JP7013539B2 - ロケーションスペシフィック処理における予測システム誤差補正を実装する装置及び方法 - Google Patents

Description

関連技術の相互参照
３７ Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７８（ａ）（４）に基づき、本願は、２０１４年２月２１日に出願された同時係属の米国仮特許出願第６１／９４２８３５号の利益及び優先権を主張し、その内容は全て参照により本明細書に明示的に援用される。

本発明の分野は、概して、材料処理及び半導体集積回路製造の分野に関し、より詳細には、排他的な意味ではなく、ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）技術を用いたロケーションスペシフィック処理を通じた、システム誤差又は不均一性の補正に関連する。

関連技術の説明
ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）技術は、マイクロ電子ワークピースを含むワークピース上にある薄膜を修正、エッチング、洗浄、平滑化及び形成するのに有益な処理技術として実証されている。説明上は、ガスクラスターは、標準温度及び標準圧力の条件下でガス状になっている材料のナノサイズ凝集体である。そのようなガスクラスターは、ノズルからの真空への高圧ガスの断熱膨張時の個々のガス原子（又は分子）の凝縮により形成されてよく、それらは、ファンデルワース力と呼ばれる弱い原子間力によって互いに緩く結合された、２千～３千から数千又はそれより多くの原子／分子を含む凝集体からなり得る。ガスクラスターは、電子衝撃によりイオン化することができ、それにより、ガスクラスターが電界を用いて加速されるようにして、制御可能なビームエネルギーを有する指向性ビームを形成する。

制御可能なエネルギーを有する指向性ＧＣＩＢをワークピースに照射することは、ワークピース上の位置に特有の線量に応じて、ワークピースを処理するのに用いられ得る。その技術は、しばしばロケーションスペシフィック処理と呼ばれ、ＧＣＩＢの処理線量又は滞留時間は、走査時間を調節することによって、ワークピースを横切る方向で変更される。このため、ワークピース上でのある位置は他の位置とは異なるように処理され得る。

産業規模でワークピースのＧＣＩＢ処理についての複数の新興用途としては、半導体／マイクロ電子デバイスの製造についてものが存在する。現在のところ、進化型ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）ロジックにおける寸法スケーリングの継続とともに、寸法変動制御に対する要求が同時に上がっている。複数のテクノロジーノードに対して、ウェハを横切る方向に変化可能なリソグラフィー露光を用いた進化型制御がウェハの平面での限界寸法を制御することを支援するのに用いられている。２２ｎｍ（ナノメートル）ノードまでは、鉛直方向の次元での主な限界寸法は単一の付着工程又は酸化工程によって良好に制御されてきた。しかし、リプレースメントメタルゲート（ＲＭＧ）技術及びＦＩＮＦＥＴ（fin field effect transistor）構造の実装とともに、フィン高さ及びゲート高さ等のいくつかの限界寸法は、付着工程、ＣＭＰ（化学機械研磨）工程及びエッチング工程の組み合わせにより影響を受けるため、精密なフィーチャ高さ制御のための新たな戦略が必要となる。ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）技術は、ＬＳＰアルゴリズムを用いたフィーチャ高さの不均一性の精密な補正を提示している。

そうであっても、ワークピース上に存在する不均一性を補正することに加え、ＧＣＩＢ処理の実装は、システム及び／又はイクイップメント特有の例外により生じる誤差も補正しなくてはならない。それらは、ＧＣＩＢ装置の出力処理パラメータに反復的に影響する。ＬＳＰの補正能力を改良するために、ＧＣＩＢ処理システムについてのシステム誤差は、犠牲ワークピースを用いて決定されなくてならず、費用及び時間がかかってしまう。

本発明の実施形態は、概して、材料処理及び半導体集積回路製造の分野に関し、限定的な意味でなく、より詳細には、ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）技術を用いたロケーションスペシフィック処理を通じた、システム誤差又は不均一性の補正に関連する。特には、ＧＣＩＢロケーションスペシフィック処理を行うときにシステム誤差に対応する予測方法が用いられる。

一つの実施形態によれば、ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）を用いてワークピースの上位層を修正する方法が記載される。その方法は、ワークピースの上位層に関連したパラメータデータを収集し、ＧＣＩＢを上位層に適用して測定特性の当初プロファイルを変更するための予測システム誤差レスポンスを、パラメータデータを用いることによって決定する。追加的に、その方法は、測定特性の目標プロファイルを特定し、ＧＣＩＢをワークピースの上位層に向けて指向し、予測システム誤差レスポンス及びパラメータデータに少なくとも部分的に基づいて、ＧＣＩＢの適用パラメータを、ワークピースの上位層上での位置関数として、空間変調し、測定特性の目標プロファイルを獲得することを含む。

図１は、実施形態に係る、ワークピースを処理する方法を示すフローチャートである。

図２は、実施形態に係る、測定特性のプロファイル例を示す。

図３Ａは、実施形態に係る、パラメータデータを予測システム誤差レスポンスに関連づける、予め決められた予測モデルの用意に関連したデータ例をグラフで示す。 図３Ｂは、実施形態に係る、パラメータデータを予測システム誤差レスポンスに関連づける、予め決められた予測モデルの用意に関連したデータ例をグラフで示す。 図３Ｃは、実施形態に係る、パラメータデータを予測システム誤差レスポンスに関連づける、予め決められた予測モデルの用意に関連したデータ例をグラフで示す。

図４は、実施形態に係る、予測システム誤差レスポンスを用いて、ＧＣＩＢ処理を補正するデータ例をグラフで示す。

図５は、ＧＣＩＢ処理システムの図である。

図６は、ＧＣＩＢ処理システムの他の図である。

図７は、ＧＣＩＢ処理システムさらに他の図である。

図８は、ＧＣＩＢ処理システムについてのイオン源の図である。

図９は、ＧＣＩＢ処理システムについての他のイオン源の図である。

ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）技術を用いたワークピースのロケーションスペシフィック処理を行う方法及びシステムが、種々の実施形態において記載される。当業者であれば、それらの種々の実施形態は、一つ以上の特定の詳細や、他の置換及び／又は追加の方法、材料若しくはコンポーネントがなくても実践され得ると理解するものである。他の例においては、周知の構造、材料又は動作は、本発明の種々の実施形態の観点を不明瞭にすることを回避するため、詳細には示されたり、記載されたりしない。同様に、説明することを目的として、特定の数、材料又は構成が明記され、本発明の完全な理解を提供する。それでもなお、本発明は特定の詳細がなくとも実践され得る。さらに、図に示された種々の実施形態は、説明的表現であり、必ずしも縮尺通りではない。

