JP2004527875A - 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
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Abstract
Description
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。クラスターイオン中の原子は、表面を著しく貫いて個別のイオンが数千電子ボルト規模のエネルギーを持つその他のタイプのイオンビーム処理と典型的に関連した残留する表面下のダメージを引き起こすのに十分なエネルギーを個別的には持たない(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、19
98年、27〜41頁)。
【0004】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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から熱イオンを形成し、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から排出される熱イオンを加速させ、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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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は一つ以上の熱イオンフィラメント(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、たとえば熱イオン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。この熱イオン中性化装置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。加熱された熱イオンフィラメント312,314に排出されたいくつかの熱イオン336は、正電荷GCIB128の正空間電荷に引きつけられて、GCIB128に沿って流れる。その際に熱イオン336はGCIB128の空間電荷を低減し、GCIB128による被加工物152への正電荷を低減するために正電荷を中性化してそれが被加工物152に堆積することを防ぐことによって被加工物152に電子源を提供する。GCIBが提供する開口部332は、全GCIB128がGCIBセンサー開口部338を通過してファラデーカップ306に移動できるようにするために、GCIBが提供する開口部332ダウンストリームのGCIB128を制限するようにGCIB128を提供する。ファラデーカップ306は抑制電極308および接地エンクロージャー304を有しており、GCIBが提供する開口部332のGCIB128ダウンストリームおよびGCIBセンサー開口部338の経路に配置され、Isで表示されているセンサー電流342を測定のために収集する。
【0016】
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に制御式に接続するか、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に制御式に接続する。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。
【0017】
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式に接続する。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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を制御式に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は熱イオンフィラメント312,314でフィラメント電流318(IF)を増加させる。その結果、熱イオン336の熱イオン排出が増加し、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。
【0021】
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。
【0022】
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はそれぞれ表示器460,462に示される。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。
【0023】
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464,4641+1,4641+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のダウンストリームを通過し、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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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イオン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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】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】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】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】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】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】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 (12)
- 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、
前記軌道に沿って配置された前記ビーム電流を測定するための電流測定手段と、
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、
を有することを特徴とする装置。 - 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。
- 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。
- 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。
- ガスクラスターイオンビーム中の空間電荷を減少させるためおよび/あるいは製品の電荷を減少させるために電子を提供する制御可能な中性化装置をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の装置。
- 電流測定手段は、一方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するモードであり、他方は被加工物の充電に利用できる合計電流のサンプルを選択的に測定するという2つの制御可能なモードを有し、前記2つのモードのどちらかを選択するための制御信号をさらに提供することを特徴とする請求項5記載の装置。
- 制御手段は利用可能な合計電流の少なくとも一つのサンプルを測定し、該利用可能な合計電流の少なくとも一つのサンプルを利用して制御可能な中性化装置を制御し、被加工物の充電に利用可能な前記合計電流を処理のための所定安全レベルまで減少させることを特徴とする請求項6記載の装置。
- 制御手段は利用可能な合計電流の少なくとも一つのサンプルを測定し、該利用可能な合計の少なくとも一つのサンプルを利用して、前記合計電流が処理のため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ことを特徴とする請求項6記載の装置。
- 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ひとつのサンプルをさらに測定し、該ガスクラスターイオンビーム電流の少なくともひとつのサンプルを利用して被加工物の走査および/あるいは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ことを特徴とする請求項7記載の装置。
- 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制御式に前記被加工物を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、
を含んでいることを特徴とする方法。 - 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式に保持するステップと、
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の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、
を含むことを特徴とする方法。 - 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式に保持するステップと、
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、
を含むことを特徴とする方法。
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