てて、前記被処理基板の被処理領域を観察するための観察用顕微鏡を備えることが好ましい。
上記態様としては、前記複数の環状溝のうち最も外側の前記環状溝は、不活性ガスを供給する吐出ポンプに接続され、当該環状溝から被処理基板側へ向けて不活性ガスを吹き付けてガスカーテンを形成することが好ましい。
上記態様としては、前記ヘッド部の前記対向面の外側に、当該対向面の外周縁に沿って配置される浮上パッドが、前記ヘッド部と一体的に設けられ、前記浮上パッドは、不活性ガスを供給する吐出ポンプに接続され、当該浮上パッドは前記被処理面へ向けて不活性ガスを吹き付けてガスカーテンを形成して前記ヘッド部を前記被処理面から離れる方向へ付勢することが好ましい。
本発明の他の態様は、上記の差動排気装置と、前記ヘッド部における前記対向面と反対側に配置され、前記開口部に連結して前記処理用空間に連通可能な鏡筒を備え、前記鏡筒内に集束エネルギービーム系を内蔵して集束エネルギービームが前記開口部内を通るように出射する集束エネルギービームカラムと、を備える集束エネルギービーム装置であって、前記ヘッド部または前記被処理基板を変位させて、前記被処理面と前記対向面との平行度および距離の調整が可能な変位駆動部と、前記ヘッド部の前記対向面の周縁に沿って少なくとも３箇所以上にそれぞれ配置された、前記対向面と前記被処理面と間の距離を検出可能なギャップ測定部と、前記ギャップ測定部が検出した、前記対向面と前記被処理面との距離情報に基づき、前記対向面と前記被処理面とが所定の距離を隔てて平行となるように前記変位駆動部を制御するギャップ制御部と、を備えたことを特徴とする。
上記態様としては、前記ギャップ測定部は、前記被処理面との間の空間の圧力を検出し、前記ギャップ制御部は前記圧力の情報に基づいて前記変位駆動部を制御することが好ましい。
上記態様としては、前記被処理基板はＸ－Ｙ方向に縦横の辺を有する長方形であり、前記ヘッド部は、前記被処理基板のＸ－Ｙ方向に沿って移動可能であり、前記ギャップ測定部は、前記ヘッド部における最も外側に形成された前記環状溝の外側の４箇所に備えられ、当該４箇所の前記ギャップ測定部の群は、前記対向面における前記開口部の中央を中心としてＸ方向の両側方に配置された対と、前記開口部の中央を中心としてＹ方向の両側方に配置された対と、の２対で構成されることが好ましい。
上記態様としては、前記ギャップ測定部は、レーザ変位計で構成され、
該レーザ変位計は、前記対向面よりも前記被処理面から離れる方向にオフセット配置され、前記被処理面との距離が前記レーザ変位計の高精度測定領域となるように設定されていることが好ましい。
上記態様としては、前記被処理基板に形成されたアライメントマークを検討する光学顕微鏡を備えることが好ましい。
上記態様としては、前記ヘッド部の近傍にオフセット距離を隔てて、前記被処理基板の被処理領域を観察するための観察用顕微鏡を備えることが好ましい。
上記態様としては、前記複数の環状溝のうち最も外側の前記環状溝は、不活性ガスを供給する吐出ポンプに接続され、当該環状溝から被処理基板側へ向けて不活性ガスを吹き付けてガスカーテンを形成することが好ましい。
上記態様としては、前記ヘッド部の前記対向面の外側に、当該対向面の外周縁に沿って配置される浮上パッドが、前記ヘッド部と一体的に設けられ、前記浮上パッドは、不活性ガスを供給する吐出ポンプに接続され、当該浮上パッドは前記被処理面へ向けて不活性ガスを吹き付けてガスカーテンを形成して前記ヘッド部を前記被処理面から離れる方向へ付勢することが好ましい。
上記態様としては、前記鏡筒の先端部内に前記集束エネルギービームが通過するビーム通過口が形成されたマイクロチャネルプレートを配置し、前記マイクロチャネルプレートにおける前記ビーム通過口の周辺を、前記被処理基板から発生した２次荷電粒子を捕捉可能な検出部としたことが好ましい。
上記態様としては、先端部に前記差動排気装置を備えた前記集束エネルギービームカラムを複数備え、前記被処理基板の被処理面を複数に分割させた領域に、それぞれの前記集束エネルギービームカラムが対向するように配置することが好ましい。
上記態様としては、前記被処理基板の位置を固定し、先端部に前記差動排気装置を備えた前記集束エネルギービームカラムを、前記被処理基板に対してＸ－Ｙ方向に移動可能とすることが好ましい。
本発明によれば、反りやうねりのある被処理基板であっても確実に差動排気機能を保持できる差動排気装置、および良好な処理が行える集束エネルギービーム装置を実現できる。このため、本発明によれば、ヘッド部における処理用空間の高真空を確実に維持できるため、この処理用空間での処理作業の質を高めることができる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置の断面説明図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置に備えられた差動排気装置の下面図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置におけるヘッド部と基板支持台との関係を示す平面説明図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置１の制御および動作を示すフローチャートである。 図５は、本発明の第１の実施の形態の変形例１に係る集束イオンビーム装置の断面説明図である。 図６は、本発明の第１の実施の形態の変形例２に係る集束イオンビーム装置に備えられた差動排気装置の下面図である。 図７は、図８のＶＩＩ－ＶＩＩ断面図であり、本発明の第１の実施の形態の変形例３に係る集束イオンビーム装置の要部断面図である。 図８は、本発明の第１の実施の形態の変形例３に係る集束イオンビーム装置に備えられた差動排気装置の下面図である。 図９は、本発明の第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置の要部断面図である。 図１０は、本発明の第１の実施の形態の変形例５に係る集束イオンビーム装置に備えられた差動排気装置を示す下面説明図である。 図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る集束イオンビーム装置を模式的に示す説明図である。 図１２は、本発明の第２の実施の形態の変形例１に係る集束イオンビーム装置を模式的に示す説明図である。 図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る集束イオンビーム装置を示す要部断面図である。 図１４は、本発明の第４実施の形態に係る集束イオンビーム装置を示す構成説明図である。 図１５は、本発明の第５の実施の形態に係る集束イオンビーム装置を示す構成説明図である。 図１６は、本発明の第６実施の形態に係る集束イオンビーム装置を示す構成説明図である。 図１７は、本発明の第７実施の形態に係る集束イオンビーム装置を示す構成説明図である。 図１８は、集束イオンビーム光学系を備える従来のリペア装置を示す説明図である。 図１９は、従来のリペア装置を用いて大型のフォトマスクを修理する工程を示す説明図である。
本発明に係る集束エネルギービーム装置は、出射するエネルギービームの種類や被処理基板への処理用途に応じて、リペア装置としての集束イオンビーム装置、被処理基板への直接描画機能を有する電子線描画装置、被処理基板の表面状態の観察を可能にする走査電子顕微鏡などに適用できる。また、本発明に係る差動排気装置は、集束エネルギービーム装置に備えられている。以下に、本発明の実施の形態に係る集束エネルギービーム装置としては、イオンビームを被処理基板へ出射する集束イオンビーム装置に適用して説明する。