本明細書を通じて、「一つの実施形態」又は「ある実施形態」についての参照は、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、材料又は特性が、本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味し、それらが全ての実施形態に存在することを示さない。すなわち、本明細書を通じて、種々の箇所で現れる「一つの実施形態において」又は「ある実施形態において」は、必ずしも本発明の同一の実施形態を示さない。さらに、特定の特徴、構造、材料又は特性は、一つ以上の実施形態においては任意の好適なやり方で組み合わせられ得る。種々の追加の層及び／又は構造が含まれてもよく、及び／又は記載される特徴が他の実施形態において省かれ得る。

本明細書において用いられる「ワークピース」は、概して、本発明に従って処理される対象物を示す。ワークピースは、デバイス、特には半導体又は電子デバイスの任意の材料部分又は構造を含んでよく、例えば、半導体ウェハ等のベースワークピース構造又は、薄膜等のベースワークピース構造の上若しくはこれにオーバーレイする層でもあり得る。ゆえに、ワークピースはある特定のベース構造、下位層若しくは上位層、パターニングされている若しくはパターニングされていないものに限定されることを意図しておらず、むしろ、任意のそのような層若しくはベース構造と、層及び／又はベース構造の任意の組み合わせを含むと考える。以下の記載では、特定のタイプのワークピースを参照し得るが、説明することのみを目的としており、限定ではない。

既に部分的に述べたように、ワークピース上に存在する不均一性を補正するときに、ＧＣＩＢ処理の実装は、ＧＣＩＢ装置の出力処理パラメータに反復的に影響する、システム及び／又はイクイップメント特有の処理例外により生じる誤差も補正しなくてはならない。ＬＳＰの補正能力を改良するため、予測方法は、種々の実施形態に従った、ＧＣＩＢロケーションスペシフィック処理時のシステム誤差に対応するのに用いられる。

このため、種々の実施形態によれば、改良された補正能力を備える、ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）を用いたワークピースのロケーションスペシフィック処理の方法が記載される。これから図面を参照するが、類似の参照番号は複数の図を通じて対応する部分を示す。図１は、ある実施形態に係る、ＧＣＩＢ処理を用いたワークピースの上位層を修正する方法を示す。

フローチャート１に示される方法は、ワークピースの上位層に関連したパラメータデータを収集する工程１０にて開始する。パラメータデータは、上位層の測定特性の当初プロファイルと、測定特性の空間的変動の少なくとも一つのｎ次導関数と、を含み、ｎはゼロよりも大きい整数である。パラメータデータは、ワークピース、ワークピース上に形成された任意の層若しくはサブ層及び／又はワークピース上の装置の任意の部分に関連づけられた、形状的（geometrical）、機械的、電気的及び／又は光学的パラメータを含み得る。例えば、計測データは、下記に記載される計測システムにより測定可能な任意のパラメータを含むことができる。追加的に、例えば、測定特性は、膜厚、表面及び／若しくは界面粗さ、表面汚染、フィーチャ深さ、トレンチ深さ、ビア深さ、フィーチャ幅、トレンチ幅、ビア幅、限界寸法（ＣＤ）、表面粗さ若しくは電気抵抗又はこれらの二つ以上の任意の組み合わせを含み得る。

例として、図２は、例示の測定特性のプロファイルの空間的マップを示す。ここで、計算された平均値が空間的マップから減算されて、より厚い膜領域（「＋」記号で示される）とより薄い膜領域（「－」）を生成し得る。測定特性はワークピース上の様々な位置で測定され、ワークピース上の上位層についての膜厚の空間的マップが生成される。図２に示した本例においては、膜厚の空間的マップは、商業的に入手可能な、KLA-Tencor Corporation製の薄膜測定装置UV-1280SEモデルを用いた分光偏光解析法により計測されている。

パラメータデータは、測定特性を含み、ＧＣＩＢ処理システムにインシチュ（in-situ）又はエクスシチュ（ex-situ）で結合された計測システムを用いて取得され得る。計測システムは、任意の多様なワークピース診断システムを含んでよく、これらに限られないが、形状的、機械的、光学的及び／又は電気的な検査／計測システムを含み得る。例えば、計測システムは、光学デジタル形状測定器（ＯＤＰ）、散乱器、偏光解析器、反射測定器、干渉器、蛍光Ｘ線分析器、走査電気顕微鏡（ＳＥＭ）、トンネル電子顕微鏡（ＴＥＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）若しくは四点プローブセンシング又はこれら二つ以上の組み合わせを含み得る。

例えば、計測システムは、光学散乱器システムを構成し得る。散乱器システムは、Therma-Wave社（1250 Buckeye Drive, Milpitas, CA 95035）又はNonometrics社（1550 Buckeye Drive, Milpitas, CA 95035）から商業的に入手可能なビームプロファイル偏光解析法（偏光解析器）及びビームプロファイル反射測定法（反射測定器）を組み込む散乱器を含み得る。追加的に、例えば、インシチュの計測システムは、ワークピース上の計測データを測定するように構成された、統合型光学デジタル形状測定器（ｉＯＤＰ）の散乱器モジュールを含み得る。

パラメータデータは、ワークピース上の二箇所以上で測定され得る。さらに、このデータは、一つ以上のワークピースに対して取得及び収集され得る。一つ以上のワークピースは、例えば、ワークピースのカセット（cassette）を含み得る。パラメータデータは、一つ以上のワークピースの少なくとも一つのワークピース上の二箇所以上で測定される。例えば、一つ以上のワークピースの各々のワークピース上の複数箇所で取得され得る。このため、複数のワークピースの各々のワークピース上の複数箇所は、データフィッティングアルゴリズムを用いて測定地点から未測定地点にまで拡張されることができる。例えば、データフィッティングアルゴリズムは、内挿（線形若しくは非線形）若しくは外挿（線形若しくは非線形）又はこれらの組み合わせを含むことができる。

一旦、パラメータデータが計測システムを用いて一つ以上のワークピースについて取集されると、パラメータデータは補正データを計算するコントローラに提供される。パラメータデータは、計測システムとコントローラとの間で物理的接続（例えば、ケーブル）若しくは無線接続又はこれらの組み合わせを介して通信され得る。追加的に、パラメータデータは、イントラネット又はインターネット接続を介して通信され得る。あるいは、パラメータデータは、計測システムとコントローラとの間でコンピュータ読み取り可能媒体でやり取りされ得る。

測定特性の空間的変動の少なくとも一つのｎ次導関数は、ワークピース上の測定特性の空間的変動の一次導関数を含み得る。一次導関数又は空間的勾配は、ワークピースを横切った方向での測定特性の変化率又は空間的変動を表す。例えば、一次導関数は、測定特性がワークピース上の所与の箇所において、ワークピースを横切った方向に滑らかに変化するのか、又はより鋭く変化するのかを示す。

