WO2022038904A1 - 集束イオンビーム装置 - Google Patents

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通伸 水村
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株式会社ブイ・テクノロジー
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    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31749—Focused ion beam

Definitions

  • the present invention relates to a focused ion beam device including a differential exhaust device.
  • the local vacuum device it is necessary for the local vacuum device to accurately match the height level of the upper surface of the retracting member with the height level of the upper surface of the sample. The reason is that when the height level of the upper surface of the standby member and the height level of the upper surface of the sample are different, the gap between the lower height level and the lower surface of the local vacuum device becomes large, and a predetermined value is obtained. This is because the vacuum state may not be maintained.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and it does not require a large vacuum chamber, enables processing using an ion beam in the vicinity of the peripheral edge of the substrate to be processed, and provides a processing region in the substrate to be processed. It is an object of the present invention to provide a focused ion beam device that can be enlarged.
  • the embodiment of the present invention includes a head portion facing an arbitrary region of the surface to be processed of the substrate to be processed, and faces the surface to be processed in the head portion.
  • An exhaust groove is formed on the facing surface so as to surround the center of the head portion, and an opening forming a processing space in the head portion inside the exhaust groove to enable processing on the surface to be processed.
  • a differential exhaust device that creates a high vacuum in the processing space by the action of intake air from the exhaust groove in a state where the facing surface is opposed to the surface to be processed, and the facing portion in the head portion.
  • a lens barrel that is arranged on the opposite side of the surface and can be connected to the opening to communicate with the processing space is provided, and a focused ion beam optical system is built in the lens barrel so that the ion beam passes through the opening.
  • a focused ion beam device including a focused ion beam column that emits light in such a manner, which is located outside the surface direction of the substrate to be processed and exposes a suction surface that surrounds the substrate to be processed so as to orbit.
  • a vacuum pad made of a porous material, a substrate support on which the substrate to be processed and the vacuum pad are placed, and A vacuum pump for vacuum suctioning the vacuum pad is provided, and when a part of the head portion moves outward in the surface direction from the peripheral edge portion of the substrate to be processed, the suction surface is between the head portion and the head portion. It is characterized in that the air in the space is sucked in to maintain the pressure in the processing space.
  • the vacuum pad is formed only in the region surrounding the substrate to be processed, and the upper surface of the vacuum pad and the surface facing the outer peripheral surface of the substrate to be processed constitute the suction surface. ..
  • the upper surface faces the facing surface of the head portion when a part of the head portion moves to the outside in the surface direction of the substrate to be processed.
  • the vacuum pad is formed in a rectangular plate shape having a larger contour than the substrate to be processed, is arranged on the upper surface of the substrate support, and the substrate to be processed and the substrate to be processed are placed on the vacuum pad. It is preferable to dispose a support pad that surrounds the outside of the substrate to be processed in the surface direction with a gap having a predetermined width dimension.
  • the support pad is made of a porous material.
  • the present invention it is possible to realize a focused ion beam device capable of processing in the vicinity of the peripheral edge of the substrate to be processed and increasing the processing area of the substrate to be processed.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a focused ion beam device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the focused ion beam device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a bottom view of the differential exhaust device in the focused ion beam device according to the first embodiment of the present invention as viewed from below.
  • FIG. 4 shows an example in which the upper surface of the vacuum pad is set to a height level lower than the upper surface of the substrate to be processed in the focused ion beam device according to the first embodiment of the present invention, and the differential exhaust device is processed. It is sectional drawing which shows the state which was arranged above the peripheral edge part of a substrate.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a focused ion beam device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the focused ion beam device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a focused ion beam device according to a second embodiment of the present invention, showing a state in which an optical alignment microscope is placed above an alignment mark near the peripheral edge of the substrate to be processed. ..
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a focused ion beam device according to a second embodiment of the present invention, showing a state in which the differential exhaust device is located above the vicinity of the central portion of the substrate to be processed.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a focused ion beam device according to a second embodiment of the present invention, showing a state in which the differential exhaust device is located above the peripheral edge of the substrate to be processed.
  • FIG. 8 is an enlarged explanatory view of the region A surrounded by the broken line in FIG. FIG.
  • FIG. 9 is an enlarged explanatory view of the region B surrounded by the broken line in FIG. 7.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a focused ion beam device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an enlarged explanatory view showing a case where there is no vacuum pad (comparative example) in the second embodiment.
  • the focused ion beam device according to the present embodiment can be used for modifying a photomask, a TFT substrate, or the like as a substrate to be processed.
  • the focused ion beam apparatus of the present invention can also be applied to a drawing apparatus that directly draws on a substrate to be processed, a scanning electron microscope that enables observation of the surface state of the substrate to be processed, and the like.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a focused ion beam device 1 according to a first embodiment.
  • the focused ion beam device 1 includes a differential exhaust device 2, a focused ion beam column (hereinafter, also referred to as a FIB column) 3, a substrate support 4, and a substrate support 4 that are moved in the XY directions. It is equipped with stage 5.
