(57)【要約】      （修正有）【課題】加工場所への１つ又は複数の異なるプロセスガスの供給を可能にし、且つ改良された構成を有し、且つ／又は供給プロセスガスのより精密な制御を可能にするようなシステムを提供する。【解決手段】プロセスガスを粒子ビームシステム１の加工場所７に供給するシステムは、ガスリザーバ６３と、ガス導管６５と、加工場所の近くに位置付けたパイプ６９と、ガス導管とパイプとの間に設けた弁６７と、弁６７を開閉して、プロセスガスを加工場所に供給しない第１動作モードからプロセスガスを加工場所に供給する第２動作モードへシステムを切り替えるよう構成したコントローラとを備える。コントローラは、弁６７を周期的に交互に開閉することができ、各周期は、弁が開く第１持続時間と弁が閉じる第２持続時間とを含み、第１持続時間と第２持続時間との比を変えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスガスを粒子ビームシステムの加工場所に供給するシステムであって、
ガスリザーバと、
該ガスリザーバに接続した第１端部を有するガス導管と、
前記加工場所の近くに位置付けた第１端部を有するパイプと、
前記ガス導管の第２端部と前記パイプの第２端部との間に設けた弁であり、前記ガスリザーバから前記ガス導管及び前記パイプを介して前記加工場所へのガス流を選択的に許可及び阻止するよう構成した弁と、
該弁を開閉し、プロセスガスを前記加工場所に供給しない第１動作モードからプロセスガスを前記加工場所に供給する第２動作モードへ前記システムを切り替え、且つ前記第２動作モードの開始時に前記弁を複数周期で交互に開閉するよう構成したコントローラであり、各周期は、前記弁が開く第１持続時間と、該第１持続時間の直後の前記弁が閉じる第２持続時間とを含み、少なくとも１対の連続周期で、第１周期における前記第１持続時間と前記第２持続時間との比が、対のうちの前記第１周期の後の第２周期における前記第１持続時間と前記第２持続時間との比よりも小さいという関係を満たすコントローラと
を備えたシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記関係は、６対以上、１１対以上、５１対以上、又は１０１対以上の連続周期で満たされるシステム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のシステムにおいて、前記関係は、３対以上、４対以上、６対以上、又は１１対以上の直接連続した周期で満たされるシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記第１動作モードは、１秒よりも長いか又は１０秒よりも長い持続時間を有するシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステムにおいて、第２動作モードは、０．１秒よりも長いか又は１秒よりも長い持続時間を有するシステム。
【請求項６】
プロセスガスを粒子ビームシステムの加工場所に供給するシステムであって、
前記加工場所の近くに位置付けた第１端部を有するパイプと、
第１ガスリザーバと、
該第１ガスリザーバに接続した第１端部を有する第１ガス導管と、
該第１ガス導管の第２端部と前記パイプの第２端部との間に設けた第１弁であり、前記第１ガスリザーバから前記第１ガス導管及び前記パイプを介して前記加工場所へのガス流を選択的に許可及び阻止するよう構成した第１弁と、
第２ガスリザーバと、
該第２ガスリザーバに接続した第１端部を有する第２ガス導管と、
該第２ガス導管の第２端部と前記パイプの第２端部との間に設けた第２弁であり、前記第２ガスリザーバから前記第２ガス導管及び前記パイプを介して前記加工場所へのガス流を選択的に許可及び阻止するよう構成した少なくとも１つの第２弁と、
前記第１弁及び前記第２弁を複数周期で開閉するよう構成したコントローラであり、各周期は、前記第１弁が開き前記第２弁が閉じる第１持続時間と、前記第１弁が閉じ前記第２弁が開く第２持続時間とを含むコントローラと
を備え、該コントローラを、前記第１ガスリザーバから前記加工場所に供給されるガスの量と前記第２ガスリザーバから前記加工場所に供給されるガスの量との混合比を調整するために、前記第１持続時間と前記第２持続時間との比を変えるようさらに構成したシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムにおいて、各周期は、前記第１弁及び前記第２弁の両方が閉じる少なくとも１つの第３持続時間を含むシステム。
【請求項８】
プロセスガスを粒子ビームシステムの加工場所に供給するシステムであって、
前記加工場所を収容した真空外囲器と、
該真空外囲器を排気する真空ポンプと、
前記真空外囲器内のガス圧を示す圧力信号を発生するよう構成した圧力センサと、
少なくとも１つのガスリザーバと、
該ガスリザーバに接続した第１端部を有する少なくとも１つのガス導管と、
前記加工場所の近くに位置付けた第１端部を有するパイプと、
前記少なくとも１つのガス導管の第２端部と前記パイプの第２端部との間に設けた弁であり、前記少なくとも１つのガスリザーバから前記少なくとも１つのガス導管及び前記パイプを介して前記加工場所へのガス流を選択的に許可及び阻止するよう構成した弁と、
該弁を開閉し、プロセスガスを前記加工場所に供給しない第１動作モードからプロセスガスを前記加工場所に供給する第２動作モードへ前記システムを切り替え、且つ該第２動作モードで前記弁を複数周期で開閉するよう構成したコントローラであり、各周期は、前記弁が開く第１持続時間と、該第１持続時間の直後の前記弁が閉じる第２持続時間とを含み、該コントローラを、前記圧力信号に基づき前記第１持続時間と前記第２持続時間との比を調整するよう構成したコントローラと
を備えたシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムにおいて、前記コントローラを、前記圧力信号が所定値を有するように前記比を調整するよう構成したシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムにおいて、複数のガスリザーバと、複数のガス導管と、複数の弁とを備え、