以下、本発明の実施の形態に係る差動排気装置および集束エネルギービーム装置の詳細を図面に基づいて説明する。なお、図面は模式的なものであり、各部材の寸法や寸法の比率や数、形状などは現実のものと異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率や形状が異なる部分が含まれている。
[第１の実施の形態]
（集束イオンビーム装置の概略構成）
図１は、第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置１の概略構成を示している。集束イオンビーム装置１は、差動排気装置２と、集束エネルギービームカラムとしての集束イオンビームカラム（以下、ＦＩＢカラムともいう）３と、基板支持台４と、ギャップ測定部としての４つのレーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ（図２参照）と、変位駆動部６と、ギャップ制御部７と、を備える。
基板支持台４は、被処理基板８を載せた状態で支持するようになっている。本実施の形態では、被処理基板８として大型のフォトマスクを適用する。基板支持台４は、Ｘ－Ｙ方向に移動可能なステージである。変位駆動部６は、基板支持台４の傾きを自在に変化させる機能を備える。具体的には、変位駆動部６としては、例えば、基板支持台４の複数個所（例えば、４つのコーナ部）の下に昇降駆動手段を設けたものであってもよい。これらの昇降駆動手段により基板支持台４の各所の高さを調整することにより、被処理基板８を所望の傾斜状態に変化させることができる。
（差動排気装置の構成）
以下に、図１および図２を用いて差動排気装置２の構成を説明する。なお、図２は、差動排気装置２の下面図である。差動排気装置２は、ヘッド部９と、図示しない真空ポンプと、吐出ポンプと、を備える。
ヘッド部９は、被処理基板８の被処理面８Ａの面積に比較してごく小さな面積の円盤形状の金属プレートによって構成されている。ヘッド部９は、基板支持台４がＸ－Ｙ方向に移動することにより、被処理面８Ａの任意領域に対向し得るようになっている。
図２に示すように、ヘッド部９の対向面(下面)９Ａには、同心状（同心円上）に配置された４つの環状溝１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが形成されている。ヘッド部９における、これら複数の環状溝１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのうち最も内側の環状溝１０Ａの内側領域に、被処理基板８の被処理面８Ａに対する処理(イオンビーム照射による成膜処理)を可能にする処理用空間Ｓｐを形成する開口部１１が設けられている。この開口部１１には、後述するＦＩＢカラム３が連通するように連結される。なお、この説明では、ヘッド部９の中心を取り囲むように形成された溝を「環状溝」と称するが、円形のループ状の溝、方形のループ状の溝、またはループの一部が欠損した例えばＣ文字形状の溝、間欠的にループ状に並ぶ複数の溝なども含むものと定義する。
これら複数の環状溝１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのうち少なくとも１つ以上(本実施の形態では３つ)の環状溝１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、連結パイプ１２を介して図示しない真空ポンプに接続されている。最も内側の環状溝１０Ａは、連結パイプ１３を介してデポガス(堆積用ガス、ＣＶＤ用ガス)を供給する図示しないデポガス供給源に接続されている。ヘッド部９は、被処理面８Ａに対向面９Ａを対向させた状態で、環状溝１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄからの空気吸引作用により、処理用空間Ｓｐを高真空度にする機能を備える。また、ヘッド部９は、このように高真空度に調整された処理用空間Ｓｐへ、最も内側の環状溝１０Ａから堆積用ガスを確実に供給して、開口部１１に対向する被処理面８Ａの領域へＣＶＤ成膜を行うことを可能にしている。
因みに、本実施の形態では、対向面９Ａと被処理面８Ａとが平行を保った状態において、ヘッド部９の対向面９Ａと被処理面８Ａとの実質ギャップＧｇを３０μｍ程度に設定することにより、処理用空間Ｓｐの高真空な状態が破れずに内部の真空状態が維持可能となる。仮に、ヘッド部９が被処理面８Ａに対して傾いて、ヘッド部９の外周部の一部が被処理面８Ａから離れてギャップが例えば４０μｍを越えてしまう場合、その場所では差動排気機能による局所的な真空状態を維持できなくなってしまう。
図２に示すように、ヘッド部９は、最も外側の環状溝１０Ｄの外側領域に、対向面９Ａの周縁に沿って４箇所に光透過用開口部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄが形成されている。これら光透過用開口部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄは、対向面９Ａと反対側の開口端部側から透明な光透過板１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄが埋設されている。
(レーザ変位計)
レーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、例えばともに図示しない投光素子とリニアイメージセンサ(Linear Image Sensor)との組み合わせで、測距(変位量の検出)を行う。一般に、レーザ変位計において、変位量が３０μｍ以下の場合に測定精度が低下することが知られている。
本実施の形態では、それぞれレーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、それぞれの光透過板１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの上に配置されている。これらレーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、光透過用開口部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄを通して、光透過板１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの下面と被処理面８Ａと間の距離(以下、管理ギャップという)Ｇｍを検出するように設定されている。すなわち、図１に示すように、管理ギャップＧｍを検出することにより、対向面９Ａから光透過板１５Ａ(１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ)までのオフセットギャップＧｏｓを管理ギャップＧｍから減じることにより、実質ギャップＧｇを得ることができる。管理ギャップＧｍとしては、３０μｍよりも長いギャップでよいため、レーザ変位計の測定精度の良い領域で検出を行うことができる。
(集束イオンビームカラム：ＦＩＢカラム)
ＦＩＢカラム３は、ヘッド部９における対向面９Ａと反対側の面側(上面側)に配置され、ヘッド部９の開口部１１に先端部が埋没するように嵌め込まれた状態で連結されている。