追加的に、測定特性の空間的変動の少なくとも一つのｎ次導関数は、ワークピース上の測定特性の空間的変動の二次導関数を含み得る。二次導関数又は空間的曲率は、ワークピースを横切った方向での測定特性の勾配における変化率又は空間的変動を表す。例えば、二次導関数はワークピース上での所与の箇所での測定特性の凹凸の程度を示す。

測定特性の空間的変動の少なくとも一つのｎ次導関数は、ワークピース上での複数の箇所で測定される及び／又は計算されてよく、測定特性の測定がされた箇所に対応してもよいし、対応しなくてもよい。例として、測定特性の空間的変動の少なくとも一つのｎ次導関数は、上位層の測定特性が、内挿アルゴリズム若しくはデータフィッティングアルゴリズム又はこれらの組み合わせを用いて取得された箇所で計算される。例えば、測定特性の空間的変動の少なくとも一つのｎ次導関数は、有限差分スキームを用いて決定され得る。

工程１１においては、ＧＣＩＢを上位層に適用して測定特性の当初プロファイルを変更するための予測システム誤差レスポンスが、少なくとも一つのｎ次導関数を含むパラメータデータを、予め決められた予測モデルへの入力として用いることによって、決定される。予め決められた予測モデルは、次の工程を行うことによって確立される。（ｉ）一つ以上の代表的ワークピース上での上位層の代表的特性の代表的当初プロファイル及び、代表的特性の空間的変動の少なくとも一つ以上のｎ次導関数（ここで、ｎはゼロよりも大きい整数である）と、を含む代表的パラメータデータを測定する工程、（ｉｉ）代表的目標プロファイルを確立する工程、（ｉｉｉ）代表的特性に対する代表的当初プロファイルと代表的目標プロファイルと、を用いて、代表的補正データを計算する工程、（ｉｖ）代表的ＧＣＩＢの適用線量を空間変調することによって、代表的補正データをワークピースに適用する工程、（ｖ）代表的実プロファイルを代表的目標プロファイルと比較して、代表的システム誤差を決定する工程、及び（ｖｉ）代表的システム誤差と代表的パラメータデータとを関連づける工程がある。

代表的システム誤差と代表的パラメータデータとを関連づけることは、代表的パラメータデータと代表的システム誤差に最小二乗法を適用し、関数的関係によって生成される残差二乗和を最小化する、代表的パラメータデータと代表的システム誤差との間のその関数的関係を定式化することを含み得る。その誤差近似は、測定特性データ、一次導関数及び二次導関数を誤差に関連づける二次モデルを含み得る。つまり、

ここで、Ｚは、測定特性データを表し、ｄＺ／ｄｘ及びｄＺ／ｄｙは、ｘｙ方向（例えば、ワークピースの平面内の直交方向）における測定特性の一次導関数（勾配）を表し、ｄ^２Ｚ／ｄｘ^２及びｄ^２Ｚ／ｄｙ^２は、ｘｙ方向における測定特性の二次導関数（曲率）を表し、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬは、最小二乗法を用いた誤差モデルについて決定された係数である。あるいは、単純化した誤差近似であれば、測定特性データ及び一次導関数を誤差に関連づける一次モデルを含み得る。つまり、

例として、図３Ａから図３Ｃは、パラメータデータを予測システム誤差レスポンスに関連づける、予め決められた予測モデルの用意に関連したデータ例をグラフで示す。図３Ａは、予め決められた予測モデルを用いた予測システム誤差対アクチュアル（actual）システム誤差、つまり、目標からアクチュアルプロファイルを引いたもの、をプロットしている。データが線形近似でフィッティングされるとき、また、最小二乗の意味においても、傾き（slope）が一定と等価であることが期待される。二次誤差モデル（式（１）、一次及び二次導関数データを用いる）を用いると、傾きは０．９を超えて観測され、一時誤差モデル（式（２）、一次導関数データを用いる）を用いると、傾きはほぼ０．９と観測される。

図３Ｂは、代表的ワークピース上での位置関数として、アクチュアルシステム誤差対予測システム誤差の差異をグラフで示している。そして、図３Ｃは、誤差予測における誤差、つまり、アクチュアル誤差と予測誤差との差異対予測システム誤差を示している。発明者らは、誤差予測における誤差が、予測誤差又はアクチュアル誤差の２５％の範囲内にプロットすることができることを発見している。

工程１２においては、測定特性の目標プロファイルを特定することが達成される工程がある。目標プロファイルは、除去量（例えば、エッチング量）又は追加量（例えば、付着、成長、ドープ量）を含んでよく、当初プロファイルに端を発する目標プロファイルを達成する。

工程１３においては、ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）がワークピースの上位層に向けて指向する工程がある。ＧＣＩＢは、エッチング処理、付着処理、成長処理、平滑化処理、ドーピング処理、修正処理又はこれらの二つ以上の任意の組み合わせを行って、目標プロファイルを達成する。ＧＣＩＢは、ＧＣＩＢ処理システム内でワークピースを保持するワークピースホルダ周囲を減圧環境に維持することによって生成され得る。ワークピースは、マイクロ電子ワークピースを含み得る。ＧＣＩＢ処理システムは、以下の、図５、図６、図７若しくは図８又はこれらの組み合わせに記載されるＧＣＩＢ処理システム５０、１００、１００´、１００´´の任意の一つを含み得る。

工程１４においては、予測システム誤差レスポンス及びパラメータデータに少なくとも部分的に基づいて、ＧＣＩＢの適用プロパティがワークピースの上位層上の位置関数として空間変調され、測定特性の目標プロファイルを達成する工程がある。ＧＣＩＢの適用プロパティは、ビーム線量を含み得る。あるいは、ＧＣＩＢの適用プロパティは、ビーム線量、ビーム領域、ビームプロファイル、ビーム強度、ビーム走査レート若しくは滞留時間又はこれらの二つ以上の任意の組み合わせを含み得る。