  • a differential exhaust device 2 a focused ion beam column (hereinafter, also referred to as a FIB column) 3, a substrate support 4, and a substrate support 4 that are moved in the XY directions. It is equipped with stage 5.
  • a FIB column focused ion beam column
  • a vacuum pump 6 is connected to the FIB column 3 so that the inside of the FIB column 3 is maintained at a predetermined low pressure.
  • a stage control power supply 7 is connected to the XY stage 5.
  • the board support base 4 includes a board support portion 4A and a peripheral support portion 4B.
  • the substrate support portion 4A is designed to support the substrate 8 to be processed in a state of being placed on the substrate support portion 4A.
  • the peripheral edge support portion 4B is formed so as to surround the substrate support portion 4A along the peripheral edge portion of the substrate support portion 4A.
  • a vacuum pad 40 made of a continuously porous material is arranged on the peripheral support portion 4B.
  • the vacuum pad 40 is set in a frame shape so as to surround the substrate 8 to be processed with a predetermined groove (gap) 4C interposed therebetween with respect to the substrate 8 to be processed arranged on the substrate support portion 4A.
  • the vacuum pad 40 is set to exhaust air to the lower surface side by a vacuum pump (not shown).
  • the end portion (side wall of the inner peripheral edge) 41 of the vacuum pad 40 is exposed as a suction surface in the groove portion 4C.
  • the end 41 of the vacuum pad 40 forms the inner wall of the groove 4C.
  • the vacuum pad 40 can be formed of, for example, a ceramic sintered porous body, a heat-resistant metal fiber filter, or the like.
  • the surface to be processed 8A of the substrate 8 to be processed mounted on the substrate support 4A and the upper surface 40A of the vacuum pad 40 do not have to be at the same height level.
  • the height level of the upper surface 40A of the vacuum pad 40 may be lower than the height level of the surface to be processed 8A, or as shown in FIG. 5, the height of the upper surface 40A of the vacuum pad 40.
  • the level may be higher than the height level of the surface to be processed 8A.
  • the height level of the upper surface 40A of the vacuum pad 40 is such that a part of the head portion 9 is processed while maintaining an appropriate gap G1 between the facing surface (lower surface) 9A of the head portion 9 and the surface to be processed 8A.
  • the height is set so that the vacuum pad 40 does not come into contact with the head portion 9 when the vacuum pad 40 is moved from the peripheral edge of the substrate 8 to the outside in the plane direction.
  • FIG. 3 is a bottom view of the differential exhaust device 2.
  • the differential exhaust device 2 includes a head portion 9 and a vacuum pump (not shown).
  • the head portion 9 is composed of a disk-shaped metal plate having a very small area as compared with the area of the surface to be processed 8A of the substrate 8 to be processed.
  • the head portion 9 can face an arbitrary region of the surface to be processed 8A by moving the substrate support 4 in the XY directions by the XY stage 5.
  • annular grooves 10A, 10B, 10C, and 10D are concentrically formed on the facing surface 9A of the head portion 9.
  • the inner region of the innermost annular groove 10A among the plurality of annular grooves 10A, 10B, 10C, and 10D is treated with respect to the surface to be processed 8A of the substrate 8 to be processed (film formation processing by ion beam irradiation, etc.).
  • Is provided to form an opening 11 for forming a processing space Sp.
  • the FIB column 3 which will be described later, is connected to the opening 11 so as to communicate with the opening 11.
  • the groove formed so as to surround the center of the head portion 9 is referred to as an "annular groove", but a circular loop-shaped groove, a square loop-shaped groove, or a part of the loop is missing.
  • it is defined to include a C-shaped groove, a plurality of grooves intermittently arranged in a loop, and the like.
  • the annular grooves 10B, 10C, 10D of at least one (three in the present embodiment) of the plurality of annular grooves 10A, 10B, 10C, 10D are not shown via the connecting pipe 12 (see FIG. 2). It is connected to a vacuum pump.
  • the innermost annular groove 10A is connected to a depot gas supply source (not shown) that supplies depot gas (deposit gas, CVD gas) via a connecting pipe 13 (see FIG. 2).
  • the head portion 9 has a function of lowering the pressure of the processing space Sp by the air suction action from the annular grooves 10B, 10C, 10D in a state where the facing surface 9A faces the surface to be processed 8A. Further, the head portion 9 reliably supplies the deposition gas from the innermost annular groove 10A to the processing space Sp adjusted to such a low pressure, and the treated surface 8A facing the opening 11 It is possible to perform CVD film formation on the region.
  • a high vacuum of the processing space Sp is set by setting a predetermined gap G1 between the facing surface 9A of the head portion 9 and the surface to be processed 8A.
  • the internal vacuum state can be maintained without breaking the state.
  • FIB column (Focused ion beam column: FIB column)
  • the FIB column 3 is arranged on the surface side (upper surface side) of the head portion 9 opposite to the facing surface 9A, and is fitted so that the tip portion is buried in the opening portion 11 of the head portion 9. It is connected in a state of being connected.