前記複数のガスリザーバは異なるガスを収容し、
前記コントローラは、複数の所定値用のメモリを備え、
前記複数の弁のそれぞれを前記複数の所定値の１つに関連付け、
前記コントローラを、前記第２動作モードで前記複数の弁のうち選択した弁を開閉して、前記圧力信号が前記選択した弁に関連する所定値に対応する値を有するよう前記比を調整するよう構成したシステム。
【請求項１１】
プロセスガスを粒子ビームシステムの加工場所に供給するシステムであって、
前記加工場所の近くに位置付けた第１端部を有するパイプと、
第１ガスリザーバと、
該第１ガスリザーバに接続した第１端部を有する第１ガス導管と、
該第１ガス導管の第２端部と前記パイプの第２端部との間に設けた第１弁であり、前記第１ガスリザーバから前記第１ガス導管及び前記パイプを介して前記加工場所へのガス流を選択的に許可及び阻止するよう構成した第１弁と、
少なくとも１つの第２ガスリザーバと、
該少なくとも１つの第２ガスリザーバに接続した第１端部を有する少なくとも１つの第２ガス導管と、
該少なくとも１つの第２ガス導管の第２端部と前記パイプの第２端部との間に設けた少なくとも１つの第２弁であり、前記少なくとも１つの第２ガスリザーバから前記少なくとも１つの第２ガス導管及び前記パイプを介して前記加工場所へのガス流を選択的に許可及び阻止するよう構成した少なくとも１つの第２弁と、
前記第１ガス導管及び前記少なくとも１つの第２ガス導管を共通して加熱するよう構成したヒータと
を備え、前記第１ガスリザーバは、フッ素ガス及び塩素ガスの一方を収容し、
前記少なくとも１つの第２ガスリザーバは、フッ素及び塩素を含有せず、ＳｉＯ２、Ｏ２、Ｎ２、及びＨ２Ｏの少なくとも１つを含むか、又はＰｔ、Ｗ、Ａｕ、Ｊ、及びＣの１つを含む少なくとも１つの化合物を含むガスを収容するシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記フッ素ガス及び前記塩素ガスの一方を収容した前記ガスリザーバを能動冷却しないシステム。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つのガス導管は、１００ｍｍよりも長いか又は２００ｍｍよりも長い長さを有するシステム。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つのガス導管は、１００ｍｍ３よりも大きいか又は２００ｍｍ３よりも大きい体積を有するシステム。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記弁は前記コントローラが制御するアクチュエータを備えたシステム。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記加工場所へ指向させた粒子ビームを発生するよう構成した粒子ビームカラムをさらに備えたシステム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のシステムにおいて、前記粒子ビームカラムは、前記加工場所へ指向させた電子ビームを発生するよう構成した電子ビームカラムを含むシステム。
【請求項１８】
請求項１６に記載のシステムにおいて、前記粒子ビームカラムは、前記加工場所へ指向させたイオンビームを発生するよう構成したイオンビームカラムを含むシステム。
【請求項１９】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記加工場所へ指向させた電子ビームを発生するよう構成した電子ビームカラムと、前記加工場所へ指向させたイオンビームを発生するよう構成したイオンビームカラムとをさらに備えたシステム。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記パイプ、前記少なくとも１つの弁、及び前記少なくとも１つのガス導管の少なくとも一部を、真空外囲器内に共通して収容したシステム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つのガスリザーバを前記真空外囲器内に収容したシステム。
【請求項２２】
請求項２０に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つのガスリザーバを、前記真空外囲器の外部に位置付け、前記少なくとも１つのガス導管は、前記真空外囲器の壁を通過するシステム。
【請求項２３】
請求項２０〜２２のいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記弁と前記加工場所との間の距離は、１００ｍｍよりも短いか、７０ｍｍよりも短いか、又は５０ｍｍよりも短いシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体を加工するために粒子ビーム及びプロセスガスを物体に供給するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本願は、２０１２年１月２３日付けで出願された独国特許出願第１０  ２０１２  ００１  ２６７．５号の優先権を主張し、当該出願の全内容を参照により本明細書に援用する。
【０００３】
粒子ビームシステムは、物体への材料の堆積又は物体からの材料の除去により小型物体を加工及び修正するために用いられる。堆積させる材料の前駆体を含むプロセスガスを、物体上の加工場所に供給することができ、その場合は前駆体が、材料を加工場所又は加工場所を包囲する領域に堆積させるよう粒子ビームにより活性化される。代替的に、適当なプロセスガスを物体上の加工場所に供給することができ、その場合はプロセスガスが、物体から放出された物体の材料との化合物を形成してその後に除去され得るよう粒子ビームにより活性化される。
【０００４】