その後、収集する工程、決定する工程、特定する工程、指向する工程若しくは空間的に変調する工程又はこれら二つ以上の任意の組み合わせを反復してよく、目標プロファイルと測定特性のアクチュアルプロファイルとの間の差異をさらに減少させる。さらに、予測誤差モデルを用いて目標プロファイルを達成するため、ＧＣＩＢにより修正されたワークピースの上位層から取集されたパラメータデータは、現存する（前もって確立された）予測誤差モデルを修正するのに用いることができ、それをその後のワークピースにおける変動に適用する。例えば、予測誤差モデルのパラメータ又は係数（例えば、式（１）又は式（２）に対して決定された係数）は、目標プロファイル、アクチュアルプロファイルと目標プロファイルとの差異、アクチュアルプロファイル又はアクチュアルプロファイルと目標プロファイルとの差異の不均一性等に実質的な全体的変更がある場合は、ワークピース間又はロット間での調整の必要性があり得る。パラメータ又は係数の調整は重み付けされ得る。例えば、更新後のパラメータ又は係数は、旧値コンポーネントと新値コンポーネントとの和でよい。例えば、A_UPDATED=W*A_NEW+(1-w)*A_OLDがある。ここで、Ａは更新される係数であり、ｗは重み付けファクタである。

補正データが、ワークピースのロケーションスペシフィック処理について計算される。より詳細には、補正データは、測定特性についての当初プロファイルと目標プロファイルを用いて計算され得る。所与のワークピースについての補正データは、その後の当初パラメータに関連づけられたパラメータデータと所与のワークピースについての目標プロファイルとの変化を達成するために、ワークピース上の位置関数として、ＧＣＩＢの線量などのＧＣＩＢプロパティの変調についての処理条件を含むことができる。例えば、所与のワークピースについての補正データは、所与のワークピースについてのパラメータデータの不均一性を補正するのにＧＣＩＢを用いる処理条件を決定することを含むことができる。あるいは、例えば、所与のワークピースについての補正データは、所与のワークピースについてのパラメータデータの特に意図的に不均一性を生成するのにＧＣＩＢを用いる処理条件を決定することを含むことができる。

パラメータデータにおける所望の変化とＧＣＩＢの線量との間に確立された関係及び、ＧＣＩＢの線量とＧＣＩＢ処理パラメータのセットを有するＧＣＩＢの処理条件との間に確立された関係とを用いて、コントローラは各ワークピースについての補正データを決定する。例えば、その後の当初プロファイルに関連づけられるパラメータデータを取り入れ、パラメータデータの当初プロファイルとパラメータデータの目標プロファイルとの差異を計算し、ＧＣＩＢ処理パターン（つまり、エッチングパターン、膜形成／付着パターン、ドープパターン等）を反転してこの差異にフィットさせ、ビーム線量線を形成して、パラメータデータにおける変化とＧＣＩＢの線量との関係を用いてＧＣＩＢ処理パターンを達成する、数学的アルゴリズムを採用することができる。その後、ＧＣＩＢ処理パラメータを、ビーム線量とＧＣＩＢ処理条件との間に確立された関係性を用いて、計算されたビーム線量線に影響を与えるように決定することができる。以下により詳細に記載するように、ＧＣＩＢ処理パラ―メータは、ビーム線量、ビーム領域、ビームプロファイル、ビーム強度、ビーム走査レート若しくは露出時間（若しくはビーム滞留時間）又はこれらの二つ以上の任意の組み合わせを含むことができる。

数学的アルゴリズムの選択についての多くの異なるアプローチが首尾よく本実施形態においては採用し得る。他の実施形態においては、ビーム線量線は、パラメータデータにおける所望の変化を達成するために、選択的に追加の材料を付着し得る。

補正データは、予測システム誤差レスポンスを組み合わせられて、予測システム誤差調整済補正データを生成する。その後、予測システム誤差調整済補正データは、例えば、適用線量を空間変調することによって、ＧＣＩＢを用いるワークピースに適用されることができる。

補正データをワークピースに適用すると、ワークピース欠陥の補正、ワークピース表面の平面性の補正、膜厚の補正、膜結着の改良を容易にし得る。一旦ＧＣＩＢ使用に処理されると、ワークピースの不均一性又はワークピースについてのパラメータデータの分布がインシチュ又はエクスシチュで調べられてよく、処理は必要に応じて完了又は改良される。

エッチング処理を行うときは、例えば、ＧＣＩＢは少なくとも一つのエッチングガスを含有する圧力ガス混合物から形成される。少なくとも一つのエッチングガスは、ハロゲン元素を含み得る。少なくとも一つのエッチングガスは、ハロゲン元素と、Ｃ、Ｈ、Ｎ及びＳからなる群から選択された一つ以上の元素と、を含み得る。少なくとも一つのエッチングガスは、ハロゲン元素と、Ｓｉ及びＧｅからなる群から選択された一つ以上の元素と、を含み得る。

例えば、少なくとも一つのエッチングガスは、Ｆ_２、Ｃｌ_２、Ｂｒ_２、ＮＦ_３又はＳＦ_６を含み得る。追加的に、例えば、少なくとも一つのエッチングガスは、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ又はＨＩ等のフッ素化合物を含み得る。さらに追加的には、例えば、少なくとも一つのエッチングガスは、一置換ハロシラン又はハロゲルマン（ＳｉＨ_３Ｆ、ＧｅＨ_３Ｆ等）、二置換ハロシラン又はハロゲルマン（ＳｉＨ_２Ｆ_２、ＧｅＨ_２Ｆ_２等）、三置換ハロシラン又はハロゲルマン（ＳｉＨＦ_３、ＧｅＨＦ_３等）又は四置換ハロシラン又はハロゲルマン（ＳｉＦ_４、ＧｅＦ_４、ＳｉＣｌ_４、ＧｅＣｌ_４、ＳｉＢｒ_４又はＧｅＢｒ_４）等のハロシラン又はハロゲルマンを含み得る。さらに、例えば、少なくとも一つのエッチングガスは、一置換ハロメタン（例えば、ＣＨ_３Ｆ、ＣＨ_３Ｃｌ、ＣＨ_３Ｂｒ、ＣＨ_３Ｉ）、二置換ハロメタン（例えば、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_２ＣｌＦ、ＣＨ_２ＢｒＦ、ＣＨ_２ＦＩ、ＣＨ_２Ｃｌ_２、ＣＨ_２ＢｒＣｌ、ＣＨ_２ＣｌＩ、ＣＨ_２Ｂｒ_２、ＣＨ_２ＢｒＩ、ＣＨ_２Ｉ_２）、三置換ハロメタン（例えば、ＣＨＦ_３、ＣＨＣｌＦ_２、ＣＨＢｒＦ_２、ＣＨＦ_２Ｉ、ＣＨＣｌ_２Ｆ、ＣＨＢｒＣｌＦ、ＣＨＣｌＦＩ、ＣＨＢｒ_２Ｆ、ＣＨＢｒＦＩ、ＣＨＦＩ_２、ＣＨＣｌ_３、ＣＨＢｒＣｌ_２、ＣＨＣｌ_２Ｉ、ＣＨＢｒ_２Ｃｌ、ＣＨＢｒＣｌＩ、ＣＨＣｌＩ_２、ＣＨＢｒ_３、ＣＨＢｒ_２Ｉ、ＣＨＢｒＩ_２、ＣＨＩ_３）、四置換ハロメタン（例えば、ＣＦ_４、ＣＣｌＦ_３、ＣＢｒＦ_３、ＣＦ_３Ｉ、ＣＣｌ_２Ｆ_２、ＣＢｒＣｌＦ_２、ＣＣｌＦ_２Ｉ、ＣＢｒ_２Ｆ_２、ＣＢｒＦ_２Ｉ、ＣＦ_２Ｉ_２、ＣＣｌ_３Ｆ、ＣＢｒＣｌ_２Ｆ、ＣＣｌ_２ＦＩ、ＣＢｒ_２ＣｌＦ、ＣＢｒＣｌＦＩ、ＣＣｌＦＩ_２、ＣＢｒ_３Ｆ、ＣＢｒ_２ＦＩ、ＣＢｒＦＩ_２、ＣＦＩ_３、ＣＣｌ_４、ＣＢｒＣｌ_３、ＣＣｌ_３Ｉ、ＣＢｒ_２Ｃｌ_２、ＣＢｒＣｌ_２Ｉ、ＣＣｌ_２Ｉ_２、ＣＢｒ_３Ｃｌ、ＣＢｒ_２ＣｌＩ、ＣＢｒＣｌＩ_２、ＣＣｌＩ_３、ＣＢｒ_４、ＣＢｒ_３Ｉ、ＣＢｒ_２Ｉ_２、ＣＢｒＩ_３、ＣＣｌ_４）等のハロメタンを含み得る。