ＦＩＢカラム３は、処理用空間Ｓｐに連通する鏡筒１６と、鏡筒１６内に内蔵された集束イオンビーム光学系１７と、を備える。ＦＩＢカラム３の先端部からは、開口部１１内を通るようにイオンビームＩｂを被処理基板８の被処理面８Ａに向けて出射するようになっている。なお、本実施の形態では、鏡筒１６の先端部が先端へ向けて細くなる形状に形成されている。
集束イオンビーム光学系１７は、イオンビームＩｂを発生させるイオン源３６と、発生したイオンビームＩｂを収束させるコンデンサレンズ３７と、イオンビームＩｂを走査する偏向器３８と、イオンビームＩｂを収束させる対物静電レンズ３９と、を備える。イオン源３６としては、主にガリウム（Ｇａ）イオン源を用いるが、アルゴン（Ａｒ）など希ガスを誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）化したり、ガス電界イオン化したり、希ガスイオン源を用いたりすることも可能である。イオンビームＩｂのレンズとしては、電界レンズを用いることが好ましい。
ＣＶＤのデポジション用ガスとしては、Ｗ（ＣＯ）６を用いることができる。基板近傍のＷ（ＣＯ）６に集束イオンビームが照射されると、ＷとＣＯに分解され、Ｗが基板上にデポジションされる。
ＦＩＢカラム３の上端部には、ＦＩＢカラム３および差動排気装置２を昇降させる昇降手段１８が設けられている。昇降手段１８の上部は、支持部１９により支持フレーム２０に支持されている。この昇降手段１８は、ＦＩＢカラム３および差動排気装置２を昇降して被処理基板８から集束イオンビーム装置１を引き離す機能を有する。なお、本実施の形態では、ＦＩＢカラム３の上部に昇降手段１８を設けたが、支持フレーム２０側に昇降機能を持たせてもよい。
(ギャップ制御部)
ギャップ制御部７は、レーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが検出した管理ギャップＧｍの検出値(距離情報)に基づき、それぞれのレーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが対応するヘッド部９の各箇所における対向面９Ａと被処理面８Ａとの実質ギャップＧｇが所定の均等な距離を隔てて、対向面９Ａと被処理面８Ａとが平行となるように、変位駆動部６に駆動制御信号を出力するようになっている。
（第１の実施の形態の集束イオンビーム装置の制御および動作）
以下、本実施の形態に係る集束イオンビーム装置１において、ヘッド部９の対向面９Ａに対して被処理基板８の被処理面８Ａを所定のギャップを保って平行に対向配置させる動作について説明する。図３に示すように、本実施の形態では、変位駆動部６は基板支持台４の下に４つの変位駆動部（Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈで示す）設けられている。４つの変位駆動部Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈは、黒丸で示すように正方形状に配置する。この正方形の対角線距離を２Ｌとする。基板支持台４の長方形の辺の向きをＸ方向、Ｙ方向とする。そして、レーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを図２に示すような配置にする。すなわち、円形のヘッド９の半径ｒの同心円の上に、４点のレーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが配置されている。ここで、ヘッド部９の中心の座標を（ｈｘ、ｈｙ）とし、ヘッド部９の半径をｒとする。
次に、図４に示すフローチャートを用いて、集束イオンビーム装置１の制御および動作について説明する。なお、以下に説明する制御は、被処理基板８に対して、観察、エッチング（スパッタリング）、ＣＶＤ（化学気相成長）を行う場合に適用できる。
まず、集束イオンビーム装置１においては、基板支持台４の上に、被処理基板８をセットし、予定された被処理箇所がヘッド部９の下方に位置するように移動させる。この状態でギャップ制御部７は、昇降手段１８を駆動してヘッド部９の対向面９Ａを被処理面８Ａの上方の所定の高さ位置まで移動させる。
次に、以下のような制御を行う。
（１）ヘッド部９の対向面９Ａと、被処理面８Ａと、のギャップの目標値ｈを設定する（ステップＳ１）。
（２）レーザ変位計５Ａ，５Ｂ,５Ｃ，５Ｄで、被処理面８Ａとのギャップを測定する（ステップＳ２）。それぞれの変位の測定値をｈＡ，ｈＢ，ｈＣ，ｈＤとする。
（３）ヘッド部９の被処理面８Ａに対するＸ軸方向の傾きｍｘを以下の式で示すように計算する（ステップＳ３）。
ｍｘ＝(ｈＤ-ｈＢ)／２ｒ
（４）Ｘ方向に並ぶ、変位駆動部Ｆと変位駆動部Ｈの高さを、上記傾きｍｘを加味して算出した、それぞれ下記の値で変位させる（ステップＳ４）。
ΔｈＦ＝-（Ｌ＋ｈｘ）ｍｘ
ΔｈＨ＝（Ｌ-ｈｘ）ｍｘ
（５）ヘッド部９の被処理面８Ａに対するｙ軸方向の傾きｍｙを計算する（ステップＳ５）。
ｍｙ＝(ｈＡ-ｈＣ)／２ｒ
（６）Ｙ方向に並ぶ、変位駆動部Ａと変位駆動部Ｃの高さを、それぞれ下記の値で変位させる（ステップＳ６）。
ΔｈＡ＝（Ｌ-ｈｙ）ｍｙ
ΔｈＣ＝-（Ｌ+ｈｙ）ｍｙ
（７）再度、レーザ変位計５Ａ，５Ｂ,５Ｃ，５Ｄで、被処理面８Ａとのギャップを測定する（ステップＳ７）。それぞれのギャップの測定値をｈＡ，ｈＢ，ｈＣ，ｈＤとする。
（８）４つのレーザ変位計５Ａ，５Ｂ,５Ｃ，５Ｄでの４箇所におけるギャップの平均値ｈａｖを算出し、ｈＡ，ｈＢ，ｈＣ，ｈＤと、ｈａｖと、の差をそれぞれ算出する（ステップＳ８）。
上記差のうち、どれか一つの箇所（測定位置）での差が大きい場合は、すなわち平均値ｈａｖから大きくはずれる箇所が一つ箇所でもある場合は、上記ステップＳ３に戻る（ステップＳ９）。
（９）ステップＳ９において、いずれの箇所における平均値ｈａｖからのはずれも小さい場合は、変位駆動部Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈを、ｈ－ｈａｖだけ変位させて制御が終了する（ステップＳ１０）。
上記の制御は、レーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄからの検出情報に基づいてギャップ制御部７が変位駆動部Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈを制御している。なお、集束イオンビーム装置１では、このような制御を、被処理基板８を移動させて、被処理箇所をヘッド部９の対向面９Ａに対向させたときに行う。
(第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置の効果)
本発明の第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置１によれば、フォトマスクなどの被処理基板８が大型化して、被処理基板８にうねりや反りが発生した場合でも、ヘッド部９が被処理面８Ａと平行を保ちながら実質ギャップＧｇを所望のギャップに保持することが可能となる。
また、被処理基板８が移動しても、ヘッド部９の対向面９Ａを被処理面８Ａに対して平行を保った状態で追従することができる。このため、ヘッド部９の外周縁で真空が破れることを防止でき、ヘッド部９と被処理面８Ａとの間の真空状態を安定して保つことができる。したがって、処理用空間ＳｐでのＣＶＤ成膜などのリペア処理を確実に行うことができる。