  • the FIB column 3 includes a lens barrel 16 communicating with the processing space Sp, and a focused ion beam optical system 17 built in the lens barrel 16. From the tip of the FIB column 3, the ion beam Ib is emitted toward the surface to be processed 8A of the substrate 8 to be processed so as to pass through the opening 11.
  • the focused ion beam column 3 provided with the differential exhaust device 2 is moved relative to the substrate 8 to be processed, so that the ion beam Ib can be irradiated to an arbitrary position. can.
  • the high vacuum state of the processing space Sp is broken.
  • the internal vacuum state can be maintained without this.
  • the head portion 9 of the differential exhaust device 2 can face an arbitrary region of the surface to be processed 8A by moving the substrate support 4 in the XY directions by the XY stage 5.
  • the vacuum pad 40 is arranged, so that a high vacuum state can be maintained.
  • the upper surface 40A of the vacuum pad 40 is lower than the peripheral edge of the surface 8A to be processed of the substrate 8 to be processed, the upper surface 40A of the vacuum pad 40 and the facing surface 9A of the differential exhaust device 2
  • the gap G2 of is larger than the gap G1.
  • the space below the region protruding outward from the peripheral edge of the substrate 8 to be processed on the facing surface 9A of the head portion 9 is evacuated by the vacuum pad 40, so that a high vacuum state can be maintained.
  • the end portion 41 of the vacuum pad 40 is exposed as a suction surface on the inner surface of the groove portion 4C, and intake is also performed from this end portion 41. Therefore, the air existing in the inner space of the groove portion 4C and above the groove portion 4C is sucked by the end portion 41, so that an increase in the pressure above the groove portion 4C can be prevented.
  • the focused ion beam device 1 As described in the above-mentioned operation / operation, the focused ion beam device 1 according to the present embodiment does not require a large vacuum chamber, and the ion beam Ib can be generated even in the vicinity of the peripheral portion of the substrate 8 to be processed. It is possible to reliably perform the processing used. Therefore, according to the present embodiment, there is an effect that the area where the substrate 8 to be processed can be processed can be increased.
  • the vacuum pad 40 since the vacuum pad 40 maintains the vacuum in the region where the differential exhaust device 2 protrudes from the substrate 8 to be processed, the height of the upper surface 40A of the vacuum pad 40 is maintained. It has the advantage of not requiring strict level control.
  • FIG. 6 shows a schematic configuration of the focused ion beam device 1A according to the second embodiment of the present invention.
  • the focused ion beam device 1A includes a differential exhaust device 2, a FIB column 3, a substrate support 4, a vacuum pad 42 arranged on the substrate support 4, and a fixed stage 18 on which the substrate support 4 is placed. And an XY gantry stage 19 erected on the fixed stage 18.
  • the XY gantry stage 19 is provided with a moving block 20 that can move in the XY directions.
  • a FIB column 3, a vacuum pump 6 connected to the FIB column 3, and an optical alignment microscope 21 for detecting an alignment mark formed on the substrate 8 to be processed are fixed to the moving block 20.
  • a gantry stage control power supply 22 is connected to the XY gantry stage 19 side.
  • the vacuum pad 42 is arranged over substantially the entire upper surface of the substrate support 4.
  • the size of the vacuum pad 42 is set to be longer in length and width than the substrate 8 to be processed.
  • a support pad 43 that surrounds the substrate 8 to be processed is arranged with the substrate 8 to be processed placed in the center.
  • the support pad 43 is made of a material that does not allow air to pass through.
  • the vacuum pad 42 is made of a continuously porous material and is connected to the vacuum pump 23. Therefore, it is set to suck air from the upper surface side of the vacuum pad 42 by being sucked by the vacuum pump 23.
  • a groove 4C is formed as a gap between the substrate 8 to be processed and the inner peripheral surface of the support pad 43. The bottom surface of the groove 4C constitutes a suction surface exposed by the vacuum pad 42.
  • the vacuum pad 42 can be formed of, for example, a ceramic sintered porous body, a heat-resistant metal fiber filter, or the like.
  • the support pad 43 is made of the same glass material as the substrate 8 to be processed, and is composed of a glass plate having the same thickness dimension as the substrate 8 to be processed.
  • a glass plate is used as the support pad 43, but the present invention is not limited to this, and a metal plate, a ceramic plate, or the like may be applied.
  • the vacuum pad 42 is arranged in the lower layer of the entire region where the substrate 8 to be processed and the support pad 43 are arranged, and the vacuum pad 42 is the substrate 8 to be processed and the support pad. 43 is sucked.
  • the substrate 8 to be processed is sucked from the head portion 9 and tries to warp upward. Receive the power to do. However, since the substrate 8 to be processed is sucked downward from the vacuum pad 42 at the same time, the force of bending upward is canceled out.
  • FIG. 8 is an enlarged explanatory view showing the area A surrounded by the broken line in FIG.
