(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
精密加工システムにおいて被加工物を支持するための装置であって、前記装置が、被加工物を支持するための複数の接触要素を備え、前記複数の接触要素が、概ね一平面を形成し、
また、前記平面に対し垂直方向の被加工物の振動を抑制するために、前記被加工物の一部を振動力に抗して確実に支持するように形成された順応性の静止摩擦支持手段を備え、
前記順応性の静止摩擦支持手段には前記被加工物と接触状態を保つスライダ手段を含み、前記スライダ手段に加わる下方向と上方向の力の差が前記静止摩擦を上回るに足らなければ、前記スライダ手段が静止状態を保つことを特徴とする、被加工物支持装置。
【請求項２】
前記複数の接触要素及び前記順応性の静止摩擦支持手段のそれぞれを支持しているベース部材を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記スライダ手段が、前記ベース部材と滑り摩擦結合していることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記順応性の静止摩擦支持手段が、前記上方向付勢力を与えると共に前記スライダ手段を弾性的に押圧して被加工物と接触させるための接触ばね手段を備えたことを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記複数の接触要素が前記被加工物を支持している時に、前記接触ばね手段が生じる力が、前記被加工物の重量を支持するのに必要な力を上回らないことを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記順応性の静止摩擦支持手段が、前記スライダ手段と接触している静止摩擦ばね手段をさらに備え、前記静止摩擦ばね手段が、前記スライダ手段を弾性的に押圧して、前記ベース部材と摩擦結合させることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記複数の被加工物接触要素が前記被加工物を支持している時に、前記接触ばねが生じる力が、前記被加工物の重量の半分を支持するのに必要な力を概ね上回らないことを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
前記静止摩擦ばね手段が動作時に前記スライダ手段に加える力が、前記接触ばね手段が前記スライダ手段に加える力とほぼ等しいことを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記スライダ手段と前記ベース部材との間の静止摩擦係数が、概ね０．２から０．６までの範囲内であることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の接触要素に取り付けられ、被加工物を振動力に抗して確実に支持することにより、前記平面に対し垂直方向の被加工物の振動を抑制するように構成された、複数の前記順応性の静止摩擦支持手段をさらに備えたことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
精密加工システムにおいて被加工物を支持するための装置であって、前記装置が、
ベース部材と、
被加工物を概ね一平面内で支持するための複数の接触要素とを備え、前記複数の接触要素が、前記ベース部材と結合しており、
被加工物の振動を抑制するための、前記被加工物を振動力に抗して確実に支持する順応性の静止摩擦支持手段を備え、前記順応性の静止摩擦支持手段が、前記ベース部材と結合しており、
前記順応性の静止摩擦支持手段が、前記被加工物と接触するためのスライダ手段を備え、前記スライダ手段が、前記ベース部材と滑り摩擦結合しており、
前記スライダ手段を弾性的に押圧して前記被加工物と接触させるための、接触ばね手段を備え、
前記スライダ手段と結合している静止摩擦ばね手段を備え、前記静止摩擦ばね手段が、前記スライダ手段を弾性的に押圧して前記ベース部材と摩擦結合させ、前記スライダ手段と前記ベース部材との静止摩擦によって、前記スライダ手段に加わる下方向と上方向の力の差が前記静止摩擦を上回るに足らなければ、前記スライダ手段が静止状態を保つことを特徴とする、精密加工システムにおいて被加工物を支持するための装置。
【請求項１２】
任意の位置に表面を有する、被加工物を加工するための装置であって、前記装置が、
ベース部材と、
前記ベース部材に取り付けられた１つまたはそれ以上の被加工物接触要素の組み合わせとを備え、各被加工物接触要素が、前記被加工物を、前記ベース部材に相対して概ね固定された位置に保持し、
