JP4168381B2 - ガスクラスターイオンビームのための充電制御および線量測定システム - Google Patents

Description

本出願は、“ガスクラスターイオンビームのための充電制御および線量測定システム”と題された２０００年１２月２６日出願の米国仮出願第６０／２５８，２８０号の優先権を主張する。その開示内容は本明細書の参照に組み込まれる。

本発明は、通常は被加工物イオンビーム処理のための線量測定および被加工物中性化に関し、特にガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）処理のための線量測定および被加工物中性化に関する。

ＧＣＩＢを使用した様々な素材表面のエッチング処理、洗浄およびスムージング方法は技術的に知られている（例：米国特許第５，８１４，１９４号、デグチ他、“基板表面処理方法”、１９９８年）。また、デグチはこの種のＧＣＩＢの形成方法および加速方法も記述している。個々のイオンが数千電子ボルトのエネルギーを有する別種のイオンビーム処理の場合に典型的である、表面に実質的に浸透して表面下ダメージを引き起こすほどにはクラスターイオン内の原子は個別には十分なエネルギーを持たない（数電子ボルト）ことも公知である（米国特許第５，４５９，３２６号、ヤマダ、“極低速イオンビームでの表面処理方法”、１９９５年）。しかしながら、クラスターイオンは著しく活性化させることができ（数千電子ボルト）、ヤマダとマツオが開示したように効果的に表面をエッチング、洗浄およびスムージングすることができる（“クラスターイオンビーム処理”、Ｍａｔｌ．Ｓｃｉｅｎｃｅ ｉｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉ、１９９８年、２７〜４１頁）。

ＧＣＩＢは電気量を持つイオン化粒子を含むため、被加工物が受領する処理線量は被加工物の単位面積が受領する充電量（アンペア秒）で測定され、たとえば、１平方センチ単位のアンペア秒で測定される。絶縁体、部分的絶縁体あるいは半導体被加工物に対して、イオンビーム処理はイオンビーム処理中の被加工物への充電を引き起こすことができる。従来のイオンビーム処理に対するＧＣＩＢ処理の利点は、従来の原子または分子イオンの場合と比較して、クラスターイオンはその大きな質量と電荷量との比率のおかげで被加工物への少ない充電量の移動で効果を発揮させることができる。それでもなお、被加工物充電はまだ問題点を含んでおり、被加工物のＧＣＩＢ処理中でこのような充電度を軽減する方法が必要である。

ゆえに、本発明の１目的は、被加工物が受領する処理線量を測定および制御する装置および方法を提供することである。

本発明の別目的は、ＧＣＩＢ処理中に被加工物が受領する充電量あるいは表面充電を測定あるいは制御することである。

本発明の上記を含む目的および利点は、以下の本発明の実施例によって達成されている。

ガスクラスターイオンビーム処理装置は、被加工物をガスクラスターイオンビームで処理し、スムージング、エッチング、洗浄あるいは層形成などの表面加工を提供する。ＧＣＩＢによる被加工物の表面充電を軽減するために中性化装置が使用される。１体のファラデーカップセンサーを使用して線量測定およびスキャニングのためのＧＣＩＢ電流が測定され、スキャン均一性制御および処理中に被加工物に誘導される表面充電度を制御する。

確実な均一処理のために、ＧＣＩＢに対する被加工物のＸ−Ｙ機械的走査を使用して表面あるいは被加工物へのビーム効果を分散する。機械的走査手段は被加工物を直交ラスターパターンでＧＣＩＢを通して移動させ、また各処理周期につき少なくとも一度はビームの外部へ移動させる。その際、ＧＣＩＢ電流は電子抑制ファラデーカップで測定される。しかしながら、改善型スイッチングおよび制御技術によって、ファラデーカップはまた被加工物充電の合計電流を測定するために使用できる。ゆえに充電中性化システムを制御したり、表示およびアラームおよび／あるいはインターロックを提供して被加工物の不適切な充電状態を示すこともできる。この充電電流感知性能を提供するために、ファラデーカップバイアスリング上の抑制電圧は取り除かれる。これにより電子およびガスクラスターイオンはファラデーカップに感知される。ファラデーカップ中の正味の電流を測定することによって充電を測定できる。