また、本実施の形態に係る集束イオンビーム装置１では、レーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄにおいて、レーザ変位計５Ａとレーザ変位計５Ｃと結ぶ線と、レーザ変位計５Ｂとレーザ変位計５Ｄとを結ぶ線が直交するように配置されている。すなわち、４箇所のレーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの群は、開口部１１の中央を中心としてＸ方向の両側方に配置された対と、開口部１１の中央を中心としてＹ方向の両側方に配置された対と、の２対で構成されている。
このため、被処理基板８がＸ－Ｙ方向に移動した際に、ヘッド部９が被処理面８Ａの縁に位置し、被処理面８Ａから１つのレーザ変位計が逸脱した状態であっても３つのレーザ変位計が被処理面８Ａに対向している限り、その３つのレーザ変位計の検出量に基づいて変位駆動制御が可能となる。したがって、この集束イオンビーム装置１では、被処理基板８の辺縁においても処理を行うことが可能となる。すなわち、この集束イオンビーム装置１では、被処理基板８の広い範囲を有効に処理できるという効果がある。
本実施の形態に係る集束イオンビーム装置１では、レーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが、対向面９Ａよりも被処理面８Ａから離れる方向に配置され、被処理面８Ａとの距離がレーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの高精度測定領域となるようにオフセットされている。このため、これらレーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが設けられた４箇所における被処理面８Ａと対向面９Ａとの実質ギャップＧｇを精度良く求めることができる。
本実施の形態では、鏡筒１６の先端部を細くしたことにより、図１に示すように、差動排気装置２のヘッド部９の対向面９Ａの最も内側の環状溝１０ＡをよりイオンビームＩｂに近づけることができる。このため、デポガスを処理用空間Ｓｐに確実に導くことができ、安定したＣＶＤ成膜を確実に作製することが可能になる。また、鏡筒１６の先端部を細くしたことにより、複数の環状溝１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを小さな開口部１１の近傍に近づけることが可能となり、差動排気装置２のコンパクト化を図ることができる。
(第１の実施の形態の変形例１)
図５に示す集束イオンビーム装置１Ａは、上記した第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置１の変形例１である。この集束イオンビーム装置１Ａは、ＦＩＢカラム３の上に４つの変位駆動部６Ａを備える。４つの変位駆動部６Ａは、ＦＩＢカラム３の上部に設けたカラム吊り下げ装置の中に組み込まれている。変位駆動部６Ａの上部には、第１の実施の形態と同様の昇降手段１８が設けられている。４つの変位駆動部６Ａは、レーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの直上に配置されている。
変位駆動部６Ａは、ＦＩＢカラム３および差動排気装置２の傾斜状態を変動させる手段である。この変形例１では、上記第１の実施の形態のように基板支持台４側に変位駆動部６を備えず、差動排気装置２側の対向面９Ａと被処理面８Ａとの平行をＦＩＢカラム３側に設けた４つの変位駆動部６Ａで調整する構成である。
（第１の実施の形態の変形例１の制御および動作）
（１）ヘッド部９の対向面９Ａと、被処理面８Ａと、のギャップの目標値ｈを設定する。
（２）レーザ変位計５Ａ，５Ｂ,５Ｃ，５Ｄで、被処理面８Ａとのギャップを測定する。それぞれの変位の測定値をｈＡ，ｈＢ，ｈＣ，ｈＤとする。
（３）ヘッド部９の被処理面８Ａに対するＸ軸方向の傾きｍｘを以下の式で示すように計算する。
ｍｘ＝(ｈＤ-ｈＢ)／２ｒ
（４）Ｘ方向に並ぶ、一対の変位駆動部６Ａの高さを、上記傾きｍｘを加味して算出した、それぞれ下記の値で変位させる。
ΔｈＦ＝-（Ｌ＋ｈｘ）ｍｘ
ΔｈＨ＝（Ｌ-ｈｘ）ｍｘ
（５）ヘッド部９の被処理面８Ａに対するｙ軸方向の傾きｍｙを計算する。
ｍｙ＝(ｈＡ-ｈＣ)／２ｒ
（６）Ｙ方向に並ぶ、一対の変位駆動部６Ａの高さを、それぞれ下記の値で変位させる。
ΔｈＡ＝（Ｌ-ｈｙ）ｍｙ
ΔｈＣ＝-（Ｌ＋ｈｙ）ｍｙ
（７）再度、レーザ変位計５Ａ，５Ｂ,５Ｃ，５Ｄで、被処理面８Ａとのギャップを測定する。それぞれのギャップの測定値をｈＡ，ｈＢ，ｈＣ，ｈＤとする。
（８）４つのレーザ変位計５Ａ，５Ｂ,５Ｃ，５Ｄでの４箇所におけるギャップの平均値ｈａｖを算出し、ｈＡ，ｈＢ，ｈＣ，ｈＤと、ｈａｖと、の差をそれぞれ算出する。
上記差のうち、どれか一つの箇所（測定位置）での差が大きい場合は、すなわち平均値ｈａｖから大きくはずれる箇所が一つ箇所でもある場合は、上記（３）の工程に戻る。
（９）上記（８）において、いずれの箇所における平均値ｈａｖからのはずれが小さい場合は、それぞれの変位駆動部６Ａを、ｈ－ｈａｖだけ変位させて制御が終了する。
この変形例１に係る集束イオンビーム装置１Ａの他の構成、効果は、上記第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置１と同様である。
なお、この変形例１では、４つのレーザ変位計５Ａ，５Ｂ,５Ｃ，５Ｄの直上にそれぞれ変位駆動部６Ａを備える構成としたが、３つのレーザ変位計の直上にそれぞれ変位駆動部６Ａを備える構成としてもよい。
このように、３つのレーザ変位計を備える場合は、以下のような制御を行えばよい。まず、ギャップの目標値ｈを設定する。次に、３つのレーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃで、被処理面８Ａとのギャップを測定する。それぞれの変位の測定値をｈＡ，ｈＢ，ｈＣとする。各変位駆動部を、それぞれｈ－ｈＡ，ｈ－ｈＢ，ｈ－ｈＣだけ変位させる。最後に、レーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃで、被処理面８Ａとのギャップを測定して確認する。
(第１の実施の形態の変形例２)
図６は、本発明の第１の実施の形態の変形例２に係る差動排気装置２Ａの下面図である。この差動排気装置２Ａは、ヘッド部９の外周に沿って等間隔に３つの光透過用開口部１４Ｅ，１４Ｆ，１４Ｇを備え、これら光透過用開口部１４Ｅ，１４Ｆ，１４Ｇに対応してレーザ変位計５Ｅ，５Ｆ，５Ｇを備える。
この変形例２に係る差動排気装置２Ａにおいても、３箇所のレーザ変位計５Ｅ，５Ｆ，５Ｇの３点での管理ギャップＧｍを測定することで対向面９Ａと被処理面８Ａとの平行を出すための変位駆動制御が可能である。本発明に係る差動排気装置および集束イオンビーム装置においては、ヘッド部９において、３箇所以上にギャップ測定部としてのレーザ変位計を備える構成であればよい。
(第１の実施の形態の変形例３)
図７および図８は、第１の実施の形態の変形例３に係る集束イオンビーム装置１Ｂを示している。図７は、図８のＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。図８は、変形例３に係る差動排気装置２Ｂの下面図である。この変形例３では、上記第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置１のように、レーザ変位計を後方にオフセットして配置せずに、ヘッド部９の外周部に設け、レーザ変位計の先端部の位置をヘッド部９の対向面９Ａと同レベルに設定している。この変形例３では、レーザ変位計５Ｈ，５Ｉ，５Ｊ，５Ｋを用いたが、他のギャップセンサをギャップ測定部として用いても勿論よい。
