JP4058002B2 - 材料加工システム - Google Patents

Description

本発明は、材料加工システムに関するものであり、特に、ＣＶＤ（化学蒸着法）等のガスからの材料蒸着（material deposition）または反応ガスの供給を伴う材料除去による、材料を加工する方法の使用に関するものである。特に、材料蒸着または材料除去を引き起こすガス反応は、被加工物の加工部分へと向けられるエネルギービームによって誘発される。このエネルギービームは、特に、電子ビーム、光子ビームまたはイオンビームを含んでいてもよい。

このような従来のシステムは、米国特許第５、０５５、６９６号により公知である。このシステムにおいては、加工される被加工物を収容している加工室へと、複数の反応ガスが選択的に供給される。反応ガスと被加工物との反応は、集束されたイオンビームまたは光子ビームによって誘発される。このように加工される被加工物には、集積回路または集積回路の製造に使用するフォトマスクが含まれる。

前記従来のシステムは、被加工物が加工される際の加工精度が十分でないことがわかっている。同様に、この従来のシステムで使用されるエネルギービームの種類とガス供給によれば、加工可能な最小の構造物の大きさをさらに縮小することができないことも明らかとなっている。

したがって、本発明の目的は、被加工物のより高精度な加工を可能にする材料加工システムを提供することである。

第１の態様において、本発明は、材料加工システムの反応箇所へと反応ガスを供給するためのガス供給部を少なくとも１つ備えたガス供給装置を起点としている。特に、前記反応ガスは、被加工物への材料蒸着または被加工物からの材料除去を反応箇所において誘発するため、前記反応箇所近傍においてエネルギービームによって活性化することが可能な、いわゆる「前駆ガス（precursor gas）」を含んでいる。この目的のため、前記反応ガスの供給を正確に制御する必要がある。換言すれば、反応ガス流のオン・オフの切り替えが可能でなければならない。この目的のため、前記ガス流を制御するためのバルブ本体が前記ガス流を開放する第１の位置と前記ガス流を実質的に遮断する第２の位置との間で往復運動することが可能である第１の内部断面を有するチューブを、前記ガス供給部は備えている。前記チューブには、前記チューブよりも小さい断面を有し、かつ前記反応ガスを前記反応箇所の近傍へと送る役割を果たす細いチューブまたは中空針が連結されている。

この態様において、本発明は、前記バルブ本体がガス流を遮断する位置にあるときには、前記中空針の出口側端部から前記チューブ内の前記バルブ本体へと延びる、つながった（coherent）ガス空間の容積が特に小さいことを特徴としている。この場合、この容積は、特に、Ｖ＜ｃ＊Ａ＊ｌの関係を満たす。ただし、Ａは前記中空針の出口側端部における内部断面の面積、ｌは前記中空針の出口側端部と、ガス流を遮断する位置にある前記バルブ本体との間の距離、ｃは５未満であることが好ましい定数である。

このように前記容積を選択することは、以下の考察に基づいている。前記反応ガスと前記被加工物との反応が所望程度まで達成されると、前記反応箇所へのさらなる反応ガスの供給を防止するため、前記バルブが閉じられる。しかしながら、閉鎖位置にある前記バルブ本体と、前記中空針の出口側端部との間の前記チューブと前記中空針の容積には、残存反応ガスが依然として存在する。このような残存ガスは、前記中空針の出口側端部からしばらくの間出続ける。このことは、さらなる前記反応ガスによる不要な蒸着や、前記反応ガスの前記被加工物とのさらなる反応を引き起こす原因となり得る。

前記バルブ本体と前記出口側端部との間の前記ガス空間のこの容積を極力小さくするため、前記バルブを前記被加工物に極めて近接させて配置することが既に提案されている。しかしながら、この場合、前記バルブを収容するため、前記反応箇所の近傍に空間を設けなければならない。この結果、前記被加工物表面と、エネルギービームを前記被加工物に向けるための光学システムとの間の距離が長くなってしまう。しかしながら、用途によっては、このような距離を低減することが、微細に集束されたエネルギービームを達成するために不可欠である。

本発明の発明者らは、前記ガスを比較的細い中空針を通して前記反応箇所の近傍へと送れば、前記光学システムと前記被加工物との間のこのような短い距離を実現できることを見出した。しかしながら、可動式のバルブ本体を有するバルブを、そのような細い中空針に配置することはできない。したがって、前記中空針は、前記可動式のバルブ本体が内部に配置された前記チューブに連結される。よって、前記中空針よりもかなり大きな断面を有する前記チューブは、前記反応箇所から離れた場所に配置することができる。この離れた位置であれば、前記中空針に比べて大きい前記バルブ本体の配置に必要な空間も利用可能である。

この考えによると、前記中空針の出口側端部と前記バルブ本体との間のガス容積を完全に無くすことは不可能である。しかしながら、本発明によれば、この容積を極力小さくすることができる。これは、上述の関係式を満たすことによって可能である。

この容積は、さらに小さくすることが好ましい。この場合、特にｃ＜３、好ましくはｃ＜１．５、より好ましくはｃ＜１．２、さらに好ましくはｃ＜１．１である。また、特に複数の異なるガス供給部を前記反応箇所の周辺に配置することが可能であり、各バルブ本体を駆動させることにより、各ガス供給部について、比較的迅速、かつ、時間的に正確なガス流の制御を実現することができる。

本発明の特に好ましい実施形態においては、定数ｃの値は、１．０に実質的に等しい。この値は、例えば、前記ガス流を遮断するため、前記中空針の出口側端部の反対側にある前記中空針の端面に前記バルブ本体を直接押し付ければ（urged against）達成できる。

前記中空針の内径は、好ましくは０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍ〜１．７ｍｍ、特に好ましくは０．７ｍｍ〜１．５ｍｍである。よって、前記中空針の外径は、好ましくは０．６ｍｍ〜２．５ｍｍ、より好ましくは０．８ｍｍ〜２．０ｍｍ、特に好ましくは１．０ｍｍ〜１．８ｍｍである。また前記中空針の好ましい長さは、３０ｍｍ〜７０ｍｍの範囲であり、４０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲であることが特に好ましい。

さらに、前記中空針は、前記中空針の全長にわたりその内部断面が、実質的に前記中空針の出口側開口部の内部断面と対応するように、すなわち、前記中空針が実質的に管状となるよう構成されることが好ましい。さらに好ましい実施形態においては、前記中空針は、その出口側開口部において、先細形状となっている。すなわち、前記出口側開口部の内部断面が、前記出口側開口部の先細部と入口側端部との間の部分の内部断面よりも小さく、また、先細りの程度は、容積および定数ｃについての上述の条件がそれぞれ満たされるように選択されている。不要なさらなる反応ガス流を防止するためには、ほんのわずかに先細りした形状の中空針か、あるいは先細りしていない中空針を使用することが有利である。このような中空針は、前記中空針全体の内部断面よりも小さい出口側開口部の内部断面に起因する背圧を防止する。

第２の態様においては、本発明は、チューブ内において移動可能であり、前記チューブからのガス流を開放する第１の位置と、前記チューブからのガス流を実質的に遮断する第２の位置との間を移動できるバルブ本体を含む少なくとも１つのガス供給部を備えたガス供給装置を起点としている。好ましい実施形態において、前記バルブ本体は、隅部が丸みを帯びた正方形の断面を有している。したがって、前記隅部が丸みを帯びたバルブ本体は、前記チューブの内面に沿って案内されるが、前記丸みを帯びた隅部の各対の間においては、前記バルブ本体の一部分と、前記チューブの内側の囲いとの距離が長くなっており、これにより、反応ガスが前記チューブの内部において前記バルブ本体の周りを流れ、前記バルブ本体が前記シールリングから離れた位置にあるときに反応ガスが前記中空針へと流入するようにするための４つの断面が提供される。さらに、前記反応ガスを生成するための固体または／および液体の出発物質を収容するための貯蔵部が設けられている。前記反応ガスは、前記液体または／および固体の出発物質の蒸発、揮発または昇華によって生成される。