本発明は以下でさらなる別目的を含めて図面を利用して詳述され、本発明の範囲は補正クレームのみによって制限される。

図１は後述される従来技術の形式によるＧＣＩＢプロセッサ１００の典型的構成の基本要素を示している。真空容器１０２は発生源室１０４、イオン化／加速室１０６および処理室１０８という３つの連通した部屋に区切られている。３つの部屋は、それぞれ真空ポンプシステム１４６ａ，１４６ｂ、１４６ｃによって適切な操作圧力になるまで減圧される。ガス保存シリンダー１１１に保存された凝縮可能な原料ガス１１２（例：アルゴンあるいはＮ２）は、加圧下でガスメーター栓１１３およびガス供給チューブ１１４を通って停滞室１１６に注入され、適切な形状のノズル１１０を通ってかなり低圧の真空中へ排出される。その結果、超音速ガスジェット１１８が発生する。ジェット流の膨張による冷却は一部のガスジェット１１８をクラスターに濃縮させ、それぞれのクラスターは数個から数千個の緩く結合した原子あるいは分子から成る。ガススキマー開口部１２０はクラスタージェットに濃縮されていないガス分子をクラスタージェットから部分分離させ、そのような比較的高い圧力が不都合であるダウンストリーム領域（例：イオナイザ１２２，高圧電極１２６，処理室１０８）で圧力を最小限に抑える。適切な濃縮可能原料ガス１１２はアルゴン、窒素、二酸化炭素、酸素およびその他のガスを含むが、それらに限定されない。

ガスクラスターを含む超音速ガスジェット１１８の形成後、クラスターはイオナイザ１２２でイオン化される。イオナイザ１２２は、典型的には一つ以上の白熱フィラメント１２４から熱電子を形成し、電子を加速および誘導してガスジェット１１８がイオナイザ１２２を通過する時にそれらの電子をガスジェット中のガスクラスターに衝突させる電子衝撃イオナイザである。電子衝撃はクラスターから電子を排出し、クラスターの一部を正にイオン化させる。適切にバイアスをかけられた一連の高圧電極１２６は、ビームを形成しながらイオナイザからクラスターイオンを導出させ、それらを適切なエネルギーまで加速させ（典型的には１ｋｅＶ〜数１０ｋｅＶ）、収束させてＧＣＩＢ１２８を形成させる。フィラメント電源１３６は電圧ＶＦを提供してイオナイザフィラメント１２４を加熱する。陽極電源１３４は電圧ＶＡを供給してフィラメント１２４から排出される熱電子を加速させ、それらにクラスターを含むガスジェット１１８を照射させてイオンを形成する。導出電源１３８はイオナイザ１２２のイオン化領域からイオンを導出するために電圧ＶＥを供給して高圧電極にバイアスをかけ、ＧＣＩＢ１２８を発生させる。加速電源１４０は電圧ＶＡＣＣを供給してイオナイザ１２２に対する高圧電極にバイアスをかけ，その結果ＧＣＩＢ加速エネルギーの合計はＶＡＣＣ電子ボルト（ｅＶ）と等しくなる。ＧＣＩＢ１２８を収束させるために、一つ以上のレンズ電源（例：１４２，１４４）が使用されて、電位（例：ＶＬ１とＶＬ２）で高圧電極にバイアスをかける。

ＧＣＩＢ処理で処理される半導体ウエハーなどの被加工物１５２は、被加工物ホルダー１５０に保持されてＧＣＩＢ１２８経路に配置されている。ほとんどの利用法では、大きな被加工物の処理は空間的に均一になることが望まれるため、走査システムは広い領域の全域でＧＣＩＢ１２８を均一にスキャンして空間的に均一な結果を提供することが望ましい。２対の垂直配向の静電スキャンプレート１３０，１３２を使用して、望ましい処理領域でラスターあるいは他の走査パターンを形成することができる。ビーム走査が実行されると、ＧＣＩＢ１２８はスキャン済みＧＣＩＢ１４８に変換され、被加工物１５２の全表面がスキャンされる。

図２は、被加工物をＧＣＩＢに対してスキャンする機械的走査技術を使用している機械的走査ＧＣＩＢプロセッサ２００の改良構造の基本要素を示している。ＧＣＩＢの構成は基本的には図１と同様であるが、図２の機械的走査ＧＣＩＢプロセッサ２００ではＧＣＩＢ１２８は静的であり（非スキャン）、また被加工物１５２はＧＣＩＢ１２８を通って機械的にスキャンされ、ＧＣＩＢ１２８の効果は被加工物１５２の表面上に分散される。Ｘスキャンアクチュエーター２０２は、Ｘスキャンアクチュエーターの動作方向２０８への被加工物ホルダー１５０の直線動作を提供する（紙面に対して垂直方向）。Ｙスキャンアクチュエーター２０４は、Ｙスキャンアクチュエーターの動作方向２１０への被加工物ホルダー１５０の直線動作を提供し、それはＸスキャン動作方向２０８に直交する。ＸスキャンおよびＹスキャンの動作の連携によって、被加工物ホルダー１５０に保持された被加工物１５２はＧＣＩＢ１２８を通ってラスターのごときスキャン動作で動き、その結果、被加工物１５２表面を均一に処理するようにＧＣＩＢ１２８は被加工物１５２表面を均一に照射する。被加工物ホルダー１５０は被加工物をＧＣＩＢの軸に対して一定の角度に置くため、ＧＣＩＢ１２８は被加工物１５２表面に対して一定のビーム入射角を有する。ビーム入射角２０６は９０度あるいは他の角度であり、好適には９０度あるいは９０度に近い。Ｙスキャンの間、被加工物ホルダー１５０に保持された被加工物１５２は示されている位置からそれぞれ１５２Ａ，１５０Ａで表示されている別位置“Ａ”に移動する。２点間を移動する際に被加工物１５２はＧＣＩＢ１２８を通過中および両端部でスキャンされ、ＧＣＩＢ１２８の経路から完全に逸脱することに注意（オーバースキャン）。図２では明示されていないが、類似スキャンおよびオーバースキャンは直交Ｘスキャン動作２０８方向へ実行される（紙面に対して垂直）。それについては図４を利用して後に詳しく説明する。