また。この変形例３では、ヘッド部９における最も外側の環状溝１０Ｄから被処理面８Ａに不活性ガスとしての窒素ガス(Ｎ２)を吹き付けてガスカーテンが生じるようにしている。このように、不活性ガスを使用することで、鏡筒１６内を不活性ガスでパージ可能とし、環境改善となる。また、不活性ガスの吹き付けにより、ヘッド部９を被処理面８Ａから離れる方向へ付勢してヘッド部９を浮上させる効果がある。このため、この変形例３では、差動排気による真空圧を相殺する効果がある。
（第１の実施の形態の変形例４）
図9は、第１の実施の形態の変形例４に係る集束イオンビーム装置１Ｃを示している。
本実施の形態では、ヘッド部９における最も外側の環状溝１０Ｄにおいて斜め外側へ向けて乾燥した窒素ガス（Ｎ２）を噴き出すように設定されている。環状溝１０Ｄは、外側へ傾くように形成されている。また、窒素ガス（Ｎ２）が速い速度で環状溝１０Ｄから噴射されるように、送出圧力が設定されている。
このため、環状溝１０Ｄから噴射された窒素ガス（Ｎ２）が高速で大気中に排気されることにより、処理用空間Ｓｐ側の気体を高速の窒素ガスの流れとともに排気することができる。このような作用によって、大気側からの空気が処理用空間Ｓｐ内へ流入することを防止でき、処理用空間Ｓｐ内の気体分子を排気することで処理用空間Ｓｐをさらに高真空にすることができる。
さらに、この変形例４では、乾燥した窒素ガスを噴射することで、処理用空間Ｓｐ内に水分が混入することを低減させることができる。また、被処理面８Ａに不活性ガスとしての窒素ガス(Ｎ２)を吹き付けてガスカーテンが生じるため、鏡筒１６内を不活性ガスでパージ可能とし、環境改善となる。また、不活性ガスの吹き付けにより、ヘッド部９を被処理面８Ａから離れる方向へ付勢してヘッド部９を浮上させる効果がある。このため、この変形例４においても、差動排気による真空圧を相殺する効果がある。
（第１の実施の形態の変形例５）
図１０は、第１の実施の形態の変形例５に係る集束イオンビーム装置の差動排気装置２Ｃを示す。図１０の一点鎖線示す部分は、被処理基板８である。この変形例５では、ヘッド部９の平面形状が正方形であり、その4辺のそれぞれの中央の側方にレーザ変位計５Ｌ，５Ｍ，５Ｎ，５Ｏが設けられている。
この変形例５では、被処理基板８がＸ－Ｙ方向に移動した際に、ヘッド部９が被処理基板８の縁に位置し、４つのレーザ変位計のうちのいずれか１つが縁から逸脱した状態であっても、残りの３つのレーザ変位計が被処理基板８に対向している限り、その３つのレーザ変位計の検出量に基づいて変位駆動制御が可能となる。したがって、被処理基板８の縁部に近い領域であっても処理を行うことが可能となる。
[第２の実施の形態]
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る集束イオンビーム装置１Ｅを模式的に示す説明図である。図１１おいては、レーザ変位計などを図示しないが、上記第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置１と同様にギャップ測定部としてのレーザ変位計などを備える。また、図１１においては、環状溝を排気系と吸気系の２つ環状溝１０Ａ，１０Ｄに簡略化している。
特に、本実施の形態では、鏡筒１６の先端部内に集束イオンビーム光学系１７の対物静電レンズ１７Ａと、マイクロチャネルプレート２１と、を備えている。マイクロチャネルプレート２１は、対物静電レンズ１７Ａよりもビーム下流側（鏡筒１６の先端に近い位置）に配置されている。マイクロチャネルプレート２１には、図１１に示すように、中央にイオンビーム通過口２１Ａが開けられおり、その周辺部は、被処理基板８から発生した２次荷電粒子Ｐを捕捉可能な検出部２１Ｂとしている。
なお、この集束イオンビーム装置１Ｅを用いて、被処理基板８の被処理面８Ａを観察する場合は、デポガスの供給を停止させた状態でイオンビームＩｂを照射する。そして、イオンビームＩｂが入射した被処理面８Ａから発生した２次荷電粒子Ｐが入射することにより検出部２１Ｂで電子が生じる。このように、生じた電子をアバランシェ電流により増幅して被処理面８Ａの表面の情報を得ることが可能となる。したがって、本実施の形態の集束エネルギービーム装置１Ｅによれば、被処理面８Ａの状態を高感度で検出することができる。
本実施の形態に係る集束イオンビーム装置１Ｅによれば、対物静電レンズ１７Ａのワーキングディスタンス（ＷＤ）を接近させることが可能となり、従来のように真空チャンバ内において、集束イオンビーム光学系から離れた位置にシンチレータを配置して検出する方法に比べて２次荷電粒子Ｐの捕捉効率を向上できる。このように対物静電レンズ１７Ａのワーキングディスタンスを短くすると鏡筒１６の先端部近傍にデポガスのノズルなどの構造物を別途配置しにくくなる。しかし、本実施の形態では、デポガスを供給する環状溝１０Ａも鏡筒１６の先端部に設けられている。このため、処理用空間Ｓｐへデポガスを充満させながらイオンビームＩｂを照射することができる。したがって、ワーキングディスタンスが短くなることに起因してデポガスの供給がしにくくなるという問題は発生しない。
本実施の形態によれば、結果的には、対物静電レンズ１７Ａのワーキングディスタンスを短くできるので、集束イオンビーム光学系１７の集束効率も向上し、微細なイオンビームＩｂを照射することも可能となる。また、本実施の形態では、イオンビームＩｂによる被処理面８Ａの状態の観察を行う被処理基板８の位置と、ＣＶＤ成膜を行うときの被処理基板８の位置は同じであるため、被処理基板８を移動させる必要がない。このため、被処理基板８の移動に伴って処理位置がずれるという問題を回避できる。
（第２の実施の形態の変形例１）
図１２に示すように、第２の実施の形態の変形例１に係る集束イオンビーム装置１Ｆでは、マイクロチャネルプレート２１を用いずに、対物静電レンズ１７Ａのビーム下流側においてイオンビームＩｂの側方に検出器２２を配置している。また、対物静電レンズ１７Ａのビーム上流側には、偏向器２３を配置している。この集束イオンビーム装置１Ｆでは、被処理基板８の被処理面８Ａを観察するときには、イオンビームＩｂを偏向器２３で検出器２２に近づく方向へ偏向させて、被処理基板８に対して斜めに入射させる。そして、被処理基板８にイオンビームＩｂが入射して発生した２次荷電粒子Ｐを検出器２２で捕捉することにより、被処理基板８の表面状態の観察が可能となる。検出器２２としては、シンチレータを用いることもできる。集束イオンビーム装置１Ｆの他の構成は、上記第１および第２の実施の形態の構成と略同様である。
（第３の実施の形態）
図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る集束イオンビーム装置１Ｇを示している。図１３に示すように、この集束イオンビーム装置１Ｇは、差動排気装置２Ｄのヘッド部９の対向面９Ａの外側に、この対向面９Ａの外周縁に沿って浮上パッド２４が周回して一体に設けられている。この浮上パッド２４は、不活性ガスとしての窒素ガス（Ｎ２）を供給する吐出ポンプに連結パイプ４０２５を介して接続されている。この浮上パッド２４は、扁平な環状のパイプ形状であり、下面に複数のスリット状または円形状の開口が形成され、この開口から不活性ガスを吐出するようになっている。また、浮上パッド２４の外周部の４箇所には、レーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが配置されている。本実施の形態に係る集束イオンビーム装置１Ｇの他の構成は、上記した第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置１と略同様である。