この態様において、本発明は、前記出発物質の温度を調整するための温度調整装置が設けられていることを特徴としている。

前記貯蔵部のこの構成は、特にオンオフバルブと組み合わせた場合に有利である。オンオフバルブは、計量供給バルブ（dosing valve）とは対照的に、実質的に完全に閉鎖された位置と、実質的に完全に開放された位置のみを示す。よって、前記反応箇所へと向かう前記反応ガス流は、前記出発物質の温度を調整することによって調整可能である。なぜなら前記出発物質の蒸気圧は温度に依存するためである。

出発物質としては、室温より低い温度において、前記貯蔵部から前記バルブを通って前記試験片（specimen）の位置へと至るガス流を生成するために十分な蒸気圧を有するものを使用することが好ましい。そして前記温度調整装置は、前記出発物質の温度を、前記出発物質の蒸気圧が所望の値になる、室温よりも低い温度に設定するための冷却装置を備えていることが好ましい。このような出発物質の例としては、併用することによって二酸化ケイ素を被加工物上に蒸着させることができるペンタブチルシランまたはテトラブチルシランと過酸化水素との組み合わせ、プラチナ／炭素複合物が被加工物上に蒸着され得るシクロペンタジエニルトリメチルプラチナ（cyclopentadienyl trimethyl platinum）が挙げられる。

前記出発物質を有する前記貯蔵部を、前記ガス供給装置における他の構成部品の温度よりも低い温度に維持することにより、前記貯蔵部から発せられた反応ガスが、前記ガス供給装置の他の構成部品の壁に蒸着することが、ほぼ確実に防止される。

前記出発物質を冷却する代わりに、あるいは前記出発物質の冷却に加えて、前記中空針、前記バルブ本体、または前記バルブ本体を移動可能に支持している前記チューブ等の、前記ガス供給装置における他の構成部品を加熱することもまた好ましい。

前記貯蔵部内の前記出発物質の蒸気圧をより高い精度で調整して所望の値とするため、このガス圧力を測定するための圧力センサ、および前記圧力センサによって供給される測定圧力信号に応じて、前記貯蔵部内の前記出発物質の温度を変化させる前記温度調整装置を制御する制御器を設けることが好ましい。また、前記貯蔵部と、前記可動式バルブ本体を内部に有する前記チューブと、これらの間に設けられた接続ラインとを備えたガス空間に、前記圧力センサが連結されていることが好ましい。

本発明のさらに別の態様においては、２種類の異なる反応ガスを前記反応箇所へと供給する少なくとも２つのガス供給部を備えたガス供給装置が提供される。よって、前記少なくとも２つのガス供給部におけるそれぞれの貯蔵部に異なる出発物質が収容され、これらの出発物質は、それぞれの動作温度に固有のガス圧力を有している。

本発明のこの態様において、各ガス供給部の中空針のガス伝導率（gas conductance）は、それぞれ広く行き渡っている（prevailing）ガス圧力において、所望量のガスが前記中空針の出口側端部から発せられるように前記中空針を通るガス流を調整するため、前記各出発物質に合わせて設定されている。この場合、特に、異なるガス供給部は、中空針のガス伝導率がそれぞれ異なっていてもよい。特に、異なるガス供給部の中空針は、内部断面または／および長さが異なっていてもよい。

特に、室温等のある特定の温度において第１の出発物質の蒸気圧が第２の出発物質の蒸気圧よりも高い２種類の出発物質に関しては、前記第１の出発物質を送るための中空針のガス伝導率を、前記第２の出発物質を送るための中空針のガス伝導率よりも低くする。

特に、前記出発物質の温度を調整するために温度調整装置が設けられた前記実施形態と組み合わせれば、前記中空針のガス伝導率を適切に調整することにより前記ガス流の大まかな調整が実現でき、さらに前記出発物質の温度を調整することで前記ガス流の微調整が実現できる。

さらに別の態様においては、本発明は、加工室と、前記加工室内で被加工物を保持するための被加工物ホルダと、少なくとも１種の反応ガスを前記被加工物の加工部分へと供給するためのガス供給装置と、加工を行うべき前記被加工物の部分へとエネルギービームを向かわせ、この箇所で前記反応ガスと前記被加工物との反応を誘発するための装置とを備えた材料加工システムを起点としている。

本発明のこの態様においては、電子顕微鏡によって生成された電子ビームがエネルギービームとして使用されている。前記電子顕微鏡によれば、前記被加工物の電子顕微鏡画像を得ることもできる。このことは、主として、前記反応ガスの供給が行われない操作モードにおいて行われる。

よって、前記電子顕微鏡は、前記被加工物の電子顕微鏡画像を得るために用いられると共に、一方では前記被加工物のこのような部分において、供給された反応ガスと前記被加工物との制御された反応を誘発するためにも使用される。よって、前記電子顕微鏡は、２種類の仕事を行うために使用される。両タスクに関し、前記電子ビームによって達成される、前記電子ビームの高い集束能力が利用される。この結果、前記被加工物の高解像度での加工のみならず、高解像度での撮像までもが達成される。

さらに、前記反応ガスが供給されている間、前記電子顕微鏡の第２の電子検出器の信号を利用して材料の加工を監視することも可能である。これは、前記反応が起こっている間、前記被加工物への材料蒸着の増加または前記被加工物からの材料除去の増加に伴い、二次電子の強度が変化することがあるからである。

特に、ガスを供給し、前記被加工物の選択箇所に前記電子ビームを向けることによってまず前記被加工物の加工工程を行い、それから、前記ガス供給部がオフ状態にあるときに前記被加工物の電子顕微鏡画像を撮像し、この画像を前記被加工物の参照用画像と比較することが可能である。前記被加工物の画像が前記参照用画像と異なっている前記被加工物の箇所を特定し、これらの箇所を、反応ガスを供給するさらなる工程においてさらに加工することができる。

撮像および前記ガス反応の活性化に電子顕微鏡を使用することは、前記被加工物がリソグラフィープロセスに使用するマスクである場合に特に有利である。なぜなら、このようなプロセスにおいては、極めて高い解像度での材料加工操作をマスクに対して行わなければならないからである。この組み合わせは、前記マスクが位相シフトマスク（位相マスク、ＰＳＭ）である場合に特に有利である。前記ガス反応を開始させるために従来使用されていて前記マスクへのイオン打ち込みを引き起こすイオンビームとは対照的に、電子ビームは前記マスク材料に打ち込み、またはこれに類する変化を起こすものではない。このような打ち込みは、位相シフトマスクにおいては避けるべきものである。なぜなら、前記マスクに対する光照射を行う後続のリソグラフィープロセスにおいて、打ち込まれた材料自体が、放射物に対して位相シフト効果を及ぼすからである。

さらに別の態様においては、本発明は、加工室と、被加工物を保持するための被加工物ホルダと、電子顕微鏡と、少なくとも１種の反応ガスを供給するためのガス供給装置とを備えた材料加工システムを起点としている。この実施形態においては、前記電子顕微鏡は、電子ビームを生成するための電子源と、前記電子光学部品の対物面に前記電子ビームを集束させるための少なくとも１つの集束レンズと、前記対物面周辺部で発生した二次電子を検出するための少なくとも１つの第１の電子検出器とを備えている。

この態様において、前記被加工物ホルダは、被加工物の表面が実質的に前記電子顕微鏡の対物面内に配置されるように、前記被加工物が前記電子顕微鏡を基準として位置決めされるように構成されている。さらに、前記ガス供給装置は、前記ガス供給装置から供給される反応ガスが、電子ビーム周辺の領域において前記対物面の近傍から発せられるように、前記被加工物ホルダを基準として位置決めされている。