  • FIG. 11 is an enlarged explanatory view showing a configuration (comparative example) without the vacuum pad 42, and is a suction force from the head portion 9 side when the vacuum pad 42 is not arranged in the lower layer of the substrate 8 to be processed. Therefore, the substrate 8 to be processed is lifted and warped.
  • the enlargement and thinning of the substrate 8 to be processed has been an obstacle when a local vacuum space is formed by using the differential exhaust device 2 and the ion beam Ib is used for processing.
  • the focused ion beam device 1A according to the present embodiment even the enlarged or thinned substrate 8 can be reliably supported by the substrate support portion 4 while maintaining the flatness. Therefore, in the present embodiment, it is possible to perform highly accurate processing even in the structure of moving using the XY gantry stage 19.
  • the upper surface of the vacuum pad 42 is exposed on the bottom surface of the groove portion 4C as a gap, and vacuuming is performed from this portion as well. Therefore, as shown in FIGS. 7 and 9, air can be sucked from the inner space of the groove 4C and the space above the groove 4C, and the deterioration of the pressure above the groove 4C can be prevented.
  • the upper surface of the vacuum pad 42 is continuously exposed on the bottom surface of the groove portion 4C formed so as to orbit the substrate 8 to be processed so as to orbit the substrate 8 to be processed.
  • the pressure is kept uniform even in the groove portion 4C at the position.
  • the width dimension of the groove portion 4C as a gap can be arbitrarily set by adjusting the output of the vacuum pump 23.
  • the focused ion beam device 1A According to the focused ion beam device 1A according to the present embodiment, a large vacuum chamber is not required, and processing using the ion beam Ib can be reliably performed even in the vicinity of the peripheral portion of the substrate 8 to be processed. Become. Therefore, this focused ion beam device 1A has an effect that a wide range of the substrate 8 to be processed can be effectively processed.
  • the optical alignment microscope 21 is used because the atmospheric pressure is outside the area being processed. Easy to install.
  • an optical alignment microscope 21 is arranged at a position as shown in FIG. 5 to detect an alignment mark (not shown) formed on the peripheral edge of the substrate 8 to be processed.
  • the coordinates can be determined by the relative relationship between the position of the optical alignment microscope 21 and the processing position by the FIB column 3.
  • the stroke for alignment by the XY gantry stage 19 becomes unnecessary, and the movement time for alignment can be shortened.
  • the moving block 20 is provided on the moving block 20 in a state where the position of the substrate 8 to be processed is fixed by providing the moving block 20 on the XY gantry stage 19 so as to be movable in the XY direction.
  • the FIB column 3 and the optical alignment microscope 30 can be moved. Since the position of the substrate 8 to be processed can be fixed in this way, the footprint of the device can be reduced.
  • the quality of the processing work in this processing space can be improved.
  • the device since the device can be made compact, the equipment cost and the management cost can be reduced.
  • the vacuum pad 40 is placed on the upper surface of the peripheral support portion 4B so that the entire upper surface of the vacuum pad 40 is exposed, but as shown in FIG. 10, only the inside of the groove portion 4C is exposed.
  • the exposed vacuum wall portion 44 may be arranged along the groove portion 4C so as to surround the substrate 8 to be processed.
  • the surface exposed by the groove 4C in the vacuum wall 44 constitutes the suction surface of the present invention.
  • the upper surface of the peripheral support portion 4B is as high as the surface to be processed 8A of the substrate 8 to be processed.
  • the number of annular grooves formed in the differential exhaust device is not limited to four, and at least two or more for exhausting and blowing out may be provided.
  • the circular loop-shaped annular grooves 10A, 10B, 10C, and 10D are formed as the gas supply groove and the exhaust groove, but the present invention is not limited to this, and for example, the rectangular loop-shaped groove is formed. Etc. may be formed.
  • the support pad 43 is made of a material that does not allow air to pass through, but it may be made of a porous material.
  • the support pad 43 has the same function as the vacuum pad 40 in the first embodiment described above, has the effect of increasing the degree of freedom in the height level of the upper surface of the support pad 43, and the substrate 8 to be processed. It has the effect of preventing warpage from occurring.