このようなシステムの一例は、特許文献１から既知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国出願公開第２００６／０２８４０９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、加工場所への１つ又は複数の異なるプロセスガスの供給を可能にし、且つ改良された構成を有し、且つ／又は供給プロセスガスのより精密な制御を可能にするようなシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、プロセスガスを加工場所に供給するシステムは、少なくとも１つのガスリザーバと、少なくとも１つのガスリザーバに接続した第１端部を有する少なくとも１つのガス導管と、加工場所の近くに位置付けた第１端部を有するパイプと、少なくとも１つのガス導管の第２端部とパイプの第２端部との間に設けた弁であり、少なくとも１つのガスリザーバから少なくとも１つのガス導管及びパイプを介して加工場所へのガス流を選択的に許可及び阻止するよう構成した弁とを備える。本明細書中、ガスリザーバは、リザーバから出ることができるガス状物質を提供する材料を貯蔵する任意の装置である。ガスリザーバ内の材料は、気体状態、液体状態、若しくは固体状態であり得るか、又は気体状態、液体状態、若しくは固体状態の混合物を含み得る。ガスリザーバは、例えば、材料を圧縮ガス又は液体として貯蔵するガスボトルを含み得るか、又は昇華によりガスを放出する固体状態でガスを貯蔵する容器を含み得る。
【０００８】
いくつかの実施形態によれば、加工場所にプロセスガスを供給するシステムは、ガスリザーバと加工場所との間のガス供給路に設けた弁を開閉し、プロセスガスを加工場所に供給しない第１動作モードからプロセスガスを加工場所に供給する第２動作モードへシステムを切り替え、且つ第２動作モードの開始時に弁を複数周期で交互に開閉するよう構成したコントローラであり、各周期は、弁が開く第１持続時間と、第１持続時間の直後の弁が閉じる第２持続時間とを含むコントローラを備える。
【０００９】
本明細書中の例示的な実施形態によれば、少なくとも１対の連続（subsequent）周期で以下の関係が満たされる。すなわち、対のうちの第１周期における第１持続時間と第２持続時間との比は、対のうちの第１周期の後の第２周期における第１持続時間と第２持続時間との比よりも小さい。
【００１０】
さらに他の実施形態によれば、この関係は、６対以上、１１対以上、５１対以上、又は１０１対以上の連続周期で満たされる。
【００１１】
本明細書中、対を形成する連続周期は、時間的に相互のすぐ隣にある必要はなく、弁を開閉する１つ又は複数の周期を対のうちの２つの連続周期の間に設けることができる。
【００１２】
特定の実施形態によれば、上記関係は、１対、３対以上、４対以上、６対以上、又は１１対以上の直接連続した（immediately subsequent）周期で満たされる。
【００１３】
さらに他の例示的な実施形態によれば、第１動作モードは、１秒よりも長い、数秒の、又は１０秒よりも長い持続時間を有し、且つ／又は第２動作モードは、０．１秒よりも長い、又は１秒以上の持続時間を有する。プロセスガスを加工場所に供給しない場合には、システムを第１動作モードへ切り替える。その場合、粒子ビームを加工場所へ指向させないこと、又は物体を全く修正しないように粒子ビームを停止させることが可能である。複数の異なるプロセスガスを用いる場合、システムを複数のプロセスガスの選択したものに関して第１動作モードにして、選択プロセスガスを加工場所に供給しないようにし、選択プロセスガスを用いた加工が行われないようにすることができる。粒子ビームを起動して加工場所へ指向させて、選択プロセスガスが粒子ビームにより活性化されないようにし、選択プロセスガスを用いた加工場所における材料の堆積又は加工場所からの材料の除去を回避するようにしてもよい。しかしながら、選択プロセスガスとは異なる他の何らかのプロセスガスを、この他のプロセスガスを用いた加工場所への材料の堆積又は加工場所からの材料の除去のために、加工場所に供給してもよい。
【００１４】
第２動作モードは、プロセスガスを加工場所に供給して、加工場所への材料の堆積又は加工場所からの材料の除去のためにプロセスガスが粒子ビームにより活性化されるようにするためのものである。プロセスガスが第２動作モードで加工場所に供給されている間、リザーバと加工場所との間のガス供給路に設けた弁を短期間だけ閉じることが可能である。弁は、加工場所から一定の距離だけ離れて位置付けられ、それに従って加工場所から離れた場所のガス流を変更する。パイプ内及びパイプの第１端部と加工場所との間のガスの圧力差を均衡させるプロセスとパイプ内のガスの拡散プロセスとにより、弁の閉鎖により生じるガス流の突然の中断から、同じく加工場所へ向かうガス流の突然の中断が生じることがない。したがって、第２動作モードでの弁の周期的開閉は、加工場所へのプロセスガスの連続的又は準連続的供給を依然としてもたらし得る。こうした動作下では、１回毎に加工場所に供給されるプロセスガスの量を、弁が開く第１持続時間と弁が閉じる第２持続時間との比を調整することにより所望の値に調整することができる。
【００１５】
さらに、ガス流は、デューティサイクルと呼ぶこともできる第１持続時間と第２持続時間との比に応じて決まるだけではない。ガス流は、弁のすぐ上流にあるガス導管の体積内に供給されたガスのガス圧に応じても決まる。状況によっては、弁のすぐ上流にあるガス導管内のガス圧が、ガスを長期間にわたって加工場所に供給しない第１動作モードの終了時に比較的高いことが判明した。しかしながら、第２動作モードの開始時及び第２動作モード中には、弁のすぐ上流のガス圧は低下し続ける。所望のガス流を加工場所に供給するために第１持続時間と第２持続時間との間の比を所定の一定値で維持するよう第２動作モードを制御した場合、弁のすぐ上流のガス圧が低下するので、これにより実際には、第２動作モード中に加工場所に供給されるガス流が減少し続けることになる。
【００１６】
こうした理由で、第２動作モード中に加工場所への実質的に一定ガス流量を維持するために、上述の実施形態では連続周期の第１持続時間及び第２持続時間を変えて、第２持続時間に対する第１持続時間の比が時間と共に増加するようにする。上述の関係を満たす１対又は複数対の周期が、複数の連続周期の中にある。この関係は、第２動作モードの開始時及び第２動作モード中のデューティサイクルの時間の増加を定義する。しかしながら、デューティサイクルが厳密に単調増加している必要はない。デューティサイクルを複数の直接連続した周期中に一定に維持することが可能であり、又はデューティサイクルを短期間だけ減らすことさえ可能である。特定の実施形態のみが、第２動作モードの開始時及び第２動作モード中に厳密に単調増加するデューティサイクルを用いる。