図３は本発明の改善型ＧＣＩＢ処理システム３００を示している。ＧＣＩＢ発生システム３０２はブロックとして概略する。ＧＣＩＢ発生システム３０２は、図２の機械的走査ＧＣＩＢプロセッサ２００の発生源室１０４およびイオン化／加速室１０６内に示されている構成要素と機能的に類似したＧＣＩＢ発生源のどれでもよい。図３ではＧＣＩＢ１２８はＧＣＩＢ発生システム３０２によって発生させられる。被加工物１５２，被加工物ホルダー１５０，Ｘスキャンアクチュエーター２０２およびＹスキャンアクチュエーター２０４は、前述された図２の機械的走査ＧＣＩＢプロセッサ２００と同様に配置され、同様に機能する。中性化装置３１０は一つ以上の熱電子フィラメント（ＧＣＩＢ１２８に沿った平行線に対して直線方向に配置された第一フィラメント３１２および第二フィラメント３１４が示されているが、例示であり、これに制限されない）をＧＣＩＢ１２８経路付近に配置する。中性化装置３１０は、たとえば熱電子中性化装置として示されているが、別タイプの中性化装置も電子出力を増減するために制御可能であれば本発明に使用できる。イオンビーム技術分野で知られているこのような別中性化装置は、加速減速（accel-decel）電子銃、あるいはプラズマ電子フラッドの如きさまざまなプラズマ装置などを含むが、それに制限されない。この熱電子中性化装置３１０の例では、制御信号入力部３５８を有する制御可能な中性化電源３４６は、リード線３２６，３２８を通してフィラメント３１２，３１４を加熱するために、ＩＦで示された制御可能なフィラメント電流３１８を提供する。加熱されたフィラメント３１２，３１４に排出されたいくつかの熱電子３３６は、正電荷されたＧＣＩＢ１２８の正空間電荷に引きつけられて、ＧＣＩＢ１２８に沿って流れ、ＧＣＩＢ１２８の空間電荷を低減し、処理されなければ被加工物１５２に蓄積する正電荷を中性化することで被加工物１５２に電子源を提供してＧＣＩＢ１２８による正電荷化を低減する。ＧＣＩＢ提供用の開口部３３２はＧＣＩＢ１２８を提供し、ＧＣＩＢ提供用の開口部３３８の下流でＧＣＩＢの延長部を制限し、ＧＣＩＢ１２８の全延長部がＧＣＩＢセンサー開口部３３２を通過してファラデーカップ３０６内に確実に入るようにしている。ファラデーカップ３０６は抑制電極３０８および接地された収容部３０４を有しており、ＧＣＩＢ提供用の開口部３３２のＧＣＩＢセンサー開口部３３８の下流でＧＣＩＢ１２８の経路内に配置され、測定のためにセンサー電流３４２（Ｉｓ）収集する。

Ｃで表した充電測定位置およびＤで表した線量測定位置を有する第一単極双投スイッチ３２２は、センサー電流３４２をリード線３１６経由で抵抗器３３０に制御しながら接続するか、あるいはリード線３５４を介して線量測定およびスキャナ制御システム５００の検出入力部３６０に制御しながら接続する。抵抗器３３０は、たとえば１メガオームの値を有することができる。

Ｃで表された充電測定位置およびＤで表された線量測定位置を有する第二単極双投スイッチ３２０は、抑制電極３０８を抑制電源３４４あるいは接地に制御しながら接続する。

スイッチ３２０，３２２は連動し、同時作動のためにスイッチ制御装置３２４によって共に制御される。スイッチ３２０，３２２は共にＣ位置に切り替えられているか、共にＤ位置に切り替えられている。

線量測定の場合には、スイッチ３２０，３２２は共にＤ位置に切り替えられる。ゆえにセンサー電流３４２（Ｉｓ）は線量測定およびスキャナ制御システム５００に接続され、抑制電極３０８は抑制電源３４４に接続され、たとえば１５００ボルトの抑制電圧Ｖｓのごとき電位で負のバイアスをかけられる。抑制電極３０８は負のバイアスをかけられると、電子がファラデーカップ３０６を出入りするのを防止し、センサー電流３４２（Ｉｓ）はＧＣＩＢ電流の測定値である。