Landscapes

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Abstract

【解決手段】差動排気装置と集束イオンビームカラムとを備え、被処理基板の面方向の外側を取り囲むように吸い込み面を、露呈させる多孔質材料でなる真空パッドと、前記被処理基板と前記真空パッドとを載せる基板支持台と、前記真空パッドを真空吸引する真空ポンプと、を備え、前記差動排気装置のヘッド部が前記被処理基板の面方向の外側へ移動したときに、前記吸い込み面が前記ヘッド部との間の空間の吸気を行い、大きな真空チャンバを必要とせず、被処理基板の周縁近傍での処理も可能にして、被処理基板における処理領域を大きくできる集束イオンビーム装置を提供すること。

Description

集束イオンビーム装置
　本発明は、差動排気装置を備える集束イオンビーム装置に関する。
　近年、ビーム照射装置の先端部に局所真空装置を備えた走査型電子顕微鏡が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この走査型電子顕微鏡では、局所真空装置により、サンプルの表面に局所的に真空空間を形成することができるため、真空チャンバを必要としない。この走査型電子顕微鏡では、支持部材の上に載せられたサンプルと、ビーム照射装置が退避する退避部材と、の間の溝の底部に、この溝が延びる方向に沿って所定の間隔を隔てて、排気口が設けられている。上記の走査型電子顕微鏡では、退避部材の上に配置した局所真空装置を、支持部材の上に支持されたサンプルの上方に移動させる際に、局所真空装置の直下に形成された真空領域の真空状態を維持することを図っている。
特開２０１９－１７９７５１号公報
　しかしながら、上記の走査型電子顕微鏡では、局所真空装置を退避部材の上面の高さレベルと、サンプルの上面の高さレベルと、を精度よく一致させる必要がある。その理由は、上記待機部材の上面の高さレベルと上記サンプルの上面の高さレベルとが異なると、高さレベルの低い方と、局所真空装置の下面と、のギャップが大きくなり、所定の真空状態を維持できない場合が発生するためである。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、大きな真空チャンバを必要とせず、被処理基板の周縁近傍におけるイオンビームを用いた処理を可能にして、被処理基板における処理領域を大きくできる集束イオン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の任意領域に対向するヘッド部を備え、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排気溝が形成され、前記ヘッド部における、前記排気溝の内側の領域に、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、前記被処理面に前記対向面を対向させた状態で、前記排気溝からの吸気作用により、前記処理用空間を高真空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、前記鏡筒内に集束イオンビーム光学系を内蔵してイオンビームが前記開口部内を通るように出射する集束イオンビームカラムと、を備える集束イオンビーム装置であって、前記被処理基板の面方向の外側に位置して、当該被処理基板を周回するように取り囲む吸い込み面を、露呈させる多孔質材料でなる真空パッドと、前記被処理基板と前記真空パッドとを載せる基板支持台と、
　前記真空パッドを真空吸引する真空ポンプと、を備え、前記ヘッド部の一部が前記被処理基板の周縁部よりも面方向の外側へ移動したときに、前記吸い込み面が前記ヘッド部との間の空間の空気を吸引して前記処理用空間の圧力を維持することを特徴とする。
　上記態様としては、前記真空パッドは、前記被処理基板を取り囲む領域のみに形成され、前記真空パッドにおける上面および前記被処理基板の外周面と対向する面が、前記吸い込み面を構成することが好ましい。
　上記態様としては、前記ヘッド部の一部が前記被処理基板の面方向の外側へ移動したときに、前記上面が前記ヘッド部の対向面と対向することが好ましい。
　上記態様としては、前記真空パッドは、前記被処理基板よりも輪郭が大きい矩形板状に形成されて、前記基板支持台の上面に配置され、前記真空パッドの上に、前記被処理基板と、前記被処理基板の面方向の外側を所定の幅寸法の間隙を隔てて取り囲むサポートパッドと、が配置されることが好ましい。
　上記態様としては、前記サポートパッドは、多孔質材料でなることが好ましい。
　本発明によれば、被処理基板の周縁近傍での処理も可能にして、被処理基板における処理領域を大きくできる集束イオンビーム装置を実現できる。
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を示す概略構成図である。 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の要部断面図である。 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差動排気装置を下方から見た下面図である。 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において真空パッドの上面を被処理基板の上面よりも低い高さレベルに設定した例を示し、差動排気装置が被処理基板の周縁部の上方に配置された状態を示す断面説明図である。 図５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示す概略構成図であり、光学アライメント顕微鏡が被処理基板の周縁部近傍のアライメントマークの上方に配置された状態を示す。 図６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示す概略構成図であり、差動排気装置が被処理基板の中央部近傍の上方に位置する状態を示す。 図７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示す概略構成図であり、差動排気装置が被処理基板の周縁部の上方に位置する状態を示す。 図８は、図６の破線で囲んだ領域Ａの拡大説明図である。 図９は、図７の破線で囲んだ領域Ｂの拡大説明図である。 図１０は、本発明の他の実施の形態に係る集束イオンビーム装置を示す概略構成図である。 図１１は、第２の実施の形態において真空パッドが無い場合（比較例）を示す拡大説明図である。