本発明のこの態様において、前記電子顕微鏡は、前記電子ビームを通過させる開口をそれぞれ有する少なくとも２つの圧力ダイアフラム（diaphragms）を備え、前記圧力ダイアフラムは、３つの真空セクションを互いに部分的に分離させている。このうちの一つは、前記被加工物が配置された前記加工室の真空セクションであり、別の真空セクションは前記電子顕微鏡内部の真空セクションであり、特に前記電子源が配置された真空セクションである。さらに、前記電子源を備えた真空セクションと前記加工室の真空セクションの間に位置する中間真空セクションである。この結果、前記加工室の真空セクションにおいて、前記電子源を備えた真空セクションのガス圧力よりも高いガス圧力を維持することが可能である。前記電子源はその動作のために特に高い真空度を必要とし、一方、前記加工室へは反応ガスが供給されるので、後者におけるガス圧力がより高くなる。また、より優れた真空度を前記電子源に提供するため、前記電子源を備えた真空セクション内に、圧力ダイアフラムによって分離されたさらなる真空セクションを設けることも可能である。

この態様において、電子顕微鏡画像を取り込むための前記第１の電子検出器は、前記真空セクションに配置されることが好ましい。これにより、前記第１の電子検出器が、多くの場合、前記加工室に供給される強い反応ガスによって損傷することが防止される。

さらに、前記対物面に接近して配置された前記電子顕微鏡の集束レンズは、前記第１の電子検出器と前記対物面との間に配置されることが好ましい。これにより、前記第１の電子検出器を、前記対物面に接近している前記集束レンズと前記対物面との間の空間に配置する必要がなくなるため、前記対物面に接近している前記集束レンズと前記対物面との距離を極めて短くすることが可能になる。作動距離をこのように短くすることにより、前記電子ビームが前記対物面に極めて微細に集束できるようになる。

前記中間真空セクションを真空状態にするため、前記圧力ダイアフラム近傍の領域にさらに別の真空ポンプを設けることが好ましい。別個に設けたこの真空ポンプは、ターボ分子ポンプであることが好ましい。

前記被加工物と前記電子顕微鏡との間において、前記加工室の真空セクション全体（possible vacuum section）から、限られたサブセクションを分離することが有利である。この場合、前記少なくとも１種の反応ガスが、このように形成されたサブセクションへと直接供給される。このサブセクションにおいては、供給された前記反応ガスは、前記加工室の残りのセクションと比べて高圧力に保持され、よって、妨げられずに前記加工室の容積全体へと流入することはない。これにより、前記反応ガスの経済的な使用、さらに前記サブセクション内における前記反応ガスの所望分圧への迅速な調整が可能となる。

このようなサブセクションを形成するため、前記対物面に接近して配置された前記電子顕微鏡の部品は、前記電子ビームを環状に包囲し、かつ前記対物面へと向けられた実質的に平坦な端面を備えることが好ましい。

この端面は、前記対物面から１００μｍ未満、好ましくは５０μｍ未満の距離だけ離間していることが好ましい。これにより、前記端面と前記被加工物とを接触させることなく、前記サブセクションを前記加工室の残りの領域から十分に分離させることができる。この結果、前記サブセクション内において、前記少なくとも１種の反応ガスの圧力を増加させることができる。

あるいは、前記対物面に接近して配置された前記電子顕微鏡の部品を、前記被加工物に接するシーリングとして設けることも可能である。

本発明の好ましい実施形態においては、前記圧力ダイアフラム自体が、前記対物面に接近して配置された前記電子顕微鏡の集束レンズと前記対物面との間に配置される。この実施形態においては、前記対物面から発せられた二次電子は、前記サブセクションにおいて広く行き渡る劣悪な真空状態の下で比較的短い距離を移動してから、真空度が相当に高い前記中間真空セクションへ入射し、次に前記電子源を含む真空セクションへと入射して、ここで前記検出器によって記録される。

さらに、前記加工室内に第２の電子検出器を設けることもできる。特に、前記中間真空セクションに配置した前記第１の電子検出器が満足な信号を送り出すことができないほど前記加工室内の真空状態が劣悪である場合には、前記第２の電子検出器の検出信号が検出される。

前記材料加工システムは、前記システムを第１の操作モードから第２の操作モードへと切り替える制御器を備えていることが好ましい。前記第１の操作モードにおいては、前記加工室内のガス圧力は、前記第２の操作モードと比べてかなり低い。前記第１の操作モードにおいては、反応ガスの供給が行われないことが好ましく、また、この操作モードにおいては、前記被加工物の前記電子顕微鏡画像が形成されることが好ましい。前記第２の操作モードにおいては、前記被加工物の材料加工を行うため、反応ガスを前記被加工物へと供給することが好ましい。

前記加工空間は、別個の真空ポンプ、特にターボ分子ポンプによって真空状態とされることが好ましい。前記ポンプは、前記第２の操作モードにおいては動作しないことが好ましい。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の材料加工システム１の一実施形態を概略的に示している。このシステムは、被加工物３の加工に、具体的には位相マスクの加工に使用される。このフォトマスクは、フォトリソグラフィープロセスに使用するマスクであり、半導体基板（ウェハー）をコーティングしている放射感受性層（レジスト）へ写真のように正確に（photographically）転写される構造物を有している。構造物をマスクから半導体基板へと転写するために使用する光の波長の関係により、構造物の限界寸法は比較的小さいものとなっている。したがって、マスク上の構造物は、交互に透過性および吸光性の構造物として具体化されるだけでなく、撮像プロセスに使用する光に対して規定の位相シフト効果をもたらすべきである。よって、マスク３の構造物は、位置依存性の材料密度に関する所定の制限を、比較的厳密に満たしていなければならない。

材料加工システム１は、選択した箇所への材料蒸着または選択した箇所からの材料除去によって、このような構造物を製造することを可能にする。

材料蒸着は、ここでは、加工箇所として選択された箇所の近傍に反応ガス（前駆物質）を供給することによって引き起こされる。同時に、一次電子の電子ビームが選択された箇所へと向けられる。一次電子、または一次電子により被加工物から放出された後方散乱（backscattering）すなわち二次電子は、反応ガスを活性化し、これにより反応ガスの成分が選択された箇所またはその近傍に蒸着される。この結果、所望の材料蒸着が、選択された箇所の領域内で起こる。

材料除去もまた、同様の方法で引き起こされる。しかしながら、一次電子または一次電子によって生成された後方散乱すなわち二次電子によって活性化される、異なる反応ガスが供給され、反応ガスが選択された箇所またはその近傍において被加工物の材料と反応し、この材料の成分をガス状または蒸気状の化合物へと変換し、この化合物が被加工物から離脱する。このようにして、所望の材料除去が、選択された箇所の領域内で起こる。

この目的のため、被加工物３は、被加工物ホルダ５に固定されている。被加工物ホルダ５および被加工物３は、ターボ分子ポンプ９および図１に示されていない別の一次真空ポンプ（pre-vacuum pump）によって真空状態としてもよい加工室７内に配置されている。

加工室に対する被加工物ホルダ５の空間位置は、図１に示されていないアクチュエータにより、ｘ、ｙ、ｚの３つの空間方向に変更することができる。また、加工室７に対する被加工物ホルダ５の位置を検出するため、複数のレーザ干渉計１１が設けられている。

電子顕微鏡１５の光軸１７がｚ方向に延び、かつ電子顕微鏡１５の対物面１９が加工室７内に位置するように、電子顕微鏡１５が加工室７の真空包囲空間１３内に装着されている。被加工物ホルダ５は、被加工物３の表面２１が電子顕微鏡１５の対物面１９内に実質的に配置されるように、加工室７内に配置されている。