前記ベース部材に取り付けられた１つまたはそれ以上の順応性の静止摩擦支持装置の組み合わせを備え、各順応性の静止摩擦支持装置が、前記被加工物と接触状態を保つスライダ手段を含み、
前記スライダ手段と前記静止摩擦支持手段との静止摩擦によって、前記スライダ手段に加わる下方向と上方向の力の差が前記静止摩擦を上回るに足らなければ、前記スライダ手段が静止状態を保ち、
各前記順応性の静止摩擦装置が、被加工物の振動を抑制するために、前記被加工物を振動力に抗して確実に支持することを特徴とする、被加工物を加工するための装置。
【請求項１３】
前記被加工物の任意の位置を加工するための、前記ベース部材に取り付けられた加工ツールをさらに備えたことを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は、集束イオンビームシステムまたは電子顕微鏡システムのような精密加工システムにおいて、例えば半導体ウェーハなどの被加工物を支持するための装置に関する。集束イオンビーム（ＦＩＢ）システムは、被加工物に、結像及び、例えば微細加工のようなエッチングの両方を施すことが可能である。既存のＦＩＢシステムは、通常、複数の固定された硬質の被加工物接触要素上で被加工物を支持する。
【０００２】
ＦＩＢ機器または電子顕微鏡により把持されたウェーハのような被加工物は、確実に固定されていない場合、複数の硬質の被加工物接触要素の支点間で振動する傾向がある。これは、ウェーハ加工プラントの音響環境下では特に問題である。微細加工中途でのウェーハの振動が、結像の劣化や不良品の発生の原因となりうる。
【０００３】
加えて、ウェーハは、多くの場合、幾分湾曲している。ウェーハが湾曲していると、精密加工システムでの焦点合わせがより困難となる。大気条件下では、精密加工システムでは、ウェーハの下側で部分真空を発生させることにより、ウェーハを確実に把持することができる。減圧によってウェーハが引っ張られ、支持板と接触する。このとき、大気圧がウェーハの表面全体に作用する。部分真空による確実な把持の場合、ウェーハが支持板に多数の箇所で接触するので、ウェーハの湾曲が抑えられる。さらに、ウェーハの支持されていない支点間の最大距離が短く、ウェーハの予想される振動の周波数が高い。
【０００４】
ＦＩＢシステムなどの精密加工システムでは、多くの場合、ウェーハを真空中で加工する。真空中では、上述の部分真空による把持方法を用いることはできない。精密加工システムでは、部分真空による把持の代わりに、静電力を用いることが可能である。部分真空の場合と同様に、静電力はウェーハの表面全体に作用可能である。しかし、この方法には重大な欠点がある。このような静電力を得るための装置は高価であり、しかも、得られる力は一般に大きいものではない。高圧破壊が起こってウェーハを損傷するおそれがある。発生した静電界が、イオン又は電子ビームの望ましくない偏向を引き起こすおそれもある。さらに、静電力を用いたシステムでは、静電力の電源を切った時に、ウェーハの解放が困難となるおそれもある。
【０００５】
精密加工システムでは、静電力の代わりに機械的な把持方法を用いることも可能である。しかし、ウェーハ表面の縁以外の部分を機械的に把持すると、加工範囲を閉塞し、損傷するおそれがある。また、ウェーハの縁を機械的に把持した場合、通常幾分湾曲しているか、または絶対平面ではないウェーハを、その縁または別の一部分を除いては、概ね平面である支持板に確実に接触させることはできない。支持板を、ウェーハの予想される最大湾曲率よりも大きく湾曲させることも可能であるが、支持板が湾曲し、これに対応してウェーハも湾曲している場合、精密加工機器での焦点合わせがより困難となる。
【０００６】
本発明の目的の一つは、精密ＦＩＢシステムにおいて被加工物を支持するための装置を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的の一つは、被加工物の振動を抑制する被加工物支持装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的の一つは、製造および修理が比較的容易で安価である被加工物支持装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的の一つは、真空中で効果的に動作する被加工物支持装置を提供することである。本発明の他の目的の一部は、以下の記載により明瞭となり及び説明されるであろう。
【００１０】
発明の概要