ＧＣＩＢを形成するため、エッチングガスの構成成分は、相対的に高圧（例えば、一気圧又はそれより大きい）での気相中に単独又はキャリアガス（例えば、希ガス元素又は窒素）と組み合わさって存在するものから選択されるべきである。

一つの実施形態において、Ｓｉ含有及び／又はＧｅ含有材料をエッチングするときは、少なくとも一つのエッチングガスは、Ｆ、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択されたハロゲン元素を含む。その少なくとも一つのエッチングガスは、さらに、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎ、Ｓ、Ｃ若しくはＨ又はＣ及びＨの両方を含み得る。例えば、少なくとも一つのエッチングガスは、ハロゲン化合物、ハロシラン、ハロゲルマン又はハロメタンを含み得る。追加的に、例えば、少なくとも一つのエッチングガスは、ＳｉＦ_４、ＣＨＦ_３、ＳＦ_６、ＮＦ_３、Ｆ_２、Ｃｌ_２、Ｂｒ_２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＣＣｌＦ_３、ＣＢｒＦ_３、ＣＨＣｌＦ_２若しくはＣ_２ＣｌＦ_５又はこれら二つ以上の任意の組み合わせを含み得る。

他の実施形態においては、Ｓｉ含有及び／又はＧｅ含有材料をエッチングするときは、少なくとも一つのエッチングガスは、異なる二つのハロゲン元素を含む。第一ハロゲン元素は、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択されてよく、第二ハロゲン元素は、Ｆを含み得る。少なくとも一つのエッチングガスは、さらに、Ｃ若しくはＨ又はＣ及びＨの両方を含み得る。例えば、少なくとも一つのエッチングガスは、ハロメタンを含み得る。追加的に、例えば、少なくとも一つのエッチングガスは、ＣＣｌＦ_３、ＣＢｒＦ_３、ＣＨＣｌＦ_２、Ｃ_２ＣｌＦ_５又はこれら二つ以上の任意の組み合わせを含み得る。

他の実施形態においては、Ｓｉ並びにＯ、Ｃ、Ｎ及びＧｅからなる群から選択された一つ以上の元素を有するＳｉ含有材料をエッチングするときは、少なくとも一つのエッチングガスは、ハロゲン元素並びにＳｉ、Ｇｅ、Ｎ、Ｓ、Ｃ及びＨからなる群から選択された一つ以上の元素を含む。例えば、エッチングガスは、ハロシラン又はハロメタンを含み得る。追加的に、例えば、エッチングガスは、ＳｉＦ_４、ＣＨ_３Ｆ、ＣＨ_３Ｃｌ、ＣＨ_３Ｂｒ、ＣＨＦ_３、ＣＨＣｌＦ_２、ＣＨＢｒＦ_２、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_２ＣｌＦ、ＣＨ_２ＢｒＦ、ＣＨＣｌ_２Ｆ、ＣＨＢｒ_２Ｆ、ＣＨＣｌ_３、ＣＨＢｒＣｌ_２、ＣＨＢｒ_２Ｃｌ若しくはＣＨＢｒ_３又はこれら二つ以上の任意の組み合わせを含み得る。

他の実施形態においては、金属含有材料をエッチングするときは、エッチングガスはＦ、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択されたハロゲン元素を含む。エッチングガスは、さらに、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎ、Ｓ、Ｃ若しくはＨ又はＣ及びＨの両方を含み得る。例えば、エッチングガスは、ハロゲン化合物、ハロシラン、ハロゲルマン又はハロメタンを含み得る。追加的に、例えば、エッチングガスは、ＳｉＦ_４、ＣＨＦ_３、ＳＦ_６、ＮＦ_３、Ｆ_２、Ｃｌ_２、Ｂｒ_２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＣＣｌＦ_３、ＣＢｒＦ_３、ＣＨＣｌＦ_２若しくはＣ_２ＣｌＦ_５又はこれら二つ以上の任意の組み合わせを含み得る。

他の実施形態においては、金属含有材料をエッチングするときは、エッチングガスは、異なる二つのハロゲン元素を含む。第一ハロゲン元素は、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択されてよく、第二ハロゲン元素は、Ｆを含み得る。エッチングガスは、さらに、Ｃ若しくはＨ又はＣ及びＨの両方を含み得る。例えば、エッチングガスは、ハロメタンを含み得る。追加的に、例えば、少なくとも一つのエッチングガスは、ＣＣｌＦ_３、ＣＢｒＦ_３、ＣＨＣｌＦ_２、Ｃ_２ＣｌＦ_５又はこれら二つ以上の任意の組み合わせを含み得る。