浮上パッド２４は、被処理面８Ａへ向けて不活性ガスを吹き付けてガスカーテンを形成する。このため、浮上パッド２４は、ヘッド部９を被処理面８Ａから離れる方向へ付勢する。このように、不活性ガスを使用することで、鏡筒１６内を不活性ガスでパージ可能とし、環境改善となる。また、不活性ガスの吹き付けにより、ヘッド部９を被処理面８Ａから離れる方向へ付勢してヘッド部９を浮上させる効果がある。このため、本実施の形態では、差動排気による真空圧を相殺する効果がある。
（第４の実施の形態）
図１４は、本発明の第４実施の形態に係る集束イオンビーム装置１Ｈを示している。集束イオンビーム装置１Ｈは、Ｘ－Ｙ精密ステージ２５を備える。Ｘ－Ｙ精密ステージ２５は、四隅の下部のそれぞれに、上下に伸縮する変位駆動部としての傾斜調整用支持脚２６が設けられている。これら傾斜調整用支持脚２６は、図示しないギャップ制御部に接続されている。
Ｘ－Ｙ精密ステージ２５の上には、Ｘ－Ｙ方向の移動する基板支持台４が設けられている。この基板支持台４の上には、フォトマスクなどの被処理基板８が載せられる。
図１４に示すように、Ｘ－Ｙ精密ステージ２５の上には、支持フレーム２０が架設されている。支持フレーム２０の中央には、ＦＩＢカラム３が吊り下げられている。ＦＩＢカラム３の下端には、差動排気装置２が一体に設けられている。なお、ＦＩＢカラム３と差動排気装置２の構成は、上述の第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置１の構成と略同様である。
ＦＩＢカラム３には真空ポンプ２７が接続され、真空ポンプ２７には真空ポンプ制御電源２８が接続されている。また、Ｘ－Ｙ精密ステージ２５には、ステージ制御電源２９が接続されている。
特に、本実施の形態では、Ｘ－Ｙ精密ステージ２５上の所定位置に配置された被処理基板８の四隅に形成されたアライメントマーク８Ｂに対応する上方位置に、それぞれ光学アライメント顕微鏡３０が設けられている。
従来の集束イオンビーム装置は、被処理基板および集束イオンビーム光学系を大きな真空チャンバ内に収容していた。そして、イオンビームが照射された被処理基板から放出される２次電子や２次イオンを、ＦＩＢカラムの外側に設置した電荷粒子検出器にて検出し、その強度の変化を見て被処理基板の表面形状を観察していた。同様に、真空中において、イオンビームの照射によりアライメントマークからの２次荷電粒子を取得してアライメントを行っていた。このため、真空チャンバ内にセットした被処理基板の四隅のアライメントマークをＦＩＢカラムの照射位置まで移動する必要があった。このような移動は、被処理基板の約４倍の面積をＸ－Ｙ精密ステージでカバーする必要があり、真空チャンバをさらに大きくするものであった。
上記の従来の集束イオンビーム装置に比べて、本実施の形態では、差動排気装置２を使用して局所真空空間を実現したことにより、処理している領域以外は大気圧のため、光学アライメント顕微鏡を容易に設置できる。図１１に示すように、本実施の形態では、被処理基板８の四隅のアライメントマーク８Ｂを用いてアライメントを行い、光学アライメント顕微鏡３０の位置と、ＦＩＢカラム３による処理位置と、の相対関係で座標を確定させることができる。このため、本実施の形態の集束イオンビーム装置１Ｈによれば、Ｘ－Ｙ精密ステージ２５によるアライメントのためのストロークが不要となる。加えて、集束イオンビーム装置１Ｈによれば、アライメントのための移動時間を短くできる。
（第５の実施の形態）
図１５は、本発明の第５の実施の形態に係る集束イオンビーム装置１Ｉを示している。本実施の形態の集束イオンビーム装置１Ｉは、上記第４の実施の形態の集束イオンビーム装置１Ｈと、略同様の構成を有する。上記第４の実施の形態と異なる構成は、ＦＩＢカラム３にオフセット距離を設定して光学顕微鏡３１を設置した構成である。なお、本実施の形態では、光学アライメント顕微鏡３０を備えていないが、付加しても勿論よい。
従来の集束イオンビーム装置においては、被処理基板および集束イオンビーム光学系を大きな真空チャンバ内に収容していた。そして、真空中でイオンビームが照射された被処理基板から放出される２次電子や２次イオンを、ＦＩＢカラムの外側に設置した電荷粒子検出器にて検出し、その強度の変化を見て被処理基板の表面形状をイオン像として観察していた。一般的には、このイオン像を使用して照射位置確認などを行っていたが、２次荷電粒子は被処理基板の表面形状（傾斜角度）に依存しているため、表面形状のみイオン像として検出される。そのため、表面形状に起伏が少ない場合はコントラストの低いイオン像となってしまって照射位置を確認しづらくなり、位置精度が低下することがあった。
図１５に示すように、本実施の形態に係る集束イオンビーム装置１Ｉでは、差動排気装置２により局所で高真空度とすることができるため、被処理基板８全体を真空中に配置する必要がない。このためＦＩＢカラム３の近傍に光学顕微鏡３１を設置することができる。したがって、イオンビームにより処理すべき被処理基板８の表面部分を直接高分解能の光学顕微鏡３１または図示しないレーザ顕微鏡などにより表面の起伏情報だけでなく、色などの情報も取得できる。このため、本実施の形態では、イオンビームにより処理すべき位置を容易に確認することができる。
このような光学顕微鏡３１にて確認した位置に対してイオンビーム照射位置の位置オフセットをあらかじめ確認しておけば、処理すべき位置の光学像で位置確認したままオフセットしてすぐにイオンビーム照射位置に被処理基板８をセットすることができる。このように、本実施の形態では、起伏の少ない被処理基板８の表面でも照射位置を特定でき、高精度にイオンビーム照射をすることが可能となる。
（第６の実施の形態）
図１６は、本発明の第６実施の形態に係る集束イオンビーム装置１Ｊを示している。集束イオンビーム装置１Ｊは、Ｘ－Ｙ精密ステージ２５と、Ｘ－Ｙ精密ステージ２５の四隅の下部のそれぞれに設けられた上下に伸縮する傾斜調整用支持脚２６と、基板支持台４と、支持フレーム２０と、この支持フレーム２０に吊り下げられた４つのＦＩＢカラム３と、ＦＩＢカラム３の下端に設けられた差動排気装置２と、備える。
それぞれのＦＩＢカラム３は真空ポンプ２７が接続され、真空ポンプ２７には真空ポンプ制御電源２８が接続されている。また、Ｘ－Ｙ精密ステージ２５には、ステージ制御電源２９が接続されている。
特に、本実施の形態では、４つのＦＩＢカラム３が被処理基板８を４つに分割した領域に対応するように配置されている。従来は、１枚の被処理基板８に対して１つのＦＩＢカラム３を使用した場合、基板面積の４倍のストロークが基板支持台４に必要であった。これに対して、本実施の形態では、４つのＦＩＢカラム３を設置したことにより、Ｘ－Ｙ精密ステージ２５を稼働して基板支持台４の可動ストロークを低減することができ、装置のフットプリントを小さく抑えることができる。また、本実施の形態では、同時に複数の箇所にイオンビームを照射することができるため、高速に基板を処理することもできる。
（第７の実施の形態）
図１７は、本発明の第７の実施の形態に係る集束イオンビーム装置１Ｋを示している。集束イオンビーム装置１Ｋは、基板ステージ３２を備える。基板ステージ３２は、四隅の下部のそれぞれに、上下に伸縮する傾斜調整用支持脚２６が設けられている。これら傾斜調整用支持脚２６は、図示しないギャップ制御部に接続されている。
基板ステージ３２の上には、基板支持台４が設けられている。この基板支持台４の上には、フォトマスクなどの被処理基板８が載せられる。