電子顕微鏡１５は、電子放出電子源２３と、放出された電子から電子ビームを形成する集光器の役割を果たす磁気コイル２５とを備えている。電子ビームは、軸１７に沿って下方へ向けられる。電子顕微鏡１５の対物レンズ２７は、上部磁極片２９と下部磁極片３１とを有し、これらの間にコイル３２が設けられている。これらの磁極片は、軸１７に向かう磁極片ギャップを規定する。対物レンズ２７は、電子ビームを対物面１９に集束させる。

さらに、電子ビームを電子顕微鏡１５の光軸１７からｘおよびｙ方向へと偏向させるため、偏向コイル３５が設けられている。制御器３７は、偏向コイル３５を通過する電流を制御し、これによりｘおよびｙ方向への電子ビームの偏光を制御する。

第２の電子検出器３９は、加工室７において、対物レンズ２７と対物面１９との間に配置されている。第２の電子検出器３９の検出信号は、制御器３７によって読み出される。対物面１９内で軸１７周辺に配置されている部分における被加工物３の電子顕微鏡画像を得るため、電子ビームが体系的にその部分を走査するように、制御器３７は偏向コイル３５を制御する。偏向に応じて第２の電子検出器３９によって記録された強度は、制御器３７によってさらなる加工のために保存されるか、あるいはデイスプレイに表示される。

上述したものと同様に制御器３７によって読み出される別の第１の電子検出器４１が、電子顕微鏡１５内に、軸１７と同心円状に設けられている。この第１の電子検出器４１は、ビーム管４３内に配置されている。ビーム管は、軸１７を中心として対称となるように配置され、かつ下方に向かい円錐形に先細形状になっている。ビーム管４３の終端は、下部磁極片３１の端部の高さにおいて対物面１９の方向に延びるつば（collar）４５の部分である。つば４５は、軸から離れる方向に放射状に延びている。つば４５と対物面１９との間に、アパーチャ電極４７が設けられている。アパーチャ電極の開口は、直径が５ｍｍである。制御器３７によって制御可能な、図１に示されていない複数の電圧源が、調整可能な電位をビーム管４３とアパーチャ電極４７とに印加するために設けられている。１０^-3mbar未満の比較的良好な真空条件が加工室７内において広く行き渡るシステム１の一操作モードにおいて、ビーム管４３の電位は８ｋＶであり、アパーチャ電極４７は大地電位である。よって、つば４５とアパーチャ電極４７との間に電界が生じる。この電界は、一方では電子ビームの一次電子を減速させて集束し、他方では被加工物３から発せられて軸１７を取り囲む立体角領域内を移動する二次電子を加速させ、これにより、増加した運動エネルギーで二次電子を軸１７に沿って上方に移動させ、二次電子を記録する第１の電子検出器４１に衝突させる。

この操作モードにおいては、第１の電子検出器４１を被加工物３の電子顕微鏡画像を得るために使用し、もう一方の第２の電子検出器３９を動作させないようにすることが有利である。なぜなら、第２の電子検出器３９の動作に必要な静電加速度場が、被加工物３への一次電子の集束を妨げないからである。

さらに、第２の電子検出器３９を、加工室７内において、第２の電子検出器３９の動作にとって最適な位置ではないにしても、アパーチャ電極４７と対物面１９との間の距離を比較的小さくできるような位置に配置することが可能である。これにより、電子ビームを対物面１９内に極めて微細に集束させることが可能になり、よって電子顕微鏡１５は極めて高い位置分解能（position resolution）を達成できる。

第１および第２の電子検出器４１および３９に加え、エネルギー分解光子検出器５１が加工室に配置されている。エネルギー分解光子検出器５１は、軸１７の領域において被加工物３から発せられるＸ線を、エネルギーを分解して（energy-resolved manner）記録する。一次電子により被加工物３内に誘発されたＸ線のエネルギースペクトルを評価することにより、現時点で電子ビームが集束されている箇所における被加工物３の材料組成に関する情報を得ることが可能である。

電子顕微鏡１５に加え、ガス供給装置５３が、加工室７の真空包囲空間１３にフランジによって取り付けられている（flanged）。このガス供給装置５３は、反応ガスを加工室内に注入して被加工物３に供給するための中空針５７をそれぞれ有する複数のガス供給部５５を備えている。この目的のため、中空針５７の出口側端部５９は、対物面１９より約０．５ｍｍ上方で、かつ軸１７から１〜２ｍｍ離れた場所に配置されている。

ガス供給装置５３は、図２〜４に詳細に図示されている。ガス供給装置５３は、軸５８を中心として対称的に配置された４つのガス供給部５５を備えている。これらガス供給部５５のうちの２つが図２に示されている。

中空針５７は、内径が０．７ｍｍ〜１．５ｍｍであり、これに対応する外形が１．０ｍｍ〜１．８ｍｍである。電子顕微鏡１５の軸１７近傍に位置する出口側端部５９の反対側にあり、円形チューブ６５の端部壁６３に収容されている入口側端部６１を、中空針５７は備えている。チューブ６５は、内径が４ｍｍである。チューブ６５の内部には、環状のシールリング７１が設けられている。環状シールリング７１は、チューブ６５の内壁６９およびチューブの端部壁６３の内面７３の両方に接触している。

シールリング７１は、チューブ６５の内部から中空針５７へと至るガス流を選択的に遮断および開放するバルブ７２の一部を形成している。バルブ７２がガスを遮断する位置にあるとき、バルブ本体７５の端面がシールリング７１に押し付けられている。シールリング７１とバルブ本体７５の端面との接触面は、図４において破線７５で示されている。

バルブ７２がガス流を開放する位置にあるときには、バルブ本体７５は、図３において破線で示すように、シールリング７１から離間した位置にある。

図４より、バルブ本体７５は隅部が丸みを帯びた正方形の断面を有し、その丸みを帯びた隅部により、バルブ本体がチューブ６５の内面６９に沿って案内されることが明らかである。しかしながら、対になる丸みを帯びた隅部どうしの間において、バルブ本体７５の一部分が、チューブ６５の内面６９からさらに離間している。この結果、４つの流路断面７９が形成され、反応ガスがここを通過してチューブ６５内部のバルブ本体７５の周りを流れ、バルブ本体７５がシールリング７１から離れた位置にあるときに中空針５７へと流入することができる。

バルブ７２は、チューブ６５と同軸のロッド８１によって駆動される。バルブ本体７５は、ロッド８１の一方の端部に固定されている。ロッドの他方の端部には、空気圧シリンダ８５内において移動可能に支持されているピストン８３が固定されている。

空気圧シリンダ８５は、圧縮空気連結部８７を２つ備えている。圧縮空気連結部８７に圧縮空気を選択的に供給し、バルブ本体７５をシーリング７１に押し付けて中空針へのガス流を遮断するか、あるいはシーリング７１からバルブ本体７５を離して中空針へのガス流を開放することができる。チューブ６５にＴ継手を経由して挿入されている連結部８９を介し、反応ガスはチューブ６５内部に供給される。

加工室７の真空包囲空間１３に連結されているフランジ９１は、４つのガス供給部55のチューブ６５を包囲している。フランジ９１には、蛇腹（bellow）９３の一方の端部が真空気密状態（vacuum-tight manner）で連結されている。蛇腹の他方の端部は、フランジ９５に真空気密状態で連結されており、このフランジ９５を通してチューブ６５が真空気密状態でそれぞれ別々に延びている。チューブ６５もまた、フランジ９５に機械的に固定されて連結されている。複数のねじ切りロッド９７が、フランジ９１、９５間において、蛇腹９３と平行に延びている。フランジ９１、９５は、ナット９９によってねじ切りロッド９７に連結されている。ナット９９を回転させることにより、フランジ９１，９５間の距離を変更することが可能であり、これによりガス供給装置５３が加工室７の真空包囲空間１３に固定された際の、対物面１９および電子顕微鏡１５の軸１７に対する中空針５７の出口側端部９５の位置を調整できる。