本発明の装置は、例えばＦＩＢシステムまたは電子顕微鏡システムなどの精密加工機器において、被加工物を支持する。好適な一実施例においては、被加工物支持装置は、複数の被加工物接触要素と、ベース部材上に担持された順応性の静止摩擦支持体とを含む。これら複数の被加工物接触要素は、被加工物を概ね一平面内に保持する。順応性の静止摩擦支持体は、被加工物を、振動力に対して固定支持することにより、被加工物の振動を抑える。
【００１１】
被加工物を、被加工物接触要素及び順応性の静止摩擦支持体上に載置すると、静止摩擦支持体は、被加工物の重みで圧縮される。被加工物により圧縮された静止摩擦支持体は、静止した後に再び動くためには、静止摩擦を上回らなければならない。順応性の静止摩擦支持体は、複数の被加工物接触要素が形成する平面内に概ね位置する。
【００１２】
順応性の静止摩擦支持体は、本発明の一実施例によれば、被加工物に接触するためのスライダ装置を含む。このスライダ装置は、ベース部材と滑り摩擦結合している。例えば、一実施例においては、スライダ装置は、ベース部材中の、スライダを収容している空間内にスライド可能に取り付けられている。この実施例によれば、順応性の静止摩擦支持体は、スライダ装置と、ベース部材中のスライダ収容空間の底部との間に、被加工物接触ばね要素を有する。この被加工物接触ばね要素は、スライダ装置を弾性的に駆動して、被加工物と接触させる。スライダ装置が、被加工物の重みで、被加工物接触ばね要素を圧縮すると、ばね要素が力を生じるが、その力の大きさは、被加工物の重量を支持するのに必要な力の大きさよりは小さい。このようにして、被加工物の重量の一部が、複数の被加工物接触要素により担持される。好適な一実施例においては、圧縮された被加工物接触ばね要素が生じる力の大きさは、被加工物の重量のおよそ半分を支持するのに十分な大きさであるが、同時に、被加工物は、複数の被加工物接触要素によっても支持される。この好適な実施例においては、被加工物と、被加工物接触要素との接触が確実になされる。
【００１３】
順応性の静止摩擦支持体は、スライダ要素をベース部材と摩擦接触させるための静止摩擦ばね要素をさらに含んでもよい。一実施例においては、この静止摩擦ばね要素は、ベース部材及びスライダ要素と接触している。静止摩擦ばね要素は、スライダ要素を、ベース部材と摩擦接触させる。好適な一実施例においては、静止摩擦ばね要素が動作の際にスライダ要素に加える力の大きさは、スライダ装置上の、圧縮された被加工物接触ばね要素により加えられる力の大きさとほぼ等しい。スライダ要素とベース部材との静止摩擦係数は、０．１から０．７までの間であることが望ましく、０．２から０．６までの間であることが最も望ましい。別の一実施例においては、本発明の装置は、複数の順応性の静止摩擦支持体を含んでもよい。
【００１４】
本発明の好適な一実施例は、被加工物の縁の近傍に配置された複数の硬質の被加工物接触要素を有するステージと、複数の硬質の被加工物接触要素間に配置された順応性の静止摩擦支持体とを意図している。この順応性の静止摩擦支持体は、ベース部材中のスライダ収容空間に少なくとも部分的に収容されたスライダを有する。スライダの底部と、スライダ収容空間との間に、被加工物接触ばねが配置されている。スライダは、静止摩擦ばねを収容する空間を有し、その開口部は、スライダ収容空間の側壁に面している。静止摩擦ばねが、スライダ中の静止摩擦ばね収容空間に、少なくとも部分的に収容されている。
【００１５】
このため、被加工物を複数の硬質の被加工物接触要素上に載置すると、被加工物は、順応性の静止摩擦支持体のスライダと接触し、被加工物接触ばねを圧縮する。スライダが下降し、被加工物と接触する。静止摩擦ばね要素が、スライダを、スライダ収容空間の表面に抗して押し、この結果、スライダと、スライダ収容空間の表面との間に摩擦が生じる。スライダとスライダ収容空間の表面との間に生じた摩擦が、スライダと、スライダにより支持された被加工物の部分との振動を抑える。
【００１６】
本発明の以上の及びその他の特徴は、添付の図面と関連させながら以下の詳細な説明を参考にすることにより、より十二分に理解されることであろう。
【００１７】
発明の詳細な説明