図１７に示すように、基板ステージ３２の上には、Ｘ－Ｙガントリステージ３３が架設されている。Ｘ－Ｙガントリステージ３３には、可動ブロック３４がＸ－Ｙ方向に移動可能に設けられている。可動ブロック３４には、ＦＩＢカラム３と光学アライメント顕微鏡３０とが固定されている。ＦＩＢカラム３の下端には、差動排気装置２が一体に設けられている。なお、ＦＩＢカラム３と差動排気装置２の構成は、上述の第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置１の構成と略同様である。
ＦＩＢカラム３には真空ポンプ２７が接続されている。また、可動ブロック３４は、ステージ制御電源３５が接続されている。
特に、本実施の形態では、Ｘ－Ｙガントリステージ３３に可動ブロック３４をＸ－Ｙ方向に移動可能に設けたことにより、被処理基板８の位置を固定した状態で、可動ブロック３４に設けたＦＩＢカラム３と光学アライメント顕微鏡３０を移動させることができる。このように被処理基板８の位置は固定できるため、装置のフットプリントを小さくできる。
以上本発明に係る各実施の形態の集束イオンビーム装置では、反りやうねりのある大型の被処理基板であっても確実に差動排気機能を保持できる差動排気装置、および良好な処理が行える集束イオンビーム装置を実現できる。
また、本発明によれば、ヘッド部９の処理用空間Ｓｐの高真空を確実に維持できるため、この処理用空間での処理作業の質を高めることができる。
さらに、本発明によれば、装置のコンパクト化が図れるため、設備コストならびに管理コストを削減できる。
また、本発明によれば、ヘッド部９の外周縁と被処理面８Ａとのギャップを均一化してヘッド部９の対向面９Ａと被処理基板８の被処理面８Ａとを平行に保つことができ、外周縁部で高真空が破れることを防止できる。このため、処理用空間Ｓｐにおいて良好な処理（観察や成膜など）を行える。
［その他の実施の形態］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
例えば、上記の実施の形態に係る集束エネルギービーム装置は、リペア装置としての集束イオンビーム装置に適用して説明したが、この他に、被処理基板への直接描画機能を有する電子線描画装置、被処理基板の表面状態の観察を可能にする走査電子顕微鏡などに適用可能である。
上記の実施の形態において、差動排気装置に形成する環状溝の数は、４本に限定されるものではなく、少なくとも排気と吹き出しを行う２本以上を備えればよい。
上記の実施の形態の説明では、変位駆動部として変位駆動部６、６Ａ、傾斜調整用支持脚２６を用いたが、これらに限定されるものではなく、傾斜およびギャップを調整可能な他の手段を適用しても勿論よい。
上記の実施の形態では、ギャップ測定部としてレーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを用いたが、これらに代えて圧力計を用いる構成としてもよい。この場合、これらの圧力計の圧力測定値に基づいて被処理面８Ａとヘッド部９の対向面９Ａとの間の傾きや距離を推定し、変位駆動部を制御することができる。
上記の実施の形態では、ギャップ測定部として、レーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを適用したが、この他に、接触式センサ、超音波センサ、静電容量式センサなども適用可能である。なお、上記実施の形態のような差動排気で求められるμｍオーダーの測定精度を考えると、上記のレーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが好ましい。また、上記の実施の形態では、４つのレーザ変位計５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを備える構成としたが、本発明は、ヘッド部９の周縁に沿って少なくとも３箇所以上のギャップ測定部を備える構成であればよい。
上記の実施の形態では、エネルギービームとしてイオンビームＩｂを出射するＦＩＢカラム３を適用して説明したが、局所的な真空空間を備え、レーザビームを照射して、配線の除去や形成を行うリペア装置などに本発明の差動排気装置を適用することも可能である。
Ｇｇ 実質ギャップ
Ｇｍ 管理ギャップ
Ｇoｓ オフセットギャップ
Ｉｂ イオンビーム
Ｐ ２次荷電粒子
Ｓｐ 処理用空間
１Ａ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１Ｊ，１Ｋ 集束イオンビーム装置（集束エネルギービーム装置）
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 差動排気装置
３ 集束イオンビームカラム（ＦＩＢカラム，集束エネルギービームカラム）
４ 基板支持台
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ レーザ変位計（ギャップ測定部）
６，６Ａ 変位駆動部
７ ギャップ制御部
８ 被処理基板
８Ａ 被処理面
８Ｂ アライメントマーク
９ ヘッド部
９Ａ 対向面
１０Ａ 環状溝（最も内側の環状溝）
１０Ｂ，１０Ｃ 環状溝
１０Ｄ 環状溝（最も外側の環状溝）
１１ 開口部
１２，１３ 連結パイプ
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ 光透過用開口部
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ 光透過板
１６ 鏡筒
１７ 集束イオンビーム光学系
１７Ａ 対物静電レンズ
１８ 昇降手段
１９ 支持部
２０ 支持フレーム
２１ マイクロチャネルプレート
２１Ａ イオンビーム通過口
２１Ｂ 検出部
２２ 検出器
２３ 偏向器
２４ 浮上パッド
２５ Ｘ－Ｙ精密ステージ
２６ 傾斜調整用支持脚（変位駆動部）
２７ 真空ポンプ
２８ 真空ポンプ制御電源
２９ ステージ制御電源
３０ 光学アライメント顕微鏡
３１ 光学顕微鏡
３２ 基板ステージ
３３ Ｘ－Ｙガントリステージ
３４ 可動ブロック
３５ ステージ制御電源
４０ 連結パイプ

Claims (19)

  1. 被処理基板の被処理面に対して、該被処理面の任意領域に対向するように相対移動可能なヘッド部を備え、
    前記ヘッド部における、前記被処理面と対向する対向面に、前記ヘッド部の中心を囲むように複数の環状溝が形成され、
    前記ヘッド部における、前記複数の環状溝のうち最も内側の前記環状溝の内側領域に、前記被処理面に対する処理を可能にする処理用空間を形成する開口部が設けられ、
    前記複数の環状溝のうち少なくとも１つ以上の前記環状溝に真空ポンプが連結され、
    前記被処理面に前記対向面を対向させた状態で、前記環状溝からの吸気作用により、前記処理用空間を高真空度にする、差動排気装置であって、
    前記ヘッド部または前記被処理基板を変位させて、前記被処理面と前記対向面との平行度および距離の調整が可能な変位駆動部と、
    前記ヘッド部の前記対向面の周縁に沿って少なくとも３箇所以上にそれぞれ配置された、前記対向面と前記被処理面と間の距離を検出可能なギャップ測定部と、
    前記ギャップ測定部が検出した、前記対向面と前記被処理面との距離情報に基づき、前記対向面と前記被処理面とが所定の距離を隔てて平行となるように前記変位駆動部を制御するギャップ制御部と、
    を備える差動排気装置。
  2. 前記ギャップ測定部は、前記被処理面との間の空間の圧力を検出し、