【００１７】
例示的な実施形態によれば、プロセスガスを加工場所に供給するシステムは、複数のガスリザーバと、それぞれが各ガスリザーバに接続した第１端部を有する複数のガス導管と、加工場所に近い第１端部を有する単一のパイプと、ガス導管の１つの第２端部とパイプの第２端部との間にそれぞれ設けた複数の弁とを備える。複数のリザーバの１つに貯蔵した所望のプロセスガスを、選択した弁を開くことによりパイプを介して加工場所に供給することが可能である。複数の弁の１つのみを開き、残りの弁を閉じた場合、それに従って１つのプロセスガスのみがパイプを介して加工場所に供給される。しかしながら、パイプを介して２つ以上のプロセスガスを加工場所に供給するために、複数の弁のうち２つ以上を同時に開いて複数のプロセスガスの混合物を加工場所に供給するようにすることも可能である。
【００１８】
例示的な実施形態によれば、複数のプロセスガスを加工場所に供給するシステムは、第１弁及び第２弁を周期的に開閉するよう構成したコントローラであり、各周期は、第１弁が開き第２弁が閉じる第１持続時間と、第１弁が閉じ第２弁が開く第２持続時間とを含むコントローラを備える。コントローラは、加工場所に供給されるガス混合物の混合比を調整するために第１持続時間と第２持続時間との比を変えるようさらに構成する。
【００１９】
２つの弁を同時に開かないよう制御して、弁を通るガス流が交互に生じるようにする。これにより、弁の下流のガス体積内、パイプの一部内、又はパイプの全体積内で、２つの異なるガスの混合が回避されるか又は少なくとも大幅に低減される。それでもなお、２つのガスの混合物が加工場所に供給され、供給ガスの混合比は、第１持続時間及び第２持続時間により制御される。異なるプロセスガスのこのような交互の供給を提供することにより、供給ガスを粒子ビームで活性化することによって加工場所に材料の混合物を堆積することが可能である。堆積した材料は、プロセスガスとして供給した前駆体から形成され、材料の混合物の堆積は、堆積プロセスが第１持続時間及び第２持続時間と比べて遅いので連続的又は準連続的に生じ得る。
【００２０】
弁の下流のガス体積内及びパイプ内を同時に流れるいくつかのプロセスガスが相互に反応して、例えばパイプ内の望ましくない材料堆積をもたらすことが判明した。パイプ内のガス混合物から生じるパイプ内のこのような材料堆積は、ガスが弁の下流のガス体積及びパイプを通って交互に流れるような上述の周期に従った弁の交互制御により、大幅に低減することができる。
【００２１】
本明細書中の例示的な実施形態によれば、各周期は、両方の弁が閉じる少なくとも１つの第３持続時間を含み得る。これにより、パイプ内を流れるガスのさらなる時間的且つ局所的な分離が得られることで、パイプ内での２つのガスの相互反応により生じる堆積がさらに減るようになり、加工場所における材料の混合物の堆積は依然として悪影響を受けない。
【００２２】
さらに他の実施形態によれば、２つ以上の弁を交互に制御し、単一の弁の制御に関して上述したように加工場所に向けてそれぞれのガスを一定流量提供するために、各弁のデューティサイクルを第２動作モードの開始時又は第２動作モード中に増加させる。本明細書中、第２動作モードの開始時にガス毎に異なるデューティサイクルの変化率を提供することが特に可能である。
【００２３】
例示的な実施形態によれば、プロセスガスを加工場所に供給するシステムは、加工場所を収容した真空外囲器と、真空外囲器を排気する真空ポンプと、真空外囲器内のガス圧を示す圧力信号を発生するよう構成した圧力センサと、少なくとも１つのガスリザーバと、ガスリザーバと加工場所との間のガス流路に設けた少なくとも１つの弁と、コントローラとを備える。コントローラは、弁を開閉し、プロセスガスを加工場所に供給しない第１動作モードからプロセスガスを加工場所に供給する第２動作モードへシステムを切り替えるよう構成することができる。コントローラは、第２動作モードで弁を周期的に開閉するようさらに構成することができ、各周期は、弁が開く第１持続時間と、第１持続時間の直後の弁が閉じる第２持続時間とを含む。コントローラは、圧力信号に基づき第１持続時間と第２持続時間との比を調整するよう構成することができる。
【００２４】
すでに上述したように、加工場所に供給されるガス流の量は、第１持続時間と第２持続時間との比、すなわち制御される弁のデューティサイクルに応じて決まるだけでなく、他の因子、例えば弁の上流のガス体積内のガス圧、供給ガスのタイプ、及び他の可能性のある既知の因子等に応じても決まる。しかしながら、実際には、加工場所に向けて一定ガス流量を提供することが望ましく、所望の一定ガス流量は、先行の実験で有利であることが分かっている。しかしながら、先行の実験は、弁の上流のガス圧及び他の因子に関して異なる条件下で行った可能性があるので、先行の実験のみに基づき弁のデューティサイクルを調整することは困難である。圧力センサが測定した真空外囲器内のガス圧に基づきデューティサイクルを制御した場合、以後の実験がリザーバ内及び弁の上流のガス圧及び他の可能性のある因子に関して異なる場合でも、所望の有利な結果を達成できることが多いことが判明した。したがって、デューティサイクルの調整と、それに対応して得られる、物体への材料の堆積又は物体からの材料の除去に関して有利な結果を達成する圧力信号とを決定するために、弁のデューティサイクルを変えることにより加工場所に向けた異なる量のガス流を用いて実験を行うことが可能である。所望の結果を繰り返すために、得られた信号を続いて以後の加工で用い、その場合の制御は圧力信号に基づくものであるので、異なる加工では異なるデューティサイクルとなる可能性がある。
【００２５】