図１は、精密加工システムの一種、すなわち、ＦＩＢシステム１２において、被加工物１０を支持するための装置１１を示す。本明細書に参考文献として編入した、Ｗａｒｄ  ｅｔ  ａｌ．による米国特許４，８７４，９４７に、ＦＩＢシステムのより詳細な説明が述べられている。図２及び図３に、図１に図示した被加工物１０を支持するための装置１１の一部分を示す。図１−３の装置１１は、縁の近くで緩く挟持された被加工物１０の中央に設けられた、単一の順応性の静止摩擦支持体１８を含む。図４及び図５は、図１−３に図示した順応性の静止摩擦支持体１８の少なくとも一部分を示したものである。比較的大きな被加工物用には、図７に図示したように、複数の順応性の静止摩擦支持体をさらに設けてもよい。図１−４及び図５に図示したように、被加工物１０は、一水平面内、すなわち、図示されたＸ軸及びＹ軸により規定される平面内で概ね支持されている。しかし、本発明による装置は、一水平面内で被加工物を支持するように限定されるものではない。例えば、傾斜したステージを有する精密加工システムが本発明を実施してもよい。
【００１８】
図２、図４及び図５を参照すると、図示された順応性の静止摩擦支持体１８は、被加工物１０を、振動力に抗して強く支持する。精密加工システムまたは使用者が被加工物１０を被加工物接触要素１４上に載置すると、被加工物は、順応性の静止摩擦支持体１８のスライダ要素２６を圧縮する。このスライダ要素は、次に、軽量の被加工物接触ばね要素２８を圧縮する。ばね要素２８は、圧縮された時に、被加工物の重量の半分を支持するのに十分な力を生じることが望ましい。
【００１９】
静止摩擦ばね要素２２が、スライダ要素２６を、そのスライダ収容空間２１の（接地した）静止摩擦表面１９に抗して押す。この結果、順応性の静止摩擦支持体１８に支持されている被加工物１０ａの一部分が、静止摩擦（ｓｔｉｃｔｉｏｎ）により地面に固定される。静止摩擦表面１９とスライダ要素２６との間の静止摩擦係数は、約０．５未満である。静止摩擦ばね要素２２が発生する力の大きさは、圧縮されたウェーハ接触ばね要素２８が発生する力の大きさとほぼ等しい。上述の構造を有することにより、順応性の静止摩擦支持体１８は、被加工物を支持し、同時に、被加工物の比較的弱い振動を抑える。
【００２０】
図示された静止摩擦支持体１８の最大静止摩擦力は、好適には被加工物の重量の約１％から２０％の間であり、最も好適には被加工物の重量の５％から１０％の間である。上述の範囲の静止摩擦力は、比較的高い周波数の振動を抑制すると同時に、静止摩擦支持体を、被加工物の重量に順応した状態に保持する。例えば、ウェーハ加工環境において発生する励振力の大きさは、ウェーハ重量のおよそ０．１％である。従って、上述の最大静止摩擦力は、ウェーハの一部分を十分に固定できる以上の大きさである。
【００２１】
図６Ａ−６Ｃは、静止摩擦支持体１８のスライダに作用する複数の力と、その速度との関係を示す。これら複数の非摩擦力は、被加工物１０の重量から生じる力と、接触ばね要素２８が生じる力とを含む。振動力の発生源は、装置１１の近辺に配置されたファンを含み様々であってもよい。
【００２２】
図６Ａ−６Ｃ及び、本明細書に参考文献として編入された、Ｊ．Ｐ．  ＤｅｎＨａｒｔｏｇ’ｓ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ，  １９５６，  ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  の２９０ページに図示されるように、乾燥摩擦においては、摩擦している各要素は、駆動力が「最大静止摩擦力」４０，４１に達するまでは、固定された（ゼロ相対速度）状態を維持する。これらのポイント４０，４１に到達すると、相対運動が始まり、摩擦力は、速度とは無関係な値４２，４３にまで低下する。
【００２３】
図６Ａに図示したように、被加工物１０を載置すると、被加工物の重量から生じる、矢印４４で表される力と、接触ばねから生じる、矢印４５で表される力との差は、点４１で表される最大静止摩擦力よりも、値４８だけ大きくなり、被加工物１０が接触ばね要素２８を圧縮する。被加工物１０は、複数の被加工物接触要素１４上で静止し、これらの被加工物接触要素１４は、被加工物の重量の一部を支持する。被加工物が複数の被加工物接触要素１４及び順応性の静止摩擦支持体１８に支持される状況を、図６Ｂに図示する。静止摩擦支持体に担持される重量の一部分が、矢印４６で表される力を静止摩擦支持体１８に加える。図６Ｂに図示される状況においては、この力４６と、矢印４７で表される接触ばねの力との差は、静止摩擦を上回るには不十分なので、被加工物は、スライダにより静止状態に保たれる。
【００２４】
図６Ｃでは、被加工物の重みが取り除かれ、矢印４９で表される接触ばね力が静止摩擦を上回り、スライダ要素を上昇させる。最大静止摩擦力は、静止摩擦ばね要素２２により加えられる力と、スライダ要素２６と収容空間２１の静止摩擦表面１９との間の静止摩擦係数とにより決定される。
【００２５】