ねじ切りロッド９７はさらに、バルブ７２を駆動するための圧縮空気シリンダ８５が適切な位置に固定されているプレート１０１を支持している。中空針５７から離れた側の端部において、各チューブ６５は蛇腹１０３となり、蛇腹１０３は、プレート１０５によって真空気密状態に閉鎖されている。バルブ本体７５を移動させるためのロッド８１は、プレート１０５に固定されている。そのプレート１０５は、ロッド１０６により、圧縮空気シリンダ８５内のピストン８３に連結されている。よって、圧縮空気シリンダ８５を駆動することにより、蛇腹が膨張または圧縮され、その結果、バルブ本体７５はチューブ６５内を移動してバルブ７２が駆動される。

バルブ７２が、ある特定の時点において、開放状態からガス流を遮断する状態へと切り替えられた場合、この時点で、中空針５７の出口側端部５９から反応ガスが実質的にこれ以上発せられないことが望ましい。しかしながら、バルブが完全に閉鎖されているときでも、バルブ本体７５と中空針５７の出口側端部５９との間の空間に、残存反応ガスが依然として存在する。この残存反応ガスは、中空針５７の出口側端部５９から依然として発せられ、被加工物３とさらに反応してしまう場合がある。

しかしながら、バルブ本体７５と出口側端部５９との間に形成されたガス空間の容積は比較的小さいことが保証されている。反応ガスは中空針５７によって被加工物３近傍の反応箇所へと供給されるため、この空間がいくらかの容積を有することが不可避である。中空針５７は、特定のガス伝導率を有していなければならず、このため、被加工物３への所望のガス流を許容する特定の最小断面を有していなければならない。しかしながら、中空針５７の断面を、バルブ７２の最小断面よりも小さくすることが可能である。これには、バルブ本体７５等の大容積の構成部品を、反応箇所の近傍に配置しなくてもよいという利点がある。

バルブ７２とその中空針５７への移行部とは、バルブ７２が閉鎖位置にあるときに、バルブ本体７５と中空針５７の出口側端部５９との間のガス空間が、中空針５７自体の容積よりも著しく大きくならないように設計されている。図３に示すように、このガス空間の容積は、中空針５７の容積と、チューブ６５の端部壁６３の内面７３およびバルブ本体７５の中空針側の端面によって軸方向の境界が定められた空間の容積とからなる。ガス空間は、径方向においては、シールリング７１によって境界が定められている。シールリング７１の小半径（small radius）は、約０．５ｍｍである。シールリング７１の内半径（inner radius）は、約１．０ｍｍである。よって、バルブ本体７５と端部壁７３との間の容積は、約１．５ｍｍ³の値を有する。中空針は、内径が１．０ｍｍ、長さが５０ｍｍで、その容積は約４０ｍｍ³である。合計すると、中空針５９の出口側端部と、バルブ７２が閉鎖位置にあるときのバルブ本体７５の端面との間の容積は、４１．５ｍｍ³である。図３に示す長さｌは、中空針の長さとシールリング７１の小直径（small diameter）の合計であり、よって約５１ｍｍである。

中空針５７の出口側端部５９における断面積と長さｌとの積の値でガス空間の容積を割った比率の値ｃ（ｃ＝Ｖ/（Ａ・ｌ））は、約１．０５となる。このことは、図３に示すバルブ７２と、その中空針５７への移行部の実施形態において、中空針５９の出口側端部と、ガス流を遮断する位置にあるバルブ本体７５との間におけるガス空間の容積は、中空針５７自体によって予め定まる容積の１．０５倍に過ぎないということを意味している。したがって、バルブの閉鎖後に、感知できる程度の量の反応ガスが中空針の出口側端部５９から依然として流出する時間が最小限に抑えられる。

反応ガスの生成について、図２を参照しながらさらに詳細に説明する。

チューブ６５の内部と通じている連結片８９は、反応ガスの出発物質１１３が収容されている貯蔵部１１１に、ホース１１０を介して連結されている。各ガス供給部５５に対し、別個の貯蔵部１１１が割り当てられている。貯蔵部１１１には、各出発物質１１３が収容されている。出発物質１１３は、固体または液体のいずれかの状態で貯蔵部１１１内に存在している。反応ガスは、出発物質の蒸発、揮発または昇華によって生成される。バルブ７２が閉鎖されているとき、貯蔵部１１１からバルブ７２へと延びる、つながったガス空間において、反応ガスの分圧が発生する。この分圧は、出発物質１１３の蒸気圧と実質的に等しい。バルブ７２が開放されると、反応ガスは流出を開始し、中空針５７の出口側端部５９から発せられる。このガス流は、中空針５７のガス伝導率によって実質的に制限される。なぜなら、中空針５７の断面は、チューブ６５の断面、連結片８９またはホース１１０の断面等、ガス供給装置における他の構成部品の断面と比べて実質的に小さいからである。

所望の動作条件において、直径ｄ[ｃｍ]および長さｌ［ｃｍ］のチューブのガス伝導率Ｌ［ｌ／秒］は、Ｌ＝１２ｄ³／ｌであると推定される。よって、中空針のガス伝導率は、約２・１０^-2 ｌ／秒である。出発物質１１３のガス圧力の値が０．１mbarである場合、中空針を通って加工室７へと至るガス流Ｑに関し、１０^-3mbar l／秒という値が導き出される。また、加工室７を真空状態にするターボ分子ポンプ９の有効吸引容量Ｓ_effの値が１００ ｌ／秒である場合、加工室７内の最終真空度または反応ガスの分圧は、Ｐ_end＝Ｑ／Ｓ_eff＝１０^-5mbarである。

しかしながら、中空針５７の出口側端部５９の直接的な環境（direct environment）下では、反応ガスの密度は、出口側端部から離れた加工室の他の部分における密度と比べて著しく高くなってしまう。したがって、出口側端部５９は、被加工物３の加工箇所からわずかな距離だけ離間するように配置される。これにより、被加工物３に向けられる電子ビームにより、反応ガスと被加工物との効果的な反応が誘発できるようになる。

この反応をできる限り正確に制御できるようにするためには、中空針５７から発せられる反応ガスの量を正確に調整することが必要である。

ガス流を調整するためにニードルバルブ等の計量供給バルブを使用する従来の解決方法は、ニードルバルブの計量供給挙動（dosing behavior）が時間と共に変化するため、十分に機能しないことがわかっている。この結果、被加工物に対して行われる材料加工の再現性が十分ではない。したがって、ここに示す実施形態では、バルブ７２として、計量供給バルブではなく、ガス流を実質的に遮断する位置からガス流を実質的に完全に開放する位置への切り替えが可能なオンオフバルブを使用している。これにより、バルブは多少のガス流を開放する中間的な位置を短時間通過するにもかかわらず、バルブは、正確にガス流を計量供給（dose）するようには設計されていない。

バルブ７２が完全に開放された位置にあるとき、中空針５７を通るガス流は、中空針のガス伝導率と出発物質１１３の蒸気圧とによって実質的に決定される。中空針５７の所与の幾何学的配置（geometry）において、そのガス伝導率もまた予め決定される。したがって、出発物質１１３のガス圧力を変更し、中空針５７を通るガス流を変化させなければならない。この目的のため、温度調整装置１１５は貯蔵部１１１に設けられている。この目的のため、液体循環路（liquid circuit）の複数のコイル１１７が、貯蔵部１１１に設けられている。液体循環路は、加熱／冷却装置１１９によって駆動される。加熱／冷却装置１１９は、液体循環路を通過する液体の温度を、制御器１２１によって予め定められた値となるように調整する。制御器１２１は、さらに貯蔵部１１１内のガス圧力を測定する圧力センサ１２３によって供給される信号を読み取る。このガス圧力は実質的に出発物質１１３の蒸気圧によって決定されるため、センサ１２３によって測定された圧力が出発物質１１３の所望の蒸気圧よりも低い場合、制御器１２１は加熱／冷却装置１１９を現在の温度よりも高い温度に設定して出発物質１１３の温度を上げる。反対に、センサによって測定された圧力が所望の蒸気圧よりも高い場合、制御器１２１は加熱／冷却装置１１９をより低い温度に設定する。