いくつかの例示的な実施形態によれば、プロセスガスを加工場所に供給するシステムは、異なるプロセスガスを貯蔵する複数のガスリザーバと、それぞれをガスリザーバの１つに関連付けた複数の弁とを備える。コントローラが複数のメモリを備え、各メモリがリザーバの１つに関連付けられ、特定のリザーバに貯蔵されたガスのデューティサイクルを調整するためにコントローラが用いる圧力信号を表す値を記憶する。ガスセンサの感度がガスのタイプ毎に異なり得るので、異なるガスが真空外囲器内に同じ絶対圧力で供給された場合でも、異なるガスが異なる圧力信号をもたらし得ることが判明した。したがって、異なるガスに対して異なる値の圧力信号を提供し、コントローラが異なる値を用いて異なるガスに関するガス供給のデューティサイクルを制御することが有利である。
【００２６】
いくつかのさらに他の例示的な実施形態によれば、プロセスガスを粒子ビームシステムの加工場所に供給するシステムは、加工場所の近くに位置付けた第１端部を有するパイプと、第１ガスリザーバと、第１ガスリザーバに接続した第１端部を有する第１ガス導管と、第１ガス導管の第２端部とパイプの第２端部との間に設けた第１弁であり、第１ガスリザーバから第１ガス導管及びパイプを介して加工場所へのガス流を選択的に許可及び阻止するよう構成した第１弁と、少なくとも１つの第２ガスリザーバと、少なくとも１つの第２ガスリザーバに接続した第１端部を有する少なくとも１つの第２ガス導管と、少なくとも１つの第２ガス導管の第２端部とパイプの第２端部との間に設けた少なくとも１つの第２弁であり、少なくとも１つの第２ガスリザーバから少なくとも１つの第２ガス導管及びパイプを介して加工場所へのガス流を選択的に許可及び阻止するよう構成した少なくとも１つの第２弁と、第１ガス導管及び少なくとも１つの第２ガス導管を共通して加熱するよう構成したヒータとを備え、第１ガスリザーバは、フッ素ガス及び塩素ガスの一方を収容し、少なくとも１つの第２ガスリザーバは、フッ素及び塩素を含有せず、ＳｉＯ２、Ｏ２、Ｎ２、及びＨ２Ｏの少なくとも１つを含むか、又はＰｔ、Ｗ、Ａｕ、Ｊ、及びＣの１つを含む少なくとも１つの化合物を含むガスを収容する。
【００２７】
本発明の上記の特徴及び他の有利な特徴は、添付図面を参照した以下の本発明の例示的な実施形態の詳細な説明からより明白になるであろう。本発明の可能な実施形態全てが本明細書で特定する利点の１つ１つ又はいずれかを必ずしも示すわけではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】粒子ビームシステムの概略図を示す。
【図２】プロセスガスを加工場所に供給するシステムの概略図である。
【図３】図２に示すシステムの弁の制御を示すグラフを示す。
【図４】図２に示すシステムの２つの弁の制御を示す２つのグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
後述する例示的な実施形態では、機能及び構造が同様であるコンポーネントは、可能な限り同様の参照符号で示す。したがって、特定の実施形態の個々のコンポーネントの特徴を理解するために、他の実施形態の説明及び本開示の概要を参照されたい。
【００３０】
図１は、少なくとも１つの粒子ビーム及び少なくとも１つのプロセスガスを加工場所に供給するシステムの概略図である。システム１は、物体３の加工対象領域をシステム１の加工場所７に又はその近くに位置付けるよう物体マウント５上に取り付けた物体３の加工に用いることができる。図示の実施形態の加工システム１は、２つの粒子ビームカラム１１及び１３を備え、各粒子ビームカラム１１、１３は、それぞれ粒子ビーム１２及び１５を発生し、粒子ビーム１２、１５の両方を加工場所７へ指向させることができる。図示の実施形態では、粒子ビームカラム１１は電子ビームカラムであり、発生する粒子ビーム１２は電子ビームであり、粒子ビームカラム１３はイオンビームカラムであり、粒子ビーム１５はイオンビームである。
【００３１】
物体マウント５は、物体３の表面上の複数の異なる選択可能な領域を粒子ビーム１２及び１５で加工することができるように、加工場所７に対して物体を３つの異なる方向に変位させることができるよう構成され得る。さらに、物体マウント５は、粒子ビーム１２及び１５に対する物体３の向きを変えるよう構成され得る。
【００３２】
電子ビームカラム１１は、電極２１を有する電子源１９を備え、電極２１は、電子源の陰極から電子ビームを引き出してビームの電子を加速させる。電子ビームカラム１１は、電子ビーム１２を整形するコンデンサレンズ系２３と、電子ビーム１２を加工場所７に集束させる対物レンズ２５とをさらに備える。物体３への電子ビーム１２の入射場所を変えるためにビームデフレクタ２７を設け、ビームを物体表面にわたって走査できるようにし、電子ビームカラム内に位置付けたデフレクタ２９又は電子ビームカラム１１に隣接して位置付けたデフレクタ３１を用いて、二次電子及び後方散乱電子等の物体から放出された粒子を検出することができる。デフレクタ２９、３１の検出信号を用いて、電子ビームで走査した物体の領域の電子顕微鏡画像を生成することができる。
【００３３】
イオンビームカラム１３は、イオン源３３とイオンビーム１５を整形し加速させる電極３５とを備える。ビームデフレクタ３７及び集束コイル又は集束電極３９を用いて、イオンビーム１５を加工場所７に集束させ、イオンビームを物体３にわたって走査する。
【００３４】
システム１は、加工場所７を真空体積５３内に位置付けるよう加工場所７を包囲する囲い壁５１を有する真空外囲器４９をさらに備える。真空体積５３を排気するために、ポンプポート５５を介して真空ポンプ５６を真空外囲器４９に接続する。粒子ビームカラム１１、１３の前端部は、真空体積５３内に突出し、囲い壁５１に対してシールされる。粒子ビームカラム１１及び１３は、ビームカラムの内部を排気するための追加のポンプポート７５を有していてもよく、追加のポンプポート７５は、真空ポンプ５６又は追加の真空ポンプに接続することができる。
【００３５】
システム１は、少なくとも１つのプロセスガスを加工場所７に供給するガス供給システム６１をさらに備える。図１は、真空外囲器４９の外部に位置付けたガスリザーバ６３、真空外囲器４９の壁５１を通過するガス導管６５、弁６７、及び加工場所７の近くに位置付けた端部を有するパイプ６９を概略的に示す。
【００３６】
代替的な実施例によれば、ガスリザーバ６３を真空外囲器４９内に位置付けて、ガス導管６５が真空外囲器４９の壁５１を通過せずに対応の真空シールを回避できるようにすることができる。
【００３７】