スライダ要素２６が被加工物により圧縮された後に静止すると、その後は、振動力と接触ばね力との和が最大静止摩擦力を超過しない限り、スライダ要素は、被加工物の平面に対して垂直方向に振動しない。被加工物がスライダ要素と接触している間は、スライダ要素が振動しなければ、スライダ要素に支持されている被加工物の部分は振動しない。
【００２６】
図７は、１つ以上の順応性の静止摩擦支持体１８を含む、本発明の被加工物支持装置の別の一実施例の平面図である。これらの複数の順応性の静止摩擦支持体１８は、複数の被加工物接触要素１４が形成する平面内に概ね位置する。言い換えれば、一実施例においては、複数の被加工物接触要素１４が、概ね水平な面を形成する。
【００２７】
本発明の好適な一実施例によれば、複数の支持体１８は、被加工物の振動を最も効果的に抑制するような位置に設けられる。本発明の一実施例では、複数の支持体１８は、被加工物の、より長い支持されていない支点間の中間に配置される。精密加工システムが複数の順応性の静止摩擦支持体を使用する場合、圧縮された被加工物接触ばね要素が生じる力の総計は、被加工物の重量の半分を支持するのに必要な力を概ね超過しないことが望ましい。複数の被加工物接触要素１４の支持されていない支点間の動きを抑え、ウェーハ振動モードの共振振動数を制限するのに必要な、可能な限り多数の順応性の静止摩擦支持体１８を被加工物支持装置に取り付けてもよい。
【００２８】
好適には、複数の被加工物接触要素１４は、全体で、被加工物の重量の少なくとも４分の１を支持し、また、複数の静止摩擦支持体１８は、全体で、被加工物の重量の少なくとも４分の１を支持する。最も好適には、被加工物接触要素１４は、全体で、被加工物の重量の約半分を支持し、また、複数の静止摩擦支持体１８は、全体で、被加工物の重量の約半分を支持する。複数の接触要素１４が支持する被加工物の重量の割合が大きすぎると、被加工物が高周波振動を起こしやすくなるおそれがある。複数の静止摩擦支持体１８が支持する被加工物の重量の割合が高すぎると、被加工物全体が、外的要素に反応して動いてしまうおそれがある。
【００２９】
図８を参照すると、本発明のさらに別の被加工物支持装置が、１つ以上の被加工物接触要素１４を含む。図示された実施例においては、被加工物支持装置は、４個の被加工物接触要素と、それらの中心に位置する１個の順応性の静止摩擦支持体１８を含む。本発明は、被加工物接触要素及び順応性の静止摩擦支持体の有用な数、組み合わせ及び配置のすべてを意図したものである。比較的大きな被加工物の加工に当たっては、より多数の接触要素及び静止摩擦支持体を用いると便利であろう。ここでも、複数の被加工物接触要素１４が、全体で、被加工物の重量の約半分を支持し、また、複数の静止摩擦支持体１８が、全体で、被加工物の重量の約半分を支持することが最も望ましい。
【００３０】
従って、本発明は、上記の説明から明白となるもののなかでも、上に挙げた目的を効率的に達成するものであることを、理解されよう。本発明の範囲から逸脱することなく、特定の変更を上記の構成に行うことが可能であろうため、上記の説明に含まれた、又は添付の図面に示された事項はすべて、実例として解釈されるべきものであり、限定的な意味のものとしては意図されていない。さらに、以下の請求の範囲は、ここで説明した本発明のあらゆる一般的及び具体的特徴、及び、言語上の問題としてその範疇に入る可能性のある本発明の範囲のあらゆる記述を網羅しようとしたものであることを、理解されたい。
【００３１】
以上、本発明を説明したところで、新規であると訴え、特許証による保護を求めるところは
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の被加工物支持装置を含む集束イオンビームシステムの略図である。
【図２】  図１の被加工物支持装置の一部を示す断面図である。
【図３】  図１の被加工物支持装置の一部を示す平面図である。
【図４】  図１の被加工物支持装置の順応性の静止摩擦支持体の断面図である。
【図５】  図４の順応性の静止摩擦支持体の静止摩擦装置を線５−５に沿って切った断面図である。
【図６】  図６Ａ−図６Ｃは、図１及び図２の順応性の静止摩擦支持体のスライダに作用する力とその速度との関係を示すグラフ図である。
【図７】  図１に図示された被加工物支持装置の一部分の別の実施例の平面図である。
【図８】  図１に図示された被加工物支持装置の一部分のさらに別の実施例の平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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