　以下、本発明の実施の形態に係る集束イオン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）
　本実施の形態に係る集束イオンビーム装置は、被処理基板としてのフォトマスク、ＴＦＴ基板などの修正に用いることができる。なお、本発明の集束イオンビーム装置は、被処理基板への直接描画を行う描画装置や、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も適用可能である。
　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、基板支持台４をＸ－Ｙ方向に移動させるＸ－Ｙステージ５と、を備える。
　ＦＩＢカラム３には、真空ポンプ６が接続されており、ＦＩＢカラム３内が所定の低い圧力に保たれるようになっている。Ｘ－Ｙステージ５には、ステージ制御電源７が接続されている。
（基板支持台の構成）
　基板支持台４は、基板支持部４Ａと、周縁サポート部４Ｂと、を備える。基板支持部４Ａ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。周縁サポート部４Ｂは、基板支持部４Ａの周縁部に沿って基板支持部４Ａを取り囲むように形成されている。
　周縁サポート部４Ｂの上には、連続多孔質材料でなる真空パッド４０が配置されている。真空パッド４０は、基板支持部４Ａの上に配置された被処理基板８に対して所定の溝部（間隙）４Ｃを挟んで被処理基板８を取り囲むように額縁形状に設定されている。この真空パッド４０は、図示しない真空ポンプで下面側に排気するよう設定されている。溝部４Ｃには、真空パッド４０の端部（内周縁の側壁）４１が吸い込み面として露呈している。
換言すると、真空パッド４０の端部４１が溝部４Ｃの内壁を形成している。真空パッド４０は、例えば、セラミック焼結多孔質体、耐熱メタルファイバフィルタなどで形成することができる。
　本実施の形態に係る集束イオンビーム装置１では、基板支持部４Ａに載せた被処理基板８の被処理面８Ａと真空パッド４０の上面４０Ａとが、同じ高さレベルある必要はない。
図４に示すように、真空パッド４０の上面４０Ａの高さレベルが被処理面８Ａの高さレベルよりも低くてもよいし、図５に示すように、真空パッド４０の上面４０Ａの高さレベルが被処理面８Ａの高さレベルより高くてもよい。
　ただし、真空パッド４０の上面４０Ａの高さレベルは、ヘッド部９の対向面(下面)９Ａと被処理面８Ａとの適切なギャップＧ１を保った状態で、ヘッド部９の一部が被処理基板８の周縁から平面方向の外側へはみ出るまで移動したときに、真空パッド４０がヘッド部９に接触しない高さに設定する。
（差動排気装置の構成）
　図１から図３を用いて差動排気装置２の構成を説明する。なお、図３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、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ステージ５によって、Ｘ－Ｙ方向に移動されることにより、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３に示すように、ヘッド部９の対向面９Ａには、４つの環状溝１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが同心状に形成されている。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など)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。
　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（図２参照）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（図２参照）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を低い圧力にする機能を備える。また、ヘッド部９は、このように低い圧力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。
　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との間を所定のギャップＧ１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。
(集束イオンビームカラム：ＦＩＢカラム)
　図２に示すように、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。
（動作・作用）
　以下、本実施の形態に係る集束イオンビーム装置１における動作および作用について説明する。集束イオンビーム装置１では、差動排気装置２を備えた集束イオンビームカラム３を、被処理基板８に対して相対的に移動させることにより、任意の位置へイオンビームＩｂの照射を行うことができる。
　本実施の形態においては、ヘッド部９の対向面９Ａと被処理基板８の被処理面８ＡとのギャップＧ１を、例えば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。
　差動排気装置２のヘッド部９は、基板支持台４がＸ－Ｙステージ５によって、Ｘ－Ｙ方向に移動されることにより、被処理面８Ａの任意領域に対向することができる。
　本実施の形態では、差動排気装置２が被処理基板８の領域からはみ出しても、真空パッド４０が配置されているため、高真空な状態を保つことができる。特に、図４に示すように、真空パッド４０の上面４０Ａが被処理基板８の被処理面８Ａの周縁よりも低い場合は、真空パッド４０の上面４０Ａと差動排気装置２の対向面９ＡとのギャップＧ２がギャップＧ１よりも大きくなる。この場合、ヘッド部９の対向面９Ａにおける被処理基板８の周縁から外側へはみ出した領域の下方の空間は、真空パッド４０で真空引きされているため高真空な状態を維持できる。