さらに、ガス供給システム６１は、パイプ６９の端部を加工場所７に対して位置決めするよう構成した位置決めシステム（図１には示さない）を含み得る。この目的で、ガス供給システム６１全体を加工場所に対して変位させることが可能であり、又は、加工場所に対して変位させるのがパイプ６９等のガス供給システムの一部のみで、パイプ等の部分がガス供給システムの残りの部分に可撓導管を介して接続される。
【００３８】
リザーバ６３内に貯蔵したプロセスガスを加工場所７に向けて流すために、弁６７をコントローラ７１により制御する。加工場所７又は加工場所に近い領域で物体に材料を堆積するか、又は物体３から材料を除去するために、加工場所７において、プロセスガスをイオンビーム１５又は電子ビーム１２により活性化することができる。コントローラ７は、粒子ビーム１２及び１５それぞれを物体３の表面上の選択可能な異なる場所へ指向させて、粒子ビームでの供給プロセスガスの活性化により材料の堆積又は材料の除去が生じる場所を変えるために、ビームデフレクタ２７及び３７をさらに制御し得る。
【００３９】
システム１は、真空体積５３内のガス圧を検出して圧力信号をコントローラ７１に供給する真空センサ７３をさらに備え、圧力信号は、真空体積５３内のガス圧を示す。
【００４０】
図２は、ガス供給システム６１をある程度詳細に示す概略図である。ガス供給システム６１は、３つの異なるプロセスガスの在庫を貯蔵する３つのガスリザーバ６３１、６３２、６３３を備える。ガス導管６５１、６５２、６５３の第１端部７５１、７５２、７５３を、ガスリザーバ６３１、６３２、６３３に接続する。リザーバのそれぞれが各自のブロック弁を備えていてもよく、又は各ブロック弁７６１、７６２、７６３をリザーバ６３１、６３２、６３３とガス導管６５１、６５２、６５３の第１端部７５１、７５２、７５３との間に設けることができる。ブロック弁は、手動で作動させることができるか、又はガス供給システム６１を始動させるためにコントローラ７１により開くことができ、ガス供給システム６１の動作を停止させるために閉じることができる。
【００４１】
弁６７１、６７２、６７３は、ガス導管６５１、６５２、６５３の第１端部７５１、７５２、７５３の反対側の第２端部７７１、７７２、７７３に接続する。弁６７１、６７２、６７３は、ガス導管６５１、６５２、６５３の端部７７１、７７２、７７３及び各弁６７１、６７２、６７３を通るガスの流れを選択的に許可及び阻止するよう構成される。図示の実施例では、弁６７１、６７２、６７３は電磁弁であり、それぞれが、コントローラ７１に接続した端子８０１、８０２、８０３を有するコイルマグネット７９１、７９２、７９３を備えることで、弁を選択的に開閉するためにコントローラ７１が活性化電流をコイル７９に供給し得る。
【００４２】
パイプ６９は、加工場所７の近くに位置付けた第１端部８１と、弁６７１、６７２、６７３に接続したマニホルド８５に接続した第２端部８３とを有する。
【００４３】
図３の上側部分は、時間ｔに従ったコントローラ７１による弁６７１、６７２、６７３の１つの制御を示すグラフを示す。特に、グラフは、時間１０１における第１動作モードから第２動作モードへの、また時間１０３における第２動作モードから再び第１動作モードへの、システム１の切り替えを示す。システムが時間１０１の前に設定されている第１動作モードは、１秒よりも長く、数秒、又は数時間にもなり得る持続時間１０２を有する。システムが時間１０１と１０３との間にある第２動作モードは、０．１秒よりも長く、１秒よりも長く、又は数分にもなり得る持続時間１０４を有する。第１動作モードでは、プロセスガスを加工場所に供給せず、弁は図３に「閉」で示す閉位置にある。第２動作モード１０４では、プロセスガスを加工場所に供給し、弁は、期間１０４の間は一時的に図３に「開」で示す開位置にある。
【００４４】
弁は、第２動作モード１０４の間に周期的に交互に開閉させる。周期は持続時間１０５を有する。図示の実施例では、全周期が同じ持続時間１０５を有する。しかしながら、異なる周期が異なる持続時間を有することも可能である。
【００４５】
各周期において、弁を期間１０７の間は開き、期間１０８の間は閉じる。弁が開く第１持続時間１０７と弁が閉じる第２持続時間１０８との比は、周期１０５毎に決定することができる。このような比をデューティサイクルと呼ぶこともできる。
【００４６】
第２動作モードの開始時、すなわち時間１０１の後、第２動作モードでの加工場所に向けた一定流量のプロセスガスを維持するために、デューティサイクルを固定値に達するまでサイクル毎に増加させる。いくつかの実施例では、第２動作モードの開始時における比又はデューティサイクルの値は、長期間にわたるプロセスガスの供給に用いる固定値の０．２倍、０．４倍、又は０．６倍よりも小さくすることができる。デューティサイクルを第２動作モードの開始時に増加させる時間は、例えば０．５秒、１秒、２秒、又は５秒となり得る。デューティサイクルは、その値が例えば２秒以内又は５秒よりも長い期間内で１０％よりも大きく変わらない場合に固定とみなすことができる。周期１０５の持続時間を短くして、デューティサイクルがその固定値に達するまで６周期以上、１１周期以上、又は２１周期以上を第２動作モードの開始時に行うようにしてもよい。１つの周期１０５の持続時間は、例えば１秒よりも短く、０．５秒よりも短く、又は０．１秒よりも短くすることができる。
【００４７】
プロセスガスの前駆体が提供した材料の堆積により、又はプロセスガスを用いた物体からの材料の除去により、物体の加工を加工場所で行う第２動作モードでは、プロセスガスを一定流量で、すなわち単位時間当たり一定のガス量で、加工場所に供給することが概して望ましい。すでに第２動作モードの開始時に長期間にわたって望ましい流量で、プロセスガスを供給するのに適したデューティサイクルを用いることが望ましいと思われるかもしれない。しかしながら、ガスリザーバ及びガスリザーバを弁と接続するガス導管のいくつかの特性は、システムが第２動作モードにある際に経時変化する。特に、リザーバ内及び弁のすぐ上流のガス導管内のガス圧は、第２動作モードの開始時にすぐの方が、その後になって一定のデューティサイクルを用いてプロセスガスを加工場所に供給する際よりも大きい。例えば、ガスは、限られた速度でガスリザーバ内の固体材料の昇華により発生させることができる。プロセスガスを加工場所に供給しない第１動作モードがかなりの持続時間を有する場合、相当量のプロセスガスがリザーバ及びガス導管内に蓄積し得る結果としてガス圧が上昇し、これは弁を開くとすぐに低下し、ガスがリザーバ及びガス導管からパイプを通って加工場所へ向かって逃げることができる。さらに、ガス導管は、ガス流に対する抵抗を与えるので、ガス流が生じない第１動作モードの終了時の弁におけるガス圧と比べて、第２動作モード中にガス導管６５を通るガス流が生じる際の弁６７におけるガス圧が低い。