さらに他の実施形態においては、カルコゲン化合物材料をエッチングするときは、エッチングガスはハロゲン元素を含む。例えば、エッチングガスは、ハロゲン化合物、ハロシラン、ハロゲルマン、ハロメタンを含み得る。追加的に、例えば、エッチングガスは、Ｆ_２、Ｃｌ_２、Ｂｒ_２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＮＦ_３、ＳＦ_６、ＳｉＦ_４、ＣＨ_３Ｆ、ＣＨ_３Ｃｌ、ＣＨ_３Ｂｒ、ＣＨＦ_３、ＣＨＣｌＦ_２、ＣＨＢｒＦ_２、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_２ＣｌＦ、ＣＨ_２ＢｒＦ、ＣＨＣｌ_２Ｆ、ＣＨＢｒ_２Ｆ、ＣＨＣｌ_３、ＣＨＢｒＣｌ_２、ＣＨＢｒ_２Ｃｌ若しくはＣＨＢｒ_３又はこれら二つ以上の任意の組み合わせを含み得る。

少なくとも一つのエッチングガスは、第一エッチングガス及び第二エッチングガスを含み得る。一つの実施形態においては、第一エッチングガスは、Ｃｌ又はＢｒを含み、第二エッチングガスはＦを含み得る。例えば、第一エッチングガスはＣｌ_２を含んでよく、第二エッチングガスはＮＦ_３を含み得る。他の実施形態においては、第一エッチングガスは、ハロメタン又はハロゲン化合物を含み、第二エッチングガスは、Ｆ、Ｃｌ又はＢｒを含む。他の実施形態においては、第一エッチングガスは、Ｃ、Ｈ及びハロゲン元素を含み、第二エッチングガスは、Ｆ、Ｃｌ又はＢｒを含む。例えば、第一エッチングガスは、ＣＨＦ_３、ＣＨＣｌ_３又はＣＨＢｒ_３を含んでよく、第二エッチングガスは、ＳｉＦ_４、ＳＦ_６、ＮＦ_３又はＣｌ_２を含み得る。第一エッチングガス及び第二エッチングガスは、連続的にＧＣＩＢに導入され得る。あるいは、第一エッチングガス及び第二エッチングガスは、交互かつ連続的にＧＣＩＢに導入され得る。

圧力ガス混合物は、さらに、ハロゲン元素、Ｆ及びＣを含有する化合物、Ｈ及びＣを含有する化合物、Ｃ、Ｈ及びＦを含有する化合物、Ｓｉ及びＦを含有する化合物、Ｇｅ及びＦを含有する化合物又はこれら二つ以上の任意の組み合わせを含み得る。追加的に、圧力ガス混合物は、さらにに、塩素含有化合物、フッ素含有化合物又は臭素含有化合物を含み得る。追加的に、圧力ガス混合物は、さらに、Ｓ、Ｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｆ、Ｈ、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択された一つ以上の元素を含む化合物を含み得る。追加的にさらに、圧力ガス混合物は、さらに、ケイ素含有化合物、ゲルマニウム含有化合物、窒素含有化合物、酸素含有化合物若しくは炭素含有化合物又はこれら二つ以上の任意の組み合わせを含み得る。さらに、圧力ガス混合物は、さらに、Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｏ、Ｓ、Ｆ、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択された一つ以上の元素を含み得る。さらにまた、圧力ガス混合物は、さらに、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｏ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｎ_２、ＮＯ、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３、Ｆ_２、ＨＦ、ＳＦ_６若しくはＮＦ_３又はこれら二つ以上の任意の組み合わせを含み得る。

その上さらにまた、ＧＣＩＢは、少なくとも一つのドーパント又は、薄膜を付着若しくは成長させるための膜形成成分又はこれら二つ以上の任意の組み合わせを含む圧力ガス混合物から生成され得る。例えば、ドーピング、修正、エッチング、洗浄、成長又は付着は、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｂ、Ｃ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｏ、Ｓ、Ｆ、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択された一つ以上の元素を導入することを含み得る。

他の実施形態においては、ＧＣＩＢは、エッチングガスを含有する第一圧力ガス混合物及び膜形成ガスを含有する第二圧力ガス混合物を交互かつ連続的に用いることで、生成され得る。さらに他の実施形態においては、ＧＣＩＢの組成物及び／又はよどみ圧は、エッチング中で調整され得る。

上記で示唆したように、ＧＣＩＢのＧＣＩＢ処理条件の一つ以上のＧＣＩＢプロパティは、目標プロファイルを達成するために、ＧＣＩＢは次の工程、つまり、ビーム加速度ポテンシャル、一つ以上のビーム焦点ポテンシャル及びビーム線量を選択し、一つ以上のビーム焦点ポテンシャルに従ってＧＣＩＢを加速させ、ビーム線量に従ってワークピースの少なくとも一部に加速されたＧＣＩＢを照射することによって、生成され得る。

さらに、これらのＧＣＩＢプロパティに加えて、ビームエネルギー、ビームエネルギー分布、ビーム角度分布、ビーム発散分布、よどみ圧、よどみ温度、質量流量、クラスターサイズ、クラスターサイズ分布、ビームサイズ、ビーム組成、ビーム電極ポテンシャル、ガスノズル設計（ノズル管半径、ノズル長さ、ノズル発散半角等）が選択され得る。上記の一つ以上のＧＣＩＢプロパティを選択することができ、上記に指摘したもの等の目標エッチング処理基準の制御を達成する。さらに、上記の一つ以上のＧＣＩＢプロパティを修正することができ、上記に指摘したもの等の目標エッチング処理基準の制御を達成する。

ＧＣＩＢについてのビームエネルギー分布関数は、ＧＣＩＢの少なくとも一部が上昇圧力領域を横断するように、上昇圧力領域を通じＧＣＩＢ経路に沿って各ＧＣＩＢを指向することによって、修正され得る。ビームエネルギー分布への修正程度は、ＧＣＩＢ経路の少なくとも一部分に沿った圧力―距離ｄの積分によって特徴付けられ得る。圧力―距離の積分の値が大きくなる（圧力及び／又は経路距離ｄ大きくなることにより）ときは、ビームエネルギー分布は広がり、ピークエネルギーは下がる。圧力―距離の積分の値が小さくなる（圧力及び／又は経路距離ｄが小さくなることにより）ときは、ビームエネルギー分布は狭まり、ピークエネルギーは上がる。例として、ビームエネルギー分布を広げて、ビーム発散を増加させてもよく、あるいは、ビームエネルギー分布を狭めて、ビーム発散を減少させてもよい。