　この状態においても、図３に示すように、ヘッド部９の対向面９Ａの一部が被処理基板８の周縁よりも外側へはみ出した場合でも、処理用空間Ｓｐにおいて適切な圧力を保った状態で、イオンビームＩｂを用いた適切な処理を行うことができる。
　また、図４に示した構造では、溝部４Ｃの内側表面には、真空パッド４０の端部４１が吸い込み面として露呈しており、この端部４１からも吸気が行われる。このため、溝部４Ｃの内側空間および溝部４Ｃの上方に存在する空気が端部４１で吸い込まれることにより、溝部４Ｃの上方における圧力の上昇を防止できる。
(第１の実施の形態に係る集束イオンビーム装置の効果)
　上述の動作・作用で説明したように、本実施の形態に係る集束イオンビーム装置１によれば、大きな真空チャンバを必要とせず、被処理基板８の周縁部の近傍においても、イオンビームＩｂを用いた処理を確実に行うことが可能となる。このため、本実施の形態によれば、被処理基板８を処理できる領域を大きくすることができるという効果がある。
　また、本実施の形態によれば、上述したように、真空パッド４０によって差動排気装置２が被処理基板８からはみ出した領域の真空を保っているので、真空パッド４０の上面４０Ａの高さレベルの管理を厳格にしなくてもよいという利点がある。
[第２の実施の形態]
　図６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１Ａの概略構成を示している。この集束イオンビーム装置１Ａは、差動排気装置２と、ＦＩＢカラム３と、基板支持台４と、基板支持台４の上に配置された真空パッド４２と、基板支持台４を載せる固定ステージ１８と、固定ステージ１８の上に架設されたＸ－Ｙガントリステージ１９と、を備える。
　Ｘ－Ｙガントリステージ１９には、Ｘ－Ｙ方向へ移動可能な移動ブロック２０が設けられている。移動ブロック２０には、ＦＩＢカラム３と、ＦＩＢカラム３に接続された真空ポンプ６と、被処理基板８に形成されたアライメントマークを検出するための光学アライメント顕微鏡２１と、が固定されている。Ｘ－Ｙガントリステージ１９側には、ガントリステージ制御電源２２が接続されている。
　真空パッド４２は、基板支持台４の上面の略全体に亘って配置されている。真空パッド４２の大きさは、被処理基板８よりも縦横の長さが長く設定されている。真空パッド４２の上には、中央に被処理基板８を載せた状態で、被処理基板８の周りを取り囲む、サポートパッド４３が配置されている。サポートパッド４３は、空気が通過できない材料で形成されている。
　真空パッド４2は、連続多孔質材料でなり、真空ポンプ２３に接続されている。このため、真空ポンプ２３で吸引されることにより、真空パッド４２の上面側から空気を吸い込むよう設定されている。被処理基板８とサポートパッド４３の内周面との間は、間隙としての溝部４Ｃが形成されている。この溝部４Ｃの底面は、真空パッド４２が露呈している吸い込み面を構成している。
　真空パッド４２は、例えば、セラミック焼結多孔質体、耐熱メタルファイバフィルタなどで形成することができる。図９に示すように、本実施の形態では、サポートパッド４３は、被処理基板８と同様のガラス材料でなり、被処理基板８と同等の厚さ寸法を有するガラス板で構成している。
　なお、本実施の形態では、サポートパッド４３としてガラス板を用いたが、これに限定されるものではなく、金属板、セラミックス板などを適用してもよい。
　本実施の形態に係る集束イオンビーム装置１Ａにおける他の構成は、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の構成と略同様であるため、詳細な説明は省略する。
　本実施の形態に係る集束イオンビーム装置１Ａでは、被処理基板８とサポートパッド４３が配置される全領域の下層に真空パッド４２が配置されており、真空パッド４２が被処理基板８とサポートパッド４３を吸引している。
　図６に示すように、被処理基板８の中央部の上方に差動排気装置２のヘッド部９が位置する場合に、被処理基板８はヘッド部９から吸引されて上方へ向けて反ろうとする力を受ける。しかし、被処理基板８は、同時に真空パッド４２から下方へ吸引されているため、上方へ向けて反ろうとする力が相殺される。
　図８は、図６における破線で囲んだ領域Ａを示す拡大説明図である。図１１は、真空パッド４２を有さない構成（比較例）を示す拡大説明図であり、被処理基板８の下層に真空パッド４２が配置されていない場合に、ヘッド部９側からの吸引力により、被処理基板８が浮き上がって反った状態を示している。
　因みに、被処理基板８の大型化や薄型化が、差動排気装置２を用いて局所的な真空空間を形成してイオンビームＩｂで処理を行う場合の障害となっていた。本実施の形態に係る集束イオンビーム装置１Ａによれば、大型化もしくは薄型化した被処理基板８でも、平坦度を保ったまま、確実に基板支持部４に支持できる。したがって、本実施の形態では、Ｘ－Ｙガントリステージ１９を用いて移動させる構造においても、精度の高い処理を施すことが可能となる。
　本実施の形態に係る集束イオンビーム装置１Ａでは、間隙としての溝部４Ｃの底面に真空パッド４２の上面が露呈しており、この部分からも真空引きが行われる。このため、図７および図９に示すように、溝部４Ｃの内側空間および溝部４Ｃの上方の空間からも空気を吸引することができ、溝部４Ｃの上方における圧力の悪化を防止できる。
　なお、被処理基板８を周回するように形成された溝部４Ｃの底面には、被処理基板８を周回するように真空パッド４２の上面が連続して露呈して存在しているため、いずれの位置の溝部４Ｃにおいても圧力が均一に保たれている。
　本実施の形態によれば、間隙としての溝部４Ｃの幅寸法は、真空ポンプ２３の出力を調整することにより、任意に設定できるという利点がある。
　本実施の形態に係る集束イオンビーム装置１Ａによれば、大きな真空チャンバを必要とせず、被処理基板８の周縁部の近傍においても、イオンビームＩｂを用いた処理を確実に行うことが可能となる。このため、この集束イオンビーム装置１Ａ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。