【００４８】
図示の実施例では、４つの周期１０５を時間１０１における第２動作モードの開始時に示す。期間１０７と１０８との比は、これら４つの周期で連続して増加する。４周期という数は、説明のために用いているにすぎず、実際には、比を増加させる周期の数をより多くして用いることができる。さらに、比の増加は、連続的に、すなわち厳密に単調に生じる必要はない。比を段階的に増加させて、段階間で一定に維持する可能性もある。短期間だけ比を減少させることもさらに可能である。
【００４９】
上述のような第２動作モード１０４の開始時における期間１０７と１０８との比の制御に加えて、より詳細に後述するように、この比のさらなる制御を行うことが可能である。このような付加的な制御は、加工場所へ向かうガス流を所望の値に調整するのに有利である。これは、例えば、持続時間１０７と１０８との比、すなわちデューティサイクルを、過去に有利であると判明した値に調整することにより達成され得る。
【００５０】
しかしながら、図示の実施例では、デューティサイクルを経時変化させて、真空センサ７３が所定の圧力信号を発生するようにする。圧力信号Ｐの量の時間依存性を図３の下側部分に示す。プロセスガスを長期間にわたり加工場所に供給しない第１動作モード１０２では、真空ポンプ５６の処理量及び真空外囲器５１の漏れ速度により決まる高真空が真空体積５３内にある。圧力センサ７３が発生した圧力信号Ｐは、第１動作モード１０２では低い値１１３にある。システムを第１動作モードから第２動作モードへ切り替える時間１０１の直後に、圧力値Ｐは依然として低い値１１３にあるが、これは加工場所に供給したプロセスガスが圧力センサにまだ達していないからである。圧力値Ｐの増加は、その後の時間１１７の後に検出することができる。コントローラは、持続時間１０７と１０８との比、すなわち弁６７のデューティサイクルを、さらに後の時間１１９で圧力信号Ｐに基づき調整し始める。時間１１９の後に、圧力信号Ｐが例えば先行の実験で有利であると判明した所定値１１５をとるようデューティサイクルを制御する。
【００５１】
時間１０３における第２動作モードの終了時に弁を閉じると、圧力信号Ｐは、グラフの部分１２１で示すようにある程度遅れて減少する。図３は、第２動作モードの最終周期の持続時間が最後から２番目の周期１０５の持続時間よりも短いことも示すが、これは、システムを第２動作モードから再び第１動作モードへ切り替える時間１０３に弁を閉じるからである。
【００５２】
図３を参照して上述した弁の制御は、図２に示す弁６７１、６７２、６７３のそれぞれに適用できる。本明細書中、プロセスガス毎に異なる所定値１１５を用いることが可能であり、異なる値１１５をコントローラ７１内のデータメモリ１６１１、１６１２、１６１３に記憶させることができる。さらに、３つのガスリザーバ、ガス導管、及び弁の数は、説明のために用いた例示的な数である。図３を参照して説明した弁の制御は、１つ又は２つのガスリザーバ又は４つ以上のガスリザーバを有するガス供給システムにも適用できる。さらに、図３を参照して上述した弁の制御は、別個に構成した２つ以上のガス供給システムの弁に適用でき、その場合は各ガス供給システムが、弁と加工場所との間に設けた各自のパイプを有する。
【００５３】
図４は、２つのプロセスガスの混合物を加工場所７に供給するためにコントローラ７１を用いて２つの異なる弁を制御する方法を示す。時間に応じた第１弁の制御を図４の上側部分に示し、時間に応じた第２弁の制御を図４の下側部分に示し、ここで、「開」は各弁の開位置を示し、「閉」は各弁の閉位置を示す。
【００５４】
制御は、周期１２９に従って行い、各周期１２９は、第１弁が開き第２弁が閉じる持続時間１２３を有する第１部分と、第１弁が閉じ第２弁が開く持続時間１２５の第２部分と、両方の弁が閉じる持続時間１２７を有する２つの第３部分とを含む。２つの弁は、それに従って交互に開閉する。
【００５５】
図４は、持続時間１２３を持続時間１２５で割ることにより得られる比の２つの異なる設定を、それぞれ左部分及び右部分に示す。図４の左部分では、この比が図４の右部分よりも大きい。持続時間１２３と１２５との比から、２つの弁を介して加工場所に供給されるプロセスガスの混合比が決まる。プロセスガスの所望の混合比は、上記で示したように期間１２３と１２５との比を変えることにより調整することができる。さらに、弁の交互制御には、２つのプロセスガスがマニホルド８５及びパイプ６９内で混ざらないか又は実質的に混ざらないことで、異なるガス間の直接接触から生じるガス堆積をマニホルド８５及びパイプ６９内で回避又は低減できるという利点がある。マニホルド８５及びパイプ６９内にすでにある異なるガスの混合は、期間１２３及び１２５を時間的に分離し且つ両方の弁が閉じる期間１２７の持続時間を増やすことにより、さらに減らすことができる。しかしながら、異なるガスがマニホルド８５及びパイプ６９内で接触することに起因した堆積が深刻な問題とならない場合、持続時間１２７を非常に短くするか又はゼロにすることさえできる。
【００５６】
周期１２９の持続時間及び周期１２９のデューティサイクルの両方を変えることができることを、図３を参照して上述した。図４では、デューティサイクルを、弁の一方が開く持続時間１２３及び１２５を両方の弁が閉じる２つの持続時間１２７で割った比として定義することができる。図３を参照して上述したように、ガスリザーバ及びガス導管の特定の特性は、動作中に変わる場合があり、デューティサイクルは、加工場所へ向かう一定流量のガスを達成するよう調整することができる。図４を参照して説明した実施例において２つのプロセスガスでこのような一定流量を達成するために、２つの持続時間１２３及び１２５の和を２つの持続時間１２７の和で割った比を変えることが可能である。例えば、持続時間１２３と持続時間１２５との間の第１持続時間１２７を一定に維持することができる一方で、持続時間１２５と周期１２９の終了との間の第２持続時間を変える。持続時間１２３及び１２５を等しく維持しながら持続時間１２７の和を増加させた場合、２つの持続時間１２３及び１２５の和を２つの持続時間１２７の和で割った比は小さくなり、加工場所へ向かうガス流量が減る。