おおよその被加工物充電電流を測定する場合、スイッチ３２０，３２２は共にＣ位置に切り替える。ゆえにセンサー電流（Ｉｓ）はリード線３１６を介して抵抗器３３０および増幅器３４８の無変換入力部に接続される。また、抑制電極３０８は接地に接続され、バイアスはかけられない。抑制電極３０８にバイアスをかけない場合、電子はファラデーカップ３０６を出入りすることができ、センサー電流３４２（Ｉｓ）はＧＣＩＢ電流とファラデーカップ３０６を出入りして流れる電子電流との合計量である。このＧＣＩＢおよび電子電流の合計値は、被加工物充電に利用可能な電流のおおよその合計である。増幅器３４８は高入力インピーダンス無変換入力部を有し、抵抗器３３０を通過して接地に流れるセンサー電流３４２（Ｉｓ）による抵抗器３３０の電圧降下を増幅する。増幅器３４８は、増幅率Ａ１を有し、利用可能な被加工物充電電流に応じて変動する出力充電信号Ｓｃを出力する。リード線３４０は、充電信号Ｓｃを充電アラームシステム３５０の充電信号入力部３８４およびトラック・ホールド（ｔｒａｃｋ／ｈｏｌｄ）モジュール３６４のサンプル信号入力部３６６に接続する。充電アラームシステム３５０はアラーム出力部３８６を有しており、Ｓｃの強度が被加工物１５２に不利であると実験的に予備設定された値を超過した場合にアラーム出力部３８６でアラーム信号ＳＡを発する。リード線３５２は、充電アラームシステム３５０のアラーム出力部３８６からのアラーム信号ＳＡを線量測定およびスキャナ制御システム５００のアラーム信号入力部３６２に接続する。また充電アラームシステム３５０は、オプションとして、アラーム信号ＳＡを発するときに可聴あるいは／および可視アラーム表示を発生して、人間の装置オペレーターに可能な被加工物充電状況が存在することを知らせる。トラック・ホールドモジュール３６４は、線量測定およびスキャナ制御システム５００のトラック・ホールド出力部３７６からのトラック・ホールド信号ＳＴ／Ｓをリード線３７４を介して受信するためのトラック・ホールドコマンド入力部３７０を有し、それによってトラック・ホールドモジュール３６４は信号Ｓｃを制御しながらトラックあるいはホールドする。信号Ｓｃのトラック値あるいはホールド値は、充電トラック・ホールド信号ＳＣＨとしてトラック・ホールドモジュール３５４のトラック・ホールド出力部３６８で出力される。リード線３７２は、充電トラック・ホールド信号ＳＣＨを中性化電源３４６の制御入力部３５８および指示装置３５６に接続する。制御入力部３５８の信号ＳＣＨの増加に反応して、中性化電源３４６は熱電子フィラメント３１２，３１４でフィラメント電流３１８（ＩＦ）を増加させる。その結果、熱電子３３６の熱電子排出が増加し、またＧＣＩＢ１２８空間電荷を中性化し、被加工物充電に利用できる正味の電流を低減させるために利用可能な電子が対応して増加する。指示装置３５６は充電トラック・ホールド信号ＳＣＨの強度を表示する。この表示は被加工物１５２を充電するために利用可能な電流を示す。線量測定およびスキャナ制御システム５００は、Ｘスキャンアクチュエーター２０２およびＹスキャンアクチュエーター２０４を制御するためにケーブル３３４上にスキャナ制御信号を出力するスキャナ制御出力部３７８を有する。線量測定およびスキャナ制御システム５００はまた、制御装置３２４を切り替えるためにリード線３８２を介してＣ／Ｄ切換制御信号ＳＣ／Ｄを出力する切換制御出力部３８０を有する。線量測定およびスキャナ制御システム５００の機能は図５を利用して以下で説明される。

図４Ａは、被加工物１５２を保持している本発明の被加工物ホルダー１５０の通常図４００である。被加工物ホルダー１５０は静電気引力（静電気チャック）あるいは引力、固定などの別手段を使用して被加工物１５２を保持する。オプションとして第一保持ピン４０２および第二保持ピン４０４を使用して被加工物ホルダーが被加工物１５２保持を補助させても良い。