中空針５７のガス伝導率は、所望の蒸気圧を調整するため、出発物質１１３の温度が装置の動作温度または室温よりも低い値に設定されるように、使用される出発物質１１３に合わせて設定されている。また、加熱／冷却装置１１９により、出発物質１１３の温度を動作温度または室温よりも高い温度に設定することも可能である。しかしながら、この場合、加熱された貯蔵部１１１における出発物質１１３の表面から蒸発または昇華する反応ガスは、反応ガスと比べてより温度の低いガス供給部５５の壁に蒸着する可能性がある。特に、ガス伝導率を確定する中空針５７の内部における、このような反応ガスの蒸着は、ガス伝導率の低下の原因となり、よって、得られる結果の再現性が劣化する原因となる。しかしながら、上述のように、貯蔵部１１１内の出発物質１１３の温度がガス供給部５５の他の壁の温度よりも低ければ、ガス供給部５５の壁への反応ガスの蒸着は実質的に回避される。

図２に示すガス供給装置５３は、２種類の反応ガスを放出するように構成されている。これらのガスは、電子ビームによって互いに反応するように誘発され、これにより、電子ビームが向けられた被加工物３上の部分にプラチナ／炭素複合物が蒸着される。このため、図２において左側に示される貯蔵部１１１は、−４０℃の温度で固体である過酸化水素を含有している。この温度において、過酸化水素の蒸気圧は０．０５mbarである。過酸化水素は、図２に示される上側の中空針５７を通って加工箇所へと放出される。この中空針５７は、内径が０．８ｍｍであり、長さが５０ｍｍである。よってこの中空針のガス伝導率は、１．６・１０^-3 ｌ／秒である。よって、バルブ７２が開放されているとき、１秒当たり約５２層の過酸化水素の単分子層を被加工物上に蒸着できる量の過酸化水素が出口側端部５９より発せられる。

図２において右側に示される貯蔵部は、蒸気圧が０．０５mbarとなる２０℃の温度でシクロペンタジエニルトリメチルプラチナを含有している。このガスが反応箇所に至るまでに通る、図２に示される下側の中空針５７は、内径が１．４ｍｍであり、長さは前述と同様に５０ｍｍである。よってその伝導率は、１．６・１０^-3 ｌ／秒である。このような条件下で、１秒当たり約２７６層の単分子層が蒸着される量のガスシクロペンタジエニルトリメチルプラチナが中空針から流出する。

ガス供給装置５３から反応ガスが流出すると、電子源２３を動作させるには高すぎる蒸気圧が加工室内に発生する。したがって、鋼管４３（図１参照）の内部には圧力ダイアフラム１２１が設けられている。この圧力ダイアフラムは、電子ビームを通過させるため、内径が１ｍｍとなっている。圧力ダイアフラム１２１は、材料加工システム１の真空セクションを、圧力ダイアフラム１２１の下に配置された、加工室７を含む真空セクションと、圧力ダイアフラム１２１の上に配置された中間真空セクションとに分離している。圧力ダイアフラム１２１の上に配置された真空セクションは、別個に真空状態とされる真空サブセクション１２５および１２７へとさらに分離されている。中間真空セクション１２３は、別のターボ分子ポンプ１２９によって真空状態とされ、その境界は、圧力ダイアフラム１２１によって底部が、内径５００μｍの圧力ダイアフラム１３１によって頂部が定められている。

真空セクション１２５は、イオンゲッタポンプ１３３によって真空状態とされ、圧力ダイアフラム１３１の底部と、内径８０μｍのさらに別の圧力ダイアフラム１３５の頂部とによって、その境界が定められている。圧力ダイアフラム１３５の上に配置された真空セクション１２７は、さらに別のイオンゲッタポンプ１３７によって真空状態とされ、電子源２３を備えている。

圧力ダイアフラム１３１を完全に閉鎖するため、アクチュエータ１４１によって駆動されるクロージャ（closure）１３９が設けられている。アクチュエータ１４１は、制御器３７により、制御器３７によって読み出される圧力センサ１４３がサブセクション１２３において１０^-3mbar未満の圧力を記録した場合にのみ、クロージャ１３９を開放するように制御される。

磁極片２９および３１を鋼管４３に対して封止するため、シーリング１４５が設けられ、これにより、コイル３２を、対物レンズ２７に対して真空中に配置する必要がなくなっている。

電子源２３を備えた真空セクションから加工室７の真空セクションを分離し、電子源２３を備えた真空セクションをさらにサブセクション１２３、１２５、１２７に分離することにより、反応ガスが加工室７に供給されている間にも電子顕微鏡を動作させることが可能となる。よって、電子顕微鏡１５は、選択された箇所において反応ガスを被加工物３と反応させるため、微細に集束された電子ビームを提供することができる。

さらに、電子顕微鏡１５によって被加工物３の電子顕微鏡画像を取り込み、被加工物の加工の進行を監視することが可能である。電子顕微鏡画像は、反応ガスが加工箇所の近傍へと供給されていないときに取り込むことができる。この場合、特に良好な真空状態が加工室７において広く行き渡る。しかしながら、中空針５９から反応ガスが発せられていても、電子顕微鏡画像を取り込むことが可能である。しかしながら、この場合には、反応ガスと被加工物との不要な反応を誘発しないよう、電子顕微鏡画像は、強度の低い電子ビームを用いるか、または空間的解像度を低下させて形成される。

いくつかの加工条件においては、被加工物３における不要な局所的な静電気帯電を避けるため、加工室内に高ガス圧力を生じさせることが望ましい。そして、制御器３７は、材料加工システムを、加工室７を真空状態とするターボ分子ポンプ９を非作動状態とする操作モードへと切り替える。これにより、ターボ分子ポンプ９の図１に示されていない一次真空ポンプのみによって、加工室７は真空状態にされる。この場合、加工室内のガス圧力を、約１mbarにまで増加させることができる。

図１〜４を参照して説明した実施形態の変更例について以下に述べる。構成および機能が同一の構成部品に関しては、図１〜４で使用した参照符号と同一の符号を使用するが、区別のため、上記参照符号に文字を付与している。また、上述のあらゆる記述を、説明のために参照する。

図５に示す材料加工システム１ａもまた、被加工物３ａが被加工物ホルダ５ａ上に配置され、被加工物３ａの表面２１ａが電子顕微鏡１５ａの対物面内に配置されるように配置された加工室７ａを備えている。

さらに、電子顕微鏡１５ａの主軸１７ａ周辺における領域に配置された加工箇所近傍に複数の反応ガスを放出するため、ガス供給装置５３ａが設けられている。

下方に向かって先細形状になり、かつ被加工物３ａの方向に放射状に延びるつば４５ａの部分にその終端を有する鋼管４３ａを、電子顕微鏡１５ａもまた備えている。ここでも、つば４５ａと被加工物３ａとの間に、アパーチャ電極４７ａが設けられている。上述の実施形態とは対照的に、このアパーチャ電極４７ａは、真空セクションを分離するための圧力ダイアフラムとしても機能する。この目的のため、アパーチャ電極４７ａは、内径が２００μｍとされている。この小さな開口の直径により電子顕微鏡の画像領域は制限されるが、このような構成にはその他の利点がある。