【００５７】
この実施例は、２つ以上のプロセスガスを用いた場合でも、加工場所へ向かうガス流及び真空体積５３内のガス圧をデューティサイクルの変更により調整できることを示す。さらに、圧力値に基づきデューティサイクルを変えるために、図３を参照して上述したように真空センサ７３が発生した圧力信号を用いることができる。
【００５８】
図４は、２つの弁のみの交互制御を示しているが、マニホルド又はパイプ内にすでにあるガス混合物を回避する同じ原理を３つ以上の弁に適用でき、その場合は一方の弁が開き残りの弁が閉じる期間を設け、全ての弁が閉じる追加期間によりこれらの期間を分離することができる。
【００５９】
ガス導管６５１、６５２、６５３及び弁６７１、６７２、６７３用の共通ヒータを、図２に矩形１４１で示す。共通ヒータは、例えば、ガス導管及び弁が熱的に接続される共通キャリアにより実施することができ、ガス導管及び弁を共通して加熱するために、電気エネルギーをコントローラ７１から端子１４３を介して共通キャリアに供給することができる。ガス導管及び弁の加熱は、ガス導管及び弁内でのプロセスガスの堆積を回避するために提供される。マニホルド８５及びパイプ６９の一部を共通ヒータ１４１と熱的に接続して、マニホルド８５及びパイプ６９内でもプロセスガスの堆積を回避するようにすることもできる。ガス導管及び弁の温度がリザーバ内の最高温度よりも高く、使用プロセスガスの最低解離温度よりも低くなるよう共通ヒータを制御することが有利であり得る。
【００６０】
特定の実施例では、リザーバ６３１はプロセスガスとしてフッ素を提供し、残りのリザーバ６３２、６３３の一方又は両方はフッ素とは異なるプロセスガスを提供する。例えば、これら他のプロセスガスは、Ｐｔ、Ｗ、ＳｉＯ２、Ａｕ、Ｊ、Ｃ、Ｏ２、Ｎ２、及びＨ２Ｏを含有し得る。従来、プロセスガスとしてフッ素を収容したリザーバを通常は冷却し、フッ素をガス弁に供給するガス導管も従来は冷却するか又は少なくとも加熱しない。しかしながら、本実施例では、プロセスガスのフッ素を弁に供給するガス導管６５１を、他のガス導管及び弁と共に共通して加熱する。この点で、フッ素が固体状態でリザーバ内に貯蔵され、固体状態からの昇華により生成されるので、フッ素を提供するガスリザーバを能動的に冷却することが有利であることが判明した。しかしながら、フッ素は、ブロック弁７６１の下流のガス導管６５１内で気体状態にあり、ガス導管６５１内のプロセスガスの加温は不利にならない。
【００６１】
さらに、デューティサイクルを変えることによりガス流の制御を達成できるので、フッ素又はリザーバ内で従来冷却される他のプロセスガスのリザーバの能動冷却は必要なくなる。フッ素を貯蔵したリザーバの水又は空気循環を用いた受動冷却で十分であり得る。特に、このような受動冷却は制御の必要がない。
【００６２】
実際に用いるプロセスガスの数例を以下に挙げる。
【００６３】
解離温度が約９０℃のメチルシクロペンタジエニル（トリメチル）白金（ＩＶ）を、約５０℃〜約８０℃の温度でリザーバに貯蔵し、白金（Ｐｔ）の堆積に用いることができる。
【００６４】
解離温度が約１９６℃のタングステンヘキサカルボニルＷ（ＣＯ）６を、約６０℃〜約８０℃の温度でリザーバに貯蔵し、タングステン（Ｗ）の堆積に用いることができる。
【００６５】
解離温度が約８９℃のフェナントレンＣ１４Ｈ１０  Ｃ９Ｈ１６Ｐｔを、約６０℃〜約８５℃の温度でリザーバに貯蔵し、炭素（Ｃ）の堆積に用いることができる。
【００６６】
解離温度が約８０℃〜８２°のジメチル（アセチルアセトネート）金（ＩＩＩ）（ＣＨ３）２（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）Ａｕ（ＩＩＩ）を、約５０℃〜約７５℃の温度でリザーバに貯蔵し、金（Ａｕ）の堆積に用いることができる。
【００６７】
解離温度が１２０℃よりも高い２，４，６，８，１０−ペンタメチルシクロペンタシロキサン（ＰＭＣＰＳ）を、約２０°〜約５０℃の温度でリザーバに貯蔵し、絶縁体ＳｉＯＸの堆積に用いることができる。
【００６８】
解離温度が１２０℃よりも高いジアセトキシジ−ｔｅｒｔ−ブトキシシランＣ１２Ｈ２４Ｏ６Ｓｉ（ＢＤＡＣ又はＤＴＢＳ）を、約２０°〜約５０℃の温度でリザーバに貯蔵し、絶縁体ＳｉＯ２の堆積に用いることができる。
【００６９】
解離温度が約１８０℃の二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）を、約１℃〜約３５℃の温度でリザーバに貯蔵し、フッ素（Ｆ）を加工場所へ運ぶのに用いることができる。
【００７０】
解離温度が約１５０℃の硫酸マグネシウム七水和物（ＭｇＳｏ４７Ｈ２Ｏ）を、約２０℃〜約３５℃の温度でリザーバに貯蔵し、水（Ｈ２Ｏ）を加工場所へ運ぶのに用いることができる。
【００７１】
解離温度が１２０℃よりも高い酸素（Ｏ２）を、約２０℃〜約１００℃の温度でリザーバに貯蔵し、酸素（Ｏ２）を加工場所へ運ぶのに用いることができる。
【００７２】
解離温度が１２０℃よりも高い窒素（Ｎ２）を、約２０℃〜約１００℃の温度でリザーバに貯蔵し、窒素（Ｎ２）を加工場所へ運ぶのに用いることができる。
【００７３】
本開示内容を、特定の例示的な実施形態に関して説明したが、多くの代替形態、変更形態、及び変形形態が当業者に明白となることが明らかである。したがって、本明細書に記載した開示内容の例示的な実施形態は、説明を意図したものであり、限定的な意図は一切ない。添付の特許請求の範囲に定めるような本開示の趣旨及び範囲から逸脱せずに、様々な変更を加えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2013167018000001.pdf