図４Ｂは、ＧＣＩＢ１２８（図２および図３参照）スキャン経路４５２（点曲線で表示）の被加工物ホルダー１５０および被加工物１５２に対する関係を示した本発明の被加工物ホルダー１５０の通常図４５０である。この図面及び記述のために図２ではビーム入射角２０６は９０度としたが、本発明は９０度のビーム入射角に制限されない。被加工物ホルダー１５０は底端部４６８を有する。スキャン経路４５２は、被加工物ホルダーが被加工物ＧＣＩＢ処理中にＸスキャンアクチュエーターおよびＹスキャンアクチュエーター（共に図２および図３で図示）によってＧＣＩＢ１２８を通って機械的スキャンされた時にＧＣＩＢの中心が通る経路を被加工物ホルダー１５０および被加工物１５２に対して表したものである。予備位置４５４は処理開始前のＧＣＩＢ１２８の中心位置を表す。開始位置４５６は制御処理開始時のＧＣＩＢ１２８の中心位置を表す。終了位置４６６は処理終了時のＧＣＩＢ１２８の中心位置を表す。予備位置４５４は図４Ｂのように開始位置４５６と異なっていても良いし、開始位置４５６を予備位置４５４としても良い。点線円４５８ａ、４５８ｂ、４５８ｃ、４５８ｄは、被加工物ホルダー１５０前面の平面上の（ビームスポットと呼ばれる）ＧＣＩＢエンベロープの照射エンベロープを示している。ＧＣＩＢ１２８は被加工物１５２の全面を完全にオーバースキャンする。被加工物ホルダー１５２の底端部４６８に沿って、ＧＣＩＢ１２８は被加工物ホルダー１５２の底端部４６８もまた完全にオーバースキャンする。開始位置４５６と終了位置４６６の間で、スキャン経路４５２はスキャン領域ＡＳ＝ＤＸ×ＤＹを覆う。このＤＸとＤＹはそれぞれ参照番号４６０，４６２で示されている。開始位置４５６から終了位置４６６の間で、ＧＣＩＢ１２８中心のスキャン経路４５２は所定番号Ｎを形成し、ＮはＹ軸方向へ被加工物ホルダー１５０を横切る通路である。Ｎ本の各通路は全長４６２（ＤＹ）である。図４ＢではＮは３４本の通路として例示してあるが、それに制限されない。Ｎの値は特に重要ではなく、ＧＣＩＢ処理の均一度が許容可能になるような連続的スキャン経路の適切なオーバーラップを提供するものを選択する。通常は、ビーム直径が小さめで被加工物が大きめの場合は、良的な処理均一性を提供するためにＮの値は大きめになる。スキャン経路４５２のＮ本の各通路のＹ位置端部において、通路はＩＸ＝ＤＸ／（Ｎ−１）であるＸ軸距離増分４７０ＩＸによってＸ軸方向へ（被加工物ホルダー１５０に対して）移動する。前式中のＤＸは長さ４６０である。

Ｙ方向スキャン速度ＶＹは、Ｙ軸方向のＮ本の通路のそれぞれにおいて実質的に一定になるように制御される。ゆえに、Ｙ軸方向へのスキャン経路ごとの時間は一定値ＴＹを有し、Ｎ回のＹ方向スキャンの合計時間はＴＳ＝Ｎ×ＴＹであり、Ｙスキャン動作速度はＶＹ＝（Ｎ×ＤＹ）／ＴＳで与えられる。被加工物ホルダー１５０底端部４６８付近のＹ位置端部、およびスキャン経路４５２のＮ本の各通路のＹ位置端部において、スキャン経路はＸ軸距離増分４６４i，４６４i＋１，４６４i＋２，、、、４６４ｎを形成し、ｎ＝（
Ｎ／２）―１である。Ｘ動作方向増分のＸ方向へのスキャン速度ＶＸは特に重要ではなく、デザインの単純さを基準に選択される。Ｘスキャン動作の間は、ＧＣＩＢ１２８はオーバースキャンにより常に被加工物１５２から離れているためである。ＧＣＩＢ１２８の中心が予備位置４５４，開始位置４５６，終了位置４６６、あるいは被加工物ホルダー１５０底端部４６８付近のＸ軸距離増分の何れかに位置している全ての場合には、ＧＣＩＢ１２８のビームスポット全体は被加工物ホルダー１５０の底端部４６８を越えてスキャンされ、ＧＣＩＢ１２８は被加工物ホルダー１５０の下流側を通過し、ファラデーカップ３０６（図３に表示）に入る。その際、ファラデーカップ３０６は測定用にセンサー電流３４２ＩＳを収集する。このような場合の何れにおいても、センサー電流３４２ＩＳは、図３および上述のようにスイッチ３２０，３２２の位置がＣとＤのどちらになっているかに応じて、ＧＣＩＢ１２８のビーム電流ＩＢあるいは被加工物を充電するために利用可能な合計電流ＩＴ（電子を含む）を測定するのに使用される。被加工物１５２の全面を完全にオーバースキャンすることは被加工物１５２全体の均一処理を達成するために好適実施例であるが、本発明を実用化するためには被加工物１５２および被加工物ホルダー１５０を少なくともひとつの位置でオーバースキャンするだけでよいことは明白である。説明のため、スキャン経路は曲線で示されており、ＸスキャンおよびＹスキャン方向へ伝達するビーム、および長方形スキャン領域ＡＳの全体も共に示される。本発明は上記のスキャン経路４５２に制限されない。２本の軸方向への一定速度あるいは変動速度で発生する領域ＡＳのスキャンパターンを描き、長方形あるいは螺旋パターンさえも含む非長方形のスキャン領域を形成する別の２本軸のスキャン経路はＧＣＩＢ１２８のビームスポット全体が被加工物ホルダー１５０の底端部を越えてスキャンされ、測定用にファラデーカップ３０６に入るような少なくとも一つのオーバースキャンを含むパターンであれば使用できる。