    前記ギャップ制御部は前記圧力の情報に基づいて前記変位駆動部を制御する、
    請求項１に記載の差動排気装置。
  3. 前記被処理基板はＸ－Ｙ方向に縦横の辺を有する長方形であり、
    前記ヘッド部は、前記被処理基板のＸ－Ｙ方向に沿って相対移動可能であり、
    前記ギャップ測定部は、前記ヘッド部における最も外側に形成された前記環状溝の外側の４箇所に備えられ、
    当該４箇所の前記ギャップ測定部の群は、前記対向面における前記開口部の中央を中心としてＸ方向の両側方に配置された対と、前記開口部の中央を中心としてＹ方向の両側方に配置された対と、の２対で構成される、
    請求項１または請求項２に記載の差動排気装置。
  4. 前記ギャップ測定部は、レーザ変位計で構成され、
    該レーザ変位計は、前記対向面よりも前記被処理面から離れる方向にオフセット配置され、前記被処理面との距離が前記レーザ変位計の高精度測定領域となるように設定されている、
    請求項１または請求項３に記載の差動排気装置。
  5. 前記被処理基板に形成されたアライメントマークを検出する光学顕微鏡を備える、
    請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の差動排気装置。
  6. 前記ヘッド部の近傍にオフセット距離を隔てて、前記被処理基板の被処理領域を観察するための観察用顕微鏡を備える、
    請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の差動排気装置。
  7. 前記複数の環状溝のうち最も外側の前記環状溝は、不活性ガスを供給する吐出ポンプに接続され、当該環状溝から被処理基板側へ向けて不活性ガスを吹き付けてガスカーテンを形成する、
    請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の差動排気装置。
  8. 前記ヘッド部の前記対向面の外側に、当該対向面の外周縁に沿って配置される浮上パッドが、前記ヘッド部と一体的に設けられ、
    前記浮上パッドは、不活性ガスを供給する吐出ポンプに接続され、当該浮上パッドは前記被処理面へ向けて不活性ガスを吹き付けてガスカーテンを形成して前記ヘッド部を前記被処理面から離れる方向へ付勢する、
    請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の差動排気装置。
  9. 被処理基板の被処理面に対して、該被処理面の任意領域に対向するように相対移動可能なヘッド部を備え、前記ヘッド部における、前記被処理面と対向する対向面に、前記ヘッド部の中心を囲むように複数の環状溝が形成され、前記ヘッド部における、前記複数の環状溝のうち最も内側の前記環状溝の内側領域に、前記被処理面に対する処理を可能にする処理用空間を形成する開口部が設けられ、前記複数の環状溝のうち少なくとも１つ以上の前記環状溝に真空ポンプが連結され、前記被処理面に前記対向面を対向させた状態で、前記環状溝からの吸気作用により、前記処理用空間を高真空度にする、差動排気装置と、
    前記ヘッド部における前記対向面と反対側に配置され、前記開口部に連結して前記処理用空間に連通可能な鏡筒を備え、前記鏡筒内に集束エネルギービーム系を内蔵して集束エネルギービームが前記開口部内を通るように出射する集束エネルギービームカラムと、
    を備える集束エネルギービーム装置であって、
    前記ヘッド部または前記被処理基板を変位させて、前記被処理面と前記対向面との平行度および距離の調整が可能な変位駆動部と、
    前記ヘッド部の前記対向面の周縁に沿って少なくとも３箇所以上にそれぞれ配置された、前記対向面と前記被処理面と間の距離を検出可能なギャップ測定部と、
    前記ギャップ測定部が検出した、前記対向面と前記被処理面との距離情報に基づき、前記対向面と前記被処理面とが所定の距離を隔てて平行となるように前記変位駆動部を制御するギャップ制御部と、
    を備えた集束エネルギービーム装置。
  10. 前記ギャップ測定部は、前記被処理面との間の空間の圧力を検出し、
    前記ギャップ制御部は前記圧力の情報に基づいて前記変位駆動部を制御する、
    請求項９に記載の集束エネルギービーム装置。
  11. 前記被処理基板はＸ－Ｙ方向に縦横の辺を有する長方形であり、
    前記ヘッド部は、前記被処理基板のＸ－Ｙ方向に沿って移動可能であり、
    前記ギャップ測定部は、前記ヘッド部における最も外側に形成された前記環状溝の外側の４箇所に備えられ、
    当該４箇所の前記ギャップ測定部の群は、前記対向面における前記開口部の中央を中心としてＸ方向の両側方に配置された対と、前記開口部の中央を中心としてＹ方向の両側方に配置された対と、の２対で構成される、
    請求項９または請求項１０に記載の集束エネルギービーム装置。
  12. 前記ギャップ測定部は、レーザ変位計で構成され、
    該レーザ変位計は、前記対向面よりも前記被処理面から離れる方向にオフセット配置され、前記被処理面との距離が前記レーザ変位計の高精度測定領域となるように設定されている、
    請求項９または請求項１１項に記載の集束エネルギービーム装置。
  13. 前記被処理基板に形成されたアライメントマークを検討する光学顕微鏡を備える、
    請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載の集束エネルギービーム装置。
  14. 前記ヘッド部の近傍にオフセット距離を隔てて、前記被処理基板の被処理領域を観察するための観察用顕微鏡を備える、
    請求項９から請求項１３のいずれか一項に記載の集束エネルギービーム装置。
  15. 前記複数の環状溝のうち最も外側の前記環状溝は、不活性ガスを供給する吐出ポンプに接続され、当該環状溝から被処理基板側へ向けて不活性ガスを吹き付けてガスカーテンを形成する、
    請求項９から請求項１４のいずれか一項に記載の集束エネルギービーム装置。
  16. 前記ヘッド部の前記対向面の外側に、当該対向面の外周縁に沿って配置される浮上パッドが、前記ヘッド部と一体的に設けられ、
    前記浮上パッドは、不活性ガスを供給する吐出ポンプに接続され、当該浮上パッドは前記被処理面へ向けて不活性ガスを吹き付けてガスカーテンを形成して前記ヘッド部を前記被処理面から離れる方向へ付勢する、
    請求項９から請求項１４のいずれか一項に記載の集束エネルギービーム装置。
  17. 前記鏡筒の先端部内に前記集束エネルギービームが通過するビーム通過口が形成されたマイクロチャネルプレートを配置し、前記マイクロチャネルプレートにおける前記ビーム通過口の周辺を、前記被処理基板から発生した２次荷電粒子を捕捉可能な検出部とした、
    請求項９から請求項１６のいずれか一項に記載の集束エネルギービーム装置。
  18. 先端部に前記差動排気装置を備えた前記集束エネルギービームカラムを複数備え、前記被処理基板の前記被処理面を複数に分割した領域に、それぞれの前記集束エネルギービームカラムが対向するように配置した、
    請求項９から請求項１７のいずれか一項に記載の集束エネルギービーム装置。
  19. 前記被処理基板の位置を固定し、先端部に前記差動排気装置を備えた前記集束エネルギービームカラムを、前記被処理基板に対してＸ－Ｙ方向に移動可能とした、
    請求項９から請求項１８のいずれか一項に記載の集束エネルギービーム装置。
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