ＧＣＩＢ経路の少なくとも一部分に沿った圧力―距離の積分は、約０．０００１ｔｏｒｒ―ｃｍ以上でよい。あるいは、ＧＣＩＢ経路の少なくとも一部分に沿った圧力―距離の積分は、約０．００１ｔｏｒｒ―ｃｍ以上でよい。さらに、あるいは、ＧＣＩＢ経路の少なくとも一部分に沿った圧力―距離の積分は、約０．０１ｔｏｒｒ―ｃｍ以上でよい。例として、ＧＣＩＢ経路の少なくとも一部分に沿った圧力―距離の積分は、０．０００１ｔｏｒｒ―ｃｍから０．０１ｔｏｒｒ―ｃｍにまで及ぶ。他の例として、ＧＣＩＢ経路の少なくとも一部分に沿った圧力―距離の積分は、０．００１ｔｏｒｒ―ｃｍから０．０１ｔｏｒｒ―ｃｍにまで及ぶ。

あるいは、ＧＣＩＢについてのビームエネルギー分布関数は各ＧＣＩＢの荷電状態を修正又は変更することによって、修正され得る。例えば、荷電状態は、電子束、電子エネルギー又はガスクラスターの電子衝突誘導イオン化で使用される電子の電子エネルギー分布を調整することによって、修正され得る。

一つの実施形態においては、ＧＣＩＢ処理条件の一つ以上のプロパティは、ＧＣＩＢ組成、ビーム線量、ビーム加速度ポテンシャル、ビーム焦点ポテンシャル、ビームエネルギー、ビームエネルギー分布、ビーム角度分布、ビーム発散角、ＧＣＩＢ組成の流量、よどみ圧、よどみ温度、ＧＣＩＢが通過する圧力上昇領域に対するバックグラウンドガス圧又はＣＧＩＢが通過する圧力上昇領域に対するバックグラウンドガス流量（例えば、以下により詳細に説明されるＰセル値）を含み得る。

他の実施形態においては、目標プロファイルを達成するための一つ以上のＧＣＩＢプロパティの設定は、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速度ポテンシャル、ＧＣＩＢ組成の流量及びＧＣＩＢが通過する圧力上昇領域に対するバックグラウンドガス流量を設定することを含み得る。

ＧＣＩＢについて、ビーム加速度ポテンシャルは、１００ｋＶにまで及んでよく、ビームエネルギーは１００ｋｅＶにまで及んでよく、クラスターサイズは、複数万原子にまで及んでよく、ビーム線量は、１平方センチメートル当たり約１×１０^１７にまで及んでよい。例えば、ＧＣＩＢのビーム加速度ポテンシャルは、約１ｋＶから約７０ｋＶにまで及び得る（つまり、平均的な単一クラスターの荷電状態を想定すると、ビームエネルギーが約１ｋｅＶから約７０ｋｅＶにまで及び得る）。追加的に、例えば、ＧＣＩＢの線量は、１平方センチメートル当たり約１×１０^１２から１平方センチメートル当たり約１×１０^１４にまで及び得る。

ＧＣＩＢは、一原子当たり約０．２５ｅＶから一原子当たり約１００ｅＶまで及ぶ一原子比当たり（per atom ratio）のエネルギーを有して確立され得る。あるいは、一原子当たり約０．２５ｅＶから一原子当たり約１０ｅＶまで及ぶ一原子比当たり（per atom ratio）のエネルギーを有して確立され得る。あるいは、一原子当たり約１ｅＶから一原子当たり約１０ｅＶまで及ぶ一原子比当たり（per atom ratio）のエネルギーを有して確立され得る。

一原子比当たりの所望のエネルギーを有するＧＣＩＢを確立することは、ビーム加速度ポテンシャル、ＧＣＩＢの形成に対するよどみ圧若しくはガス流量又はこれらの任意の組み合わせを選択することを含み得る。ビーム加速度ポテンシャルは、ビームエネルギー又は一イオンクラスター当たりのエネルギーを増加させる又は減少させるのに用いられ得る。例えば、ビーム加速度ポテンシャルにおける増加は、最大ビームエネルギーを増加させ、結果として、所与のクラスターサイズに対する一原子比当たりのエネルギーにおける増加を引き起こす。追加的に、よどみ圧は、所与のクラスターについてのクラスターサイズを大きくする又は小さくするのに用いられ得る。例えば、ＧＣＩＢの形成中のよどみ圧における増加は、クラスターサイズを大きくし（つまり、一クラスター当たりの原子数）、結果として、所与のビーム加速度ポテンシャルに対する一原子比当たりのエネルギーにおける減少を引き起こす。

ここで、ビーム線量には、単位面積当たりのクラスターの個数が与えられる。しかし、ビーム線量は、また、ビーム電流及び／又は時間（例えば、ＧＣＩＢ滞留時間）を含み得る。例えば、ビーム電流は、時間が変動してビーム線量を変化させる間、測定され、一定に維持され得る。あるいは、例えば、クラスターが単位面積当たりでワークピースの表面に衝突する割合（つまり、単位時間当たりで単位面積当たりのクラスターの数は、時間が変動してビーム線量を変化させる間、一定に保持され得る。

図１に記載した方法は、さらに、目標プロファイルを一つ以上の新しい目標プロファイルに変化させること、ＧＣＩＢについての追加のＧＣＩＢ処理状況の一つ以上の追加のＧＣＩＢプロパティを設定して、一つ以上の新たな目標エッチング処理基準を達成する。

図５を参照する。実施形態に係る、上記のようなワークピースを処理するＧＣＩＢ処理システム１００を示す。ＧＣＩＢ処理システム１００は、真空容器１０２と、処理されるワークピース１５２が固定されるワークピースホルダ１５０と、真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃと、を含む。ワークピース１５２は、半導体ワークピース、ウェハ、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、液晶ディスプレイ又は他のワークピースである。ＧＣＩＢ処理システム１００は、ワークピース１５２を処理するＧＣＩＢを生成するように構成される。

図５のＧＣＩＢ処理システムをさらに参照する。真空容器１０２は三つの連絡チャンバ、つまり、ソースチャンバ１０４と、イオン化／加速チャンバ１０６と、処理チャンバ１０８とを含み、減圧エンクロージャを提供する。その三つのチャンバは、それぞれ、真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃにより好適な動作圧に向けて真空にされる。三つの連絡チャンバ１０４、１０６、１０８において、ガスクラスタービームは第一チャンバ（ソースチャンバ１０４）で形成することができる一方、ＧＣＩＢは、ガスクラスタービームがイオン化され、加速される第二チャンバ（イオン化／加速チャンバ１０６）において形成することができる。その後、第三チャンバ（処理チャンバ１０８）において、加速されたＧＣＩＢがワークピース１５２を処理するのに使用され得る。