図５は図３の線量測定およびスキャナ制御システム５００の詳細を示している。図５の線量測定およびスキャナ制御システム５００は、リード線３５４上にセンサー電流３４２ＩＳを入力する検出入力部３６０を有する。線量測定中、スイッチ３２０，３２２がそれぞれＤ位置に切り替えられている場合、ＩＳはＧＣＩＢ１２８電流ＩＢの測定値である。センサー電流３４２（ＩＳ）は、リード線を通って抵抗器５１８および増幅器５０２の無変換入力部に接続される。抵抗器５１８は１メガオームの値を有してよいが、例示であり制限されない。増幅器５０２は高入力インピーダンス無変換入力部を有し、抵抗器５１８を通って接地に流れるセンサー電流３４２（ＩＳ＝ＩＢ）による抵抗器５１８の電圧降下を増幅する。増幅器５０２は増幅率Ａ２およびＧＣＩＢ１２８のビーム電流ＩＢに応じて変動する出力線量測定信号ＳＤを有する。リード線５２０は、線量測定信号ＳＤを線量測定／スキャン制御装置５０６の線量測定入力部５０８および表示器５０４に接続する。表示器５０４は、ＧＣＩＢ１２８のビーム電流ＩＳの強度を表示する。

線量測定／スキャン制御装置５０６は、線量測定およびスキャナ制御システム５００のアラーム信号入力部３６２を通るリード線３５２上でアラーム信号ＳＡを受けるためのアラーム入力部５１０を有する。

線量測定／スキャン制御装置５０６は、線量測定およびスキャナ制御システム５００のトラック・ホールド出力部３７６を通るリード線３７４上でトラック・ホールド信号ＳＴ／Ｈを出力するためのトラック・ホールド信号出力部５１４を有する。

線量測定／スキャン制御装置５０６は線量測定およびスキャナ制御システム５００のスイッチ制御出力部を通るリード線３８２上でＣ／Ｄスイッチ制御信号ＳＣ／Ｄを出力するためのＣ／Ｄスイッチ制御出力部５１６を有する。

線量測定／スキャン制御装置５０６は、線量測定およびスキャナ制御システム５００のスキャナ制御出力部を通るケーブル３３４上でスキャナ制御信号を出力するためのスキャナ制御出力バス５１２を有する。

線量測定／スキャン制御装置５０６は、オプションとしてマイクロプロセッサシステム、マイクロコンピューター、またはＧＣＩＢ処理システム３００の別機能を制御する汎用制御装置の機能性および装置の分離部分であってもよい。

操作の際には、被加工物１５２のＧＣＩＢ処理を開始する前に、ＧＣＩＢ１２８は被加工物ホルダー１５０が予備位置４５４に位置している状態でＧＣＩＢ処理システム３００中に設置される。それによって、ＧＣＩＢ１２８はファラデーカップ３０６に入る。線量測定／スキャン制御装置５０６は信号ＳＤを出力し、それによってスイッチ制御装置はスイッチ３２０，３２２を充電測定位置Ｃに設定する。続いて線量測定／スキャン制御装置５０６はトラック・ホールド信号ＳＴ／Ｈを出力し、トラック・ホールドモジュール３６４のトラック・ホールド出力部３６８は充電信号ＳＣを追跡する。それによって、表示器３５６および中性化電源３４６はＳＣを追跡するＳＣＨを受信する。負のフィードバックループは熱電子３３６排出の間は閉じられる。センサー電流３４２ＩＳはフィードバックによって最小化される。システムが適切に機能していれば、充電信号ＳＣは最小化され、充電アラームシステム３５０はアラームあるいはアラーム信号ＳＡを出力しない。ＳＣ信号を安定させるのに適切な時間遅延（典型的には一秒から数秒）後に、線量測定／スキャン制御装置５０６はアラーム入力部５１０でアラーム信号ＳＡをテストして、被加工物１５２を充電するための利用可能な合計電流が安全なレベルであることを確認する。線量測定／スキャン制御装置５０６はアラーム信号ＳＡが存在しないことを確定後、トラック・ホールド信号ＳＴ／Ｈを出力し、それによってトラック・ホールドモジュール３６４のトラック・ホールド出力部３６８は被加工物のＧＣＩＢ処理が継続する間は充電トラック・ホールド信号ＳＣＨを保留する。