　また、本実施の形態に係る集束イオンビーム装置１Ａ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２１を容易に設置できる。
　アライメントを行う場合には、例えば、図５に示すような位置に光学アライメント顕微鏡２１を配置させて、被処理基板８の周縁部に形成された図示しないアライメントマークの検出を行う。アライメントマークの検出により、光学アライメント顕微鏡２１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１Ａによれば、Ｘ－Ｙガントリステージ１９によるアライメントのためのストロークが不要となり、アライメントのための移動時間を短くできる。
　特に、本実施の形態では、Ｘ－Ｙガントリステージ１９に移動ブロック２０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、移動ブロック２０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。
　また、本実施の形態によれば、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、本実施の形態によれば、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。
［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。
　上記の第１の実施の形態において、真空パッド４０を周縁サポート部４Ｂの上面に載せて真空パッド４０の上面全体が露出するようにしたが、図１０に示すように、溝部４Ｃの内側のみで露呈する真空壁部４４を溝部４Ｃに沿って被処理基板８を取り囲むように配置してもよい。
　真空壁部４４における溝部４Ｃで露呈する面は、本発明の吸い込み面を構成する。なお、この実施の形態では、周縁サポート部４Ｂの上面が、被処理基板８の被処理面８Ａと同程度の高さであることが好ましい。
　上記の各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。また、ガス供給用の溝および排気用の溝として、円形のループ状の環状溝１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを形成したが、これに限定されるものではなく、例えば四角形状のループ状の溝などを形成してもよい。
　上記の第２の実施の形態では、サポートパッド４３を空気が通過できない材料で形成したが、多孔質材料でなる構成としてもよい。この場合は、サポートパッド４３が、上記の第1の実施の形態における真空パッド４０と同様の機能を持ち、サポートパッド４３の上面の高さレベルの自由度を高める効果と、被処理基板８に反りが発生することを防止する効果と、を奏する。
　Ｉｂ　イオンビーム
　Ｓｐ　処理用空間
　１　集束イオンビーム装置
　２　差動排気装置
　３　集束イオンビームカラム（ＦＩＢカラム）
　４　基板支持台
　４Ａ　基板支持部
　４Ｂ　周縁サポート部
　４Ｃ　溝部（間隙）
　５　Ｘ－Ｙステージ
　６　真空ポンプ
　７　ステージ制御電源
　８　被処理基板
　８Ａ　被処理面
　８Ｂ　下面
　９　ヘッド部
　９Ａ　対向面
　１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ　環状溝
　１１　開口部
　１２，１３　連結パイプ
　１６　鏡筒
　１７　集束イオンビーム光学系
　１８　固定ステージ
　１９　Ｘ－Ｙガントリステージ
　２０　移動ブロック
　２１　光学アライメント顕微鏡
　２２　ガントリステージ制御電源
　２３　真空ポンプ
　４０　真空パッド
　４０Ａ　上面（吸い込み面）
　４１　端部（被処理基板の外周面と対向する面：吸い込み面）
　４２　真空パッド
　４３　サポートパッド
　４４　真空壁部

Claims (5)

  1. 　被処理基板の被処理面の任意領域に対向するヘッド部を備え、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排気溝が形成され、前記ヘッド部における、前記排気溝の内側の領域に、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、前記被処理面に前記対向面を対向させた状態で、前記排気溝からの吸気作用により、前記処理用空間を高真空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、前記鏡筒内に集束イオンビーム光学系を内蔵してイオンビームが前記開口部内を通るように出射する集束イオンビームカラムと、
    　を備える集束イオンビーム装置であって、
    　前記被処理基板の面方向の外側に位置して、当該被処理基板を周回するように取り囲む吸い込み面を、露呈させる多孔質材料でなる真空パッドと、
    　前記被処理基板と前記真空パッドとを載せる基板支持台と、
    　前記真空パッドを真空吸引する真空ポンプと、
    　を備え、
    　前記ヘッド部の一部が前記被処理基板の周縁部よりも面方向の外側へ移動したときに、前記吸い込み面が前記ヘッド部との間の空間の空気を吸引して前記処理用空間の圧力を維持する、
    　ことを特徴とする集束イオンビーム装置。
  2. 　前記真空パッドは、前記被処理基板を取り囲む領域のみに形成され、前記真空パッドにおける上面および前記被処理基板の外周面と対向する面が、前記吸い込み面を構成する、請求項１に記載の集束イオンビーム装置。
  3. 　前記ヘッド部の一部が前記被処理基板の面方向の外側へ移動したときに、前記上面が前記ヘッド部の対向面と対向する、請求項２に記載の集束イオンビーム装置。
  4. 　前記真空パッドは、前記被処理基板よりも輪郭が大きい矩形板状に形成されて、前記基板支持台の上面に配置され、
    　前記真空パッドの上に、前記被処理基板と、前記被処理基板の面方向の外側を所定の幅寸法の間隙を隔てて取り囲むサポートパッドと、が配置される、請求項１に記載の集束イオンビーム装置。
  5. 　前記サポートパッドは、多孔質材料でなる、請求項４に記載の集束イオンビーム装置。
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