アパーチャ電極４７ａは、被加工物３ａの表面と３００μｍの距離ｄ₁を隔てて平行に延びている。電子顕微鏡１５ａの主軸１７ａから離間して延び、かつ被加工物３ａの表面、つまり対物面１９ａに向けて配置された平坦面１４３を有する環状の突起１４１を、アパーチャ電極４７ａはさらに備えている。平坦面１４３と試験片表面または対物面１９ａとの間の距離ｄ₂は７５μｍである。よって、アパーチャ電極４７ａと被加工物との間に真空サブセクション１４３が形成され、ガス供給装置５３ａの中空針５７ａの終端はこの真空セクション１４３内にある。この目的のため、中空針５７ａは、アパーチャ電極４７ａを上方から貫通している。真空サブセクション１４３は、突起１４１により、加工室７ａの他の真空セクションから封止されている。しかしながら、図６の矢印１４７で示すように、平坦面１４３と被加工物３ａの表面との間のギャップｄ₂により、ある程度の漏れ率（leakage rate）が生じる。

真空サブセクション１４３を分離することにより、被加工物３ａを加工するための反応ガスの分圧を著しく高くすることができ、その結果、反応速度を速めることができる。サブセクション１４３は加工室７ａと比べて小さく、これにより反応ガスの経済的な使用も可能になる。

図７は、図５および６に示す実施形態の変更例を概略的に示している。ここでは、アパーチャ電極４７ｂは、対物面に向かって軸方向に突出している突起１４１ｂにおいて、「Ｖｉｔｏｎ」または被加工物と接触するのに適したその他のエラストマー材料で形成されたシールリング１５１を有している。シールリング１５１の材料は、被加工物３ｂが、アパーチャ電極４７ｂに対する被加工物の移動によって損傷することがないようにように選択される。

サブセクション１４３内へのガスの流入を可能にするため、被加工物ホルダが、そこに搭載された被加工物３ｂと共に、シールリング１５１と被加工物３ｂの表面２１ｂとの間に十分な距離を隔てて下降された状態で、サブセクション１４３は真空状態とされ得る。あるいは、アパーチャ電極４７ｂに、連結吸引片１７１を設けることも可能である。連結吸引片１７１は、アパーチャ電極４７から遠ざかるように対物面１９ｂの方向に延び、かつ切り替え可能なバルブ１７３によって閉じられている。切り替え可能なバルブ１７３は、開放位置にあるときにはサブセクション１４３を加工室の真空セクションに連結し、閉鎖位置にあるときにはこれら２つの真空セクションを分離する。

図８は、ガス供給装置のバルブの変更例を示している。図３に示すバルブとは対照的に、図８に示すバルブ７２ｃのバルブ本体７５ｃは、中空針５７ｃの入口側端部６１ｃを直接封止している。この目的のため、エラストマー材料からなるバルブ本体７５ｃは、バルブ７２ｃを駆動するためのロッド８１ｃに連結されたホルダ１６１に埋め込まれている。中空針５７ｃは、その入口側端部６１ｃにおいて、チューブ６５ｃの端部壁６３ｃを貫通してチューブ６５ｃの内部へと延びるように突出しており、中空針５７ｃの入口側端部６１ｃの端面がバルブ本体７５ｃと直接接触し、チューブ６５ｃの内部から中空針５７ｃへと至るガス流を遮断できるようになっている。

バルブ７２ｃのこの実施形態において、ｃ＝Ｖ/（Ａ・ｌ）の大きさは、１．０である。ただし、Ａは中空針５７ｃの内部断面、ｌはバルブ本体７５ｃと中空針５７ｃの出口側端部５９ｃとの間の距離、Ｖは出口側端部５９ｃとバルブ本体７５ｃとの間の容積である。

この実施形態においては、バルブの閉鎖後には存在すべきでない残存容積が最小限に抑えられ、バルブ７２ｃの閉鎖後における反応ガスと被加工物との反応も同様に最小限に抑えられる。

図９は、図２に示すガス供給装置の変更例を示している。この実施形態においては、中空針が装着されたチューブへのガスの供給が改変されている。

図９に示すガス供給装置５３ｃにおいては、供給される反応ガスは、連結片８９ｃを介してチューブ６５ｃへと送られる。チューブ６５ｃにおいて、ロッド８１ｃは、図９に示されていないバルブ本体を駆動するために保持されている。チューブ６５ｃは、フランジ９５ｃを貫通し、フランジ９５ｃに機械的に固定されている。

チューブ６５の一方の端部は、真空気密状態で蛇腹１０３ｃと連結されている。蛇腹は、中間チューブ片１８１を介して、真空気密状態で交差梁１８３に連結している。中間チューブ片１８１と交差梁１８３とは、例えば溶接によって連結してもよい。バルブ本体を駆動するためのロッド８１ｃもまた同様に、チューブ６５内において交差梁１８３と同軸になるように、溶接によって交差梁１８３に連結してもよい。交差梁１８３は、ピストンシリンダユニットのシリンダ８５ｃに固定されており、ピストンシリンダユニットのピストン８３ｃは、ロッド１０６ｃを介してフランジ９５ｃに連結されている。連結部８７ｃを介してピストンシリンダユニットへと圧縮空気を供給することにより、ピストン８３ｃをシリンダ８５ｃ内で移動させることができる。蛇腹１１３は圧縮可能であるため、これによって、ロッド８１ｃを同様にチューブ８３ｃ内において移動させることができる。

ガスを供給するための連結部８９ｃもまた同様に、交差梁１８３の中間チューブ片１８１から離れた側に真空気密状態で連結されている。ガスが連結片８９ｃを通過してチューブ８５ｃの内部へと到達できるように、開口部１８５は交差梁を貫通している。

図２を参照して述べた温度調整装置において、冷却用の液体または加熱用の液体が複数のコイルを通過し、それぞれ冷気（coldness）または熱を直接貯蔵部の内部に伝達する。しかしながら、貯蔵部内においてより低い温度を達成するため、例えばペルチェ素子を介在させることも可能である。

上述の材料加工システムは、以下のように適用できる。材料加工システムは、被加工物の加工、特に、フォトマスクの修復に使用される。そのプロセスは、好ましくは材料加工システムの構成部品を制御する制御コンピュータによって、完全に自動化されている。不具合のあるフォトマスクは、まず、従来の光学システム、または、例えばＡＩＭＳ装置のような、粒子線を使用する光学システムによって走査され、マスクの不具合の座標が特定される。これらの座標を表すデータは、制御コンピュータに入力され、制御コンピュータ内において、入力トランスレータによって材料加工システムに適したデータ形式へと変換される。加工対象であるフォトマスクは、手動、半自動、または自動のいずれかにより、材料加工システムの加工室へと導かれる。フォトマスクは、マスクの搬送に通常使用されるいわゆる「ＳＭＦボックス（SMF box）」等の容器に入れられ、コンピュータ制御のマスクローダによって加工システムの入口ステーションへと搬送されることが特に好ましい。次にフォトマスクは、入口ステーションへと導かれ、即座に材料加工システムの加工室へと搬送されるか、あるいはさらに加工するべく材料加工システムの出口ステーションへ配置されるため、容器から取り出される。フォトマスクが加工室に収容されているときに、フォトマスクの不具合の箇所を特定することができる。すなわち、フォトマスクを保持している被加工物ホルダを移動させることにより、不具合座標に基づいて、不具合箇所を電子ビームの領域に配置することができる。電子顕微鏡に対する被加工物の位置は、レーザ干渉計を用いて制御される。電子ビームは、現在加工すべき不具合箇所の高解像度の画像（highly resolved image）を得るために、被加工物の表面を走査する。さらに、エネルギー分散性Ｘ線検出システム（ＥＤＸシステム）を用い、材料の特性計測（characterization）を、特に元素分析を、フォトマスクの不具合箇所の表面において行うことができる。撮像および／またはＥＤＸ分析は、手動、半自動、または全自動のいずれかによって行うことができる。電子光学撮像および／またはＥＤＸ分析と、これらのデータを制御コンピュータ内の利用可能な参照用データと比較することとによって求められたデータに基づき、修復すべき不具合の大きさが制御コンピュータによって決定される。不具合寸法（defective dimension）の修復に要する工程は、不具合寸法を制御コンピュータに保存されている修復プロセスおよび修復パラメータに割り当てることにより、制御コンピュータによって決定される。不具合箇所の修復に要する工程、ならびに、修復プロセスのパラメータ、特に、供給するガス、ガス供給のタイミング、所定のエネルギー値を有する電子ビームのフォトマスクの不具合箇所への指示（pointing）の選択は、制御コンピュータによって自動的に行うことが好ましい。不具合を有するフォトマスクにおいて、電子ビームによって誘発された化学反応が終了した後、上述のように処理された不具合の箇所を、再度、電子光学的に走査し、撮像する。得られた画像を制御コンピュータによって参照用画像と比較し、これらの画像が互いに所定程度相違する場合にはさらなる修復工程を行うか、あるいはフォトマスクの修復を終了し、修復されたフォトマスクは、さらなる使用のために加工の最終製品として提供される。