次に、線量測定／スキャン制御装置５０６は信号ＳＣ／Ｄを出力し、スイッチ制御装置３２４はスイッチ３２０，３２２を線量測定位置Ｄに設定する。それによって、線量測定／スキャン制御装置５０６の線量測定入力部５０８は線量測定信号ＳＤを受信する。線量測定／スキャン制御装置５０６は線量測定信号ＳＤの値を測定する（ビーム電流中のアンペアであって、典型的には数マイクロアンペアから数千マイクロアンペア）。線量測定／スキャン制御装置５０６は、被加工物のＧＣＩＢ処理で望ましい処理効果を得るための予め保存された、所定および必要な処理量ＤＰ（単位面積ごとのアンペア秒で測定）を持つ。スキャン経路の数Ｎ、ＸおよびＹスキャン距離ＤＸ、ＤＹを含むその他の処理パラメータもまた所定であり、線量測定／スキャン制御装置５０６に予め保存される。線量測定／スキャン制御装置５０６は以下の式によって合計スキャン時間ＴＳおよびスキャン速度ＶＹを計算する。

ＡＳ＝ＤＸ×ＤＹ
ＴＳ＝（ＤＦ×ＡＳ）／ＩＢ
ＶＹ＝（Ｎ×ＤＹ）／ＴＳ
続いて線量測定／スキャン制御装置５０６は、ケーブル３３４を介してスキャン制御出力部３７８からスキャン制御出力バス５１２で信号を送信し、それによってＸスキャンアクチュエーター２０２およびＹスキャンアクチュエーター２０４は、始めに予備位置４５４から開始位置４５６へ、続いてスキャン経路４５２沿いに終了位置４５６まで、制御されたＸスキャン動作およびＹスキャン動作を制御された速度で発生させる。それぞれのＹスキャン動作は制御Ｙスキャン速度ＶＹで実行される。スキャン経路４５２（図４参照）が発生する。終了位置４６６に達すると被加工物処理は終了し、被加工物１５２充電は最小に抑えられ、処理量ＤＰが均一に被加工物１５２全体に適用される。

本発明は様々な実施例に関して記述されてきたが、広範囲のさらなる別実施例が可能であり、その際に補正クレームによって制限される範囲から外れることはない。

図１は静電気的にスキャンされたビームを使用した従来技術のＧＣＩＢ処理 の基本要素を示している。 図２はＧＣＩＢ効果を被加工物表面に分散するために被加工物の機械的走査 を使用した、本発明によるＧＣＩＢ処理装置の基本要素を示している。 図３は本発明の充電制御、線量測定および改善型制御を含むＧＣＩＢ処理シ ステムを示している。 図４Ａは被加工物を受領している本発明の被加工物ホルダーを示している 。 図４Ｂは被加工物ホルダーおよび被加工物に対するＧＣＩＢ走査パターン の関係を示す本発明の被加工物ホルダーの図である。 図５は本発明の線量測定および走査制御部分の詳細を示す概略図である。

Claims (11)

1. 被加工物の表面処理にガスクラスターイオンビームを使用する装置であって、
   真空容器と、
   前記真空容器内に提供され、ビーム電流を有するガスクラスターイオンビームを形成するガスクラスターイオンビーム源と、
   前記ガスクラスターイオンビームを軌道に沿って加速させる加速器と、
   ガスクラスターイオンビーム処理のために前記被加工物を保持する被加工物保持手段と、
   前記加速器と電流測定手段との間の前記軌道沿いの位置で前記被加工物保持手段および前記被加工物を前記ガスクラスターイオンビームに通して選択的スキャンし、また前記ガスクラスターイオンビーム軌道から前記被加工物保持手段および前記被加工物を選択的に取り除くための制御可能な移動手段と、
   前記被加工物をスキャンさせ、また前記ガスクラスターイオンビーム軌道から前記被加工物および前記被加工物保持手段を前記ビーム電流の測定のために取り除かせる信号を前記制御可能な移動手段に提供するための制御手段と、
   電流測定のために前記ガスクラスターイオンビーム軌道に沿って配置された電流測定手段であって、少なくとも２つの制御可能モードを有しており、その１つはガスクラスターイオンビーム電流のサンプルを選択的に測定し、別のモードは被加工物の充電に利用可能な全電流のサンプルを選択的に測定し、前記制御手段はそれら２つのモードを選択するための制御信号を提供する電流測定手段と、
   中性化のために電子を提供する中性化装置と、
   を有することを特徴とする装置。
2. 電流測定手段は、被加工物および被加工物保持手段がガスクラスターイオンビーム軌道から取り除かれる時に測定されるガスクラスターイオンビーム電流のサンプルを表す少なくとも一つのビーム電流測定信号を制御手段に提供することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 制御手段は被加工物のスキャンを制御するためにガスクラスターイオンビーム電流のサンプルを表す少なくとも一つのビーム電流測定信号を使用することを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 制御手段は処理中に被加工物に適用されるガスクラスターイオンビームの照射量を制御するためにガスクラスターイオンビーム電流のサンプルを表す少なくとも一つのビーム電流測定信号を使用することを特徴とする請求項２記載の装置。
5. 制御手段は利用可能な全電流の少なくとも一つのサンプルを測定し、前記全電流が処理の所定安全レベルを超過する場合には被加工物の処理を防止するために前記利用可能な全電流の少なくとも一つのサンプルを使用することを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 制御手段は利用可能な全電流の少なくとも一つのサンプルを測定し、処理中に被加工物充電に利用可能な前記全電流を所定安全レベルまで低下させる制御可能な中性化装置を制御するために前記利用可能な全電流の少なくとも一つの測定されたサンプルを使用することを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 制御手段はガスクラスターイオンビーム電流の少なくとも一つのサンプルを測定し、被加工物のスキャンを制御するために前記ガスクラスターイオンビーム電流の少なくとも一つのサンプルの測定値を使用することを特徴とする請求項５記載の装置。
8. 制御手段はガスクラスターイオンビーム電流の少なくとも一つのサンプルをさらに測定し、被加工物に適用されるガスクラスターイオンビームの照射量を制御するために前記ガスクラスターイオンビーム電流の前記少なくとも一つのサンプルの測定値を使用することを特徴とする請求項１記載の装置。
9. ガスクラスターイオンビームを使用した被加工物表面処理方法であって、
   真空容器内でガスクラスターイオンビーム電流を有するガスクラスターイオンビームを形成するステップと、
   前記ガスクラスターイオンビームを軌道沿いに加速させるステップと、
   ガスクラスターイオンビーム処理のために前記ガスクラスターイオンビームの前記軌道外で前記被加工物を制御しながら保持するステップと、
   前記ガスクラスターイオンビーム電流のサンプルを選択的測定するモードおよび前記被加工物の充電に利用可能な合計電流のサンプルを選択的測定するモードの少なくとも２モードを有する電流測定手段を提供するステップと、
   前記ガスクラスターイオンビーム電流のサンプルを測定する前記モードを選択するステップと、
   前記ガスクラスターイオンビーム電流のサンプルを少なくとも一度は測定するステップと、
   前記被加工物を前記ガスクラスターイオンビーム軌道内に少なくとも一度は移動させて処理させるステップと、
   前記処理中に前記被加工物に適用される前記ガスクラスターイオンビームの照射量を制御するために前記ガスクラスターイオンビーム電流のサンプル測定値を少なくとも一度は使用するステップと、
   中性化のために電子を提供するステップと、
   を含んでいることを特徴とする方法。
10. ガスクラスターイオンビームを使用した被加工物表面処理方法であって、
    真空容器内でガスクラスターイオンビーム電流を有するガスクラスターイオンビームを形成するステップと、
    前記ガスクラスターイオンビームを軌道沿いに加速させるステップと、
    ガスクラスターイオンビーム処理のために前記ガスクラスターイオンビームの前記軌道外に前記被加工物を制御しながら保持するステップと、
    ガスクラスターイオンビーム電流のサンプルを選択的に測定するモードおよび前記被加工物の充電に利用可能な合計電流のサンプルを選択的に測定するモードの少なくとも２つの制御可能なモードを有する電流測定手段を提供するステップと、
    前記合計電流のサンプルを測定する前記モードを選択するステップと、
    前記被加工物充電に利用可能な合計電流のサンプルを測定するステップと、
    前記利用可能な合計電流の前記サンプルを前記被加工物充電に利用可能な前記合計電流を所定の安全レベルまで減少させるための基準として使用するステップと、
    前記被加工物を前記ガスクラスターイオンビーム軌道内に移動させて処理させるステップと、
    中性化のために電子を提供するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
11. ガスクラスターイオンビームを使用した被加工物表面処理方法であって、
    真空容器内でガスクラスターイオンビーム電流を有するガスクラスターイオンビームを形成するステップと、
    前記ガスクラスターイオンビームを軌道沿いに加速させるステップと、
    ガスクラスターイオンビーム処理のために前記ガスクラスターイオンビームの前記軌道外に前記被加工物を制御しながら保持するステップと、
    前記ガスクラスターイオンビーム電流のサンプルを選択的に測定するモードおよび前記被加工物の充電に利用可能な合計電流のサンプルを選択的に測定するモードの少なくとも２つの制御可能なモードを有する電流測定手段を提供するステップと、
    前記合計電流のサンプルを測定する前記モードを選択するステップと、
    前記被加工物充電に利用可能な合計電流のサンプルを測定するステップと、
    前記利用可能な合計電流の前記サンプルを基準として使用して、前記被加工物充電に利用可能な前記合計電流を所定の安全レベルまで減少させるステップと、
    前記ガスクラスターイオンビーム電流のサンプルを測定する前記モードを選択するステップと、
    前記ガスクラスターイオンビーム電流のサンプルを少なくとも一度は測定するステップと、
    前記被加工物を前記ガスクラスターイオンビームの前記軌道内に少なくとも一度は移動させて処理させるステップと、
    処理中に前記被加工物に適用される前記ガスクラスターイオンビームの照射量を制御するために前記ガスクラスターイオンビーム電流のサンプルの前記少なくとも一つの測定値を使用するステップと、
    中性化のために電子を提供するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。

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