上述のシステムおよび方法は、リソグラフィープロセスに使用するフォトマスクの加工および修復に使用することが好ましい。既に述べたように、フォトマスクは、位相シフトマスクであってもよい。

しかしながら、例えば、ガラス基板またはＳｉＯ₂基板上に蒸着されたクロムを含む部分によって構造物が形成された二相マスク（binary masks）を加工することもできる。これらのマスクは、いわゆる「近接補正（proximity corrections）」、すなわち、電子顕微鏡によって解像可能な極めて小さい構造物を備えることもできる。

しかしながら、微小機械的な部品等の他の被加工物もまた、システムによって加工することが可能である。

上述のガス供給部を、電子顕微鏡と組み合わせて使用するだけではなく、イオンビームまたは光子ビーム等の他のエネルギービームと組み合わせて使用することもできる。

さらに、出発物質用の貯蔵部を冷却するという上述の技術は、中空針を使用していないガス供給部、あるいはオンオフバルブを備えておらず、例えば、計量供給バルブを備えたガス供給部にも使用できる。

図１は、ガス供給装置を備えた材料加工システムの一実施形態を概略的に示す図である。 図２は、図１のガス供給装置を詳細に示す図である。 図３は、図２の詳細図である。 図４は、図３のIV−IV線に沿った断面を示している。 図５は、図１に示す材料加工システムの変更例を示している。 図６は、図５の詳細図である。 図７は、図６の変更例を示している。 図８は、図３に示すガス供給装置の一部の変更例を示している。 図９は、図２に示すガス供給装置の変更例を示している。

Claims (9)

1. 加工室（７）と、
   前記加工室（７）内で、被加工物（３、３ａ）を、前記被加工物（３、３ａ）の表面部分が対物面（１９、１９ａ）内に位置するように保持する被加工物ホルダ（５、５ａ）と、
   電子ビームを生成するための電子源（２３）と、前記電子ビームを前記対物面（１９、１９ａ）に集束させるための少なくとも１つの集束レンズ（２７、２７ａ）と、前記対物面（１９、１９ａ）の一部分から発せられる電子を検出するための少なくとも１つの電子検出器（４１、４１ａ）とを備えた電子顕微鏡（１５、１５ａ）と、
   集束された前記電子ビームによって誘発されて前記被加工物（３、３ａ）と反応し得る少なくとも１種の反応ガスを供給するためのガス供給装置（５３、５３ａ）とを備えた材料加工システムであって、
   前記電子顕微鏡（１５、１５ａ）が、前記電子ビームを通過させるための開口（４９）をそれぞれ有する少なくとも一対の圧力ダイアフラム（１２１、１３１、４７ａ）を備え、
   前記２つの圧力ダイアフラムのうちの第１の圧力ダイアフラム（１２１、４７ａ）は、前記加工室（７）の真空セクションを中間真空セクション（１２３）から分離させ、
   前記２つの圧力ダイアフラムのうちの第２の圧力ダイアフラム（１３１）は、前記中間真空セクション（１２３）を前記電子源（２３）を含む真空セクション（１２３、１２５、１２７）から分離させ、
   真空ポンプ装置が前記中間真空セクション（１２３、１２３ａ）への第１の連結部を備え、
   前記電子検出器（４１、４１ａ）が前記中間真空セクション（１２３、１２３ａ）内に配置され、
   前記対物面（１９、１９ａ）に接近して配置された前記電子顕微鏡の部品（４７ａ）が、前記電子ビームを環状に包囲し、かつ、前記対物面（１９、１９ａ）に向けて配置された実質的に平坦な端面（１４３）を有する環状の突起（１４１）を備え、前記端面（１４３）が、前記対物面（１９、１９ａ）から１００μｍ未満の距離（ｄ₂ ）だけ離間し、前記部品（４７ａ）と前記被加工物（３、３ａ）との間に真空サブセクションを形成するように構成され、
   前記ガス供給装置（５３、５３ａ）が、前記真空サブセクション内に終端を有する中空針（５７ａ）を備えていることを特徴とする材料加工システム。
2. 前記対物面（１９、１９ａ）に接近して配置された前記部品（４７ａ）が、アパーチャ電極（４７ａ）である請求項１に記載の材料加工システム。
3. 前記対物面（１９、１９ａ）に接近して配置された前記電子顕微鏡（１５、１５ａ）の集束レンズ（２７、２７ａ）が、前記電子検出器（４１、４１ａ）と前記対物面（１９、１９ａ）との間に配置されている請求項１または２に記載の材料加工システム。
4. 前記中間真空セクション（１２３）を真空状態にするため、さらに別のターボ分子ポンプ（１２９）が前記第１の連結部へと割り当てられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の材料加工システム。
5. 前記真空ポンプ装置は前記加工室（７、７ａ）の前記真空セクションへの第２の連結部を備えている請求項１〜４のいずれか１項に記載の材料加工システム。
6. 前記真空ポンプ装置を第１の操作モードと第２の操作モードとの間で切り替えるための制御器（３７）をさらに備え、
   前記第１の操作モードにおける場合は、前記第２の操作モードにおける場合よりも、前記第２の連結部を介して前記加工室（７）を高い真空度とすることができる請求項５に記載の材料加工システム。
7. さらに別のターボ分子ポンプ（９、９ａ）が前記第２の連結部に割り当てられ、前記ターボ分子ポンプ（９、９ａ）は前記第２の操作モードにおいては動作しない請求項６に記載の材料加工システム。
8. 前記第１の操作モードにおいては、前記加工室（７）内のガス圧力が約０．０５mbar未満であり、
   前記第２の操作モードにおいては、前記加工室（７）内のガス圧力が０．１mbarより高い請求項６または７に記載の材料加工システム。
9. 前記ガス供給装置が、
   第１の内部断面を有するチューブ（６５）と、前記チューブ（６５）内部で移動可能であり、かつ前記チューブ（６５）を通るガス流を可能にする第１の位置と前記チューブ（６５）を通るガス流を実質的に遮断する第２の位置との間で往復運動可能なバルブ本体（７５）とを備え、
   前記チューブ（６５）に連結された前記ガス流の入口側端部（６１）と前記ガス流の出口側端部（５９）とを備えた中空針（５７、５７ａ）が、その出口側端部（５９）の部分において、前記第１の内部断面よりも小さい第２の内部断面を有し、
   少なくとも前記中空針（５７、５７ａ）と、前記中空針（５７、５７ａ）の前記出口側端部（５９）における前記内部断面と、前記第２の位置にある前記バルブ本体（７５）とによって規定される、つながったガス空間の容積（Ｖ）が、以下の関係を満たす請求項１〜８のいずれか１項に記載の材料加工システム。
   Ｖ＜ｃ＊Ａ＊ｌ
   ただし、Ａは前記中空針（５７、５７ａ）の前記出口側端部（５９）における前記内部断面の面積であり、
   ｌは、前記中空針（５７、５７ａ）の前記出口側端部（５９）と、前記第２の位置にある前記バルブ本体（７５）との間の距離であり、
   ｃは、ｃ＜５を満たす定数である。

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