図５に示すように、ＧＣＩＢ処理システム１００は、一つ以上のガス又はガスの混合物を真空容器１０２に導入するように構成された一つ以上のガスソースを含むことができる。例えば、第一ガスソース１１１に格納されている第一ガス組成物は加圧下で、第一ガス制御バルブ１１３Ａを通じて（複数の）ガスメータバルブ１１３につながっている。追加的に、例えば、第二ガスソース１１２に格納されている第二ガス組成物は加圧下で、第二ガス制御バルブ１１３Ｂを通じて（複数の）ガスメータバルブ１１３につながっている。追加的に、例えば、第一ガス組成物若しくは第二ガス組成物又はその両方は、濃縮可能な不活性ガス、キャリアガス又は希釈性ガスを含むことができる。例えば、不活性ガス、キャリアガス又は希釈性ガスは、希ガス、つまり、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ又はＲｎを含むことができる。

さらに、第一ガスソース１１１及び第二ガスソース１１２は、単独で又は互いに組み合わさってイオン化クラスターを生成する。材料組成物は、材料層と反応する又は導入されるのに望ましい主な原子又は分子種を含み得る。

第一ガス組成物若しくは第二ガス組成物又はその両方高圧の濃縮可能なガスは、ガス供給チューブ１１４を通じて、よどみチャンバ１１６に導入され、適切な形状のノズル１１０を通じて実質的に減圧された真空中に排出される。高圧の濃縮可能なガスのよどみチャンバ１１６から、ソースチャンバ１０４への低圧領域に向けての膨張の結果、ガス速度は超音速にまで上がり、ガスクラスタービーム１１８がノズル１１０から発する。

静的エンタルピーとしてのジェットの固有冷却は運動エネルギーへ交換され、これは、ジェット中の膨張から生じるのであるが、ガスジェットの一部が濃縮し、クラスターを含むガスクラスタービーム１１８を形成する。各クラスターは、数～数千の弱い結合の原子又は分子からなる。ガススキマー１２０は、ノズル１１０の出口の下流、ソースチャンバ１０４とイオン化／加速チャンバ１０６との間に位置する。ガススキマー１２０は、クラスターに凝縮されていないであろう、ガスクラスタービーム１１８の周辺エッジ上のガス分子を、クラスターが形成されているであろう、ガスクラスタービーム１１８のコア中のガス分子から、部分的に分離する。他の理由のうち、ガスクラスタービーム１１８の部分のこの選択により、高圧が有害となる下流領域での圧力低下に繋げることができる（例えば、イオナイザ１２２及び処理チャンバ１０８）。さらに、ガススキマー１２０は、ガスクラスタービームがイオン化／加速チャンバ１０６に入る初期寸法を規定する。

ＧＣＩＢ処理システム１００は、一つ以上のスキマー開口を備える複数のノズルを含み得る。複数のガスクラスターイオンビームシステムの設計に関する付加的な詳細については、「Multiple Nozzle Gas Cluster Ion Beam System」と題する、２００９年４月２３日に出願された、米国特許出願公開第２０１０／０１９３７０号、「Multiple Nozzle Gas Cluster Ion Beam System and Method of Operating」と題する、２０１０年３月２６日に出願された、米国特許出願公開第２０１０／０１９３４７２号で提供され、これらの内容は全て参照により本明細書に援用される。

ガスクラスタービーム１１８がソースチャンバ１０４で形成された後、ガスクラスタービーム１１８中のガスクラスター成分は、イオナイザ１２２によりイオン化されて、ＧＣＩＢ１２８を形成する。イオナイザ１２２は、一つ以上のフィラメント１２４から電子を生成する電子衝撃イオナイザを含み得る。それらの電子は、加速され、イオン化／加速チャンバ１０６内部にあるガスクラスタービーム１１８中のガスクラスターに衝突するように指向される。ガスクラスターとの衝突衝撃により、十分なエネルギーの電子がガスクラスター中の分子から電子を追放し、イオン化分子を生成する。ガスクラスターのイオン化は、概して、正味の正電荷を有する荷電ガスクラスターイオンの個体数につながり得る。

図５に示されるように、ビーム電子機器１３０は、ＧＣＩＢ１２８へのイオン化、抽出、加速、フォーカシングに使用される。ビーム電子機器１３０は、フィラメント電源１３６を含む。フィラメント電源１３６は、電圧Ｖ_Ｆをイオナイザのフィラメント１２４に供給する。

追加的に、ビーム電子機器１３０は、イオン化／加速チャンバ１０６内に好適にバイアスされた高電圧電極１２６一式を含む。高電圧電極１２６は、イオナイザ１２２からクラスターイオンを抽出する。高電圧電極１２６は、その後、抽出されたクラスターイオンを所望のエネルギーにまで加速し、それらを集めて（focus）ＧＣＩＢ１２８を規定する。ＧＣＩＢ１２８中のクラスターイオンの運動エネルギーは、代表的には、約１０００電子ボルト（１ｋｅＶ）かた、数十キロ電子ボルトにまで及ぶ。例えば、ＧＣＩＢ１２８は１ｋｅＶ～１００ｋｅＶに加速され得る。

図５に示すように、ビーム電子機器１３０は、さらに、陽極電源１３４を含む。陽極電源１３４は、イオナイザのフィラメント１２４から放出された電子を加速し、ガスクラスタービーム１１８中のガスクラスターに電子を衝突させて（bombard）、クラスターイオンを生成するため、イオナイザ１２２の陽極に電圧Ｖ_Ａを供給する。

追加的に、図５に示すように、ビーム電子機器１３０は、さらに、抽出電源１３８を含む。抽出電源１３８は、電圧Ｖ_ＥＥを供給して高電圧電極１２６の少なくとも一つをバイアスし、イオナイザ１２２のイオン化領域からイオンを抽出し、ＧＣＩＢ１２８を形成する。例えば、抽出電源１３８は、イオナイザ１２２の陽極電圧以下の電圧を、高電圧電極１２６の第一電極に提供する。

さらに、ビーム電子機器１３０は、加速器電源１４０を含むことができる。加速器電源１４０は、電圧Ｖ_ＡＣＣを供給して高電圧電極１２６の一つをイオナイザ１２２に対してバイアスし、全ＧＣＩＢ加速度エネルギーが約Ｖ_ＡＣＣ電子ボルト（ｅＶ）と等しくなるようにする。例えば、加速器電源１４０は、イオナイザ１２２の陽極電圧及び第一電極の抽出電圧以下の電圧を、高電圧電極１２６の第二電極に提供する。

さらにまた、ビーム電子機器１３０は、レンズ電源１４２、１４４を含むことができる。レンズ電源１４２は、高電圧電極１２６のいくつかをポテンシャル（例えば、Ｖ_Ｌ１及びＶ_Ｌ２）でバイアスして、ＧＣＩＢ１２８を集める。例えば、レンズ電源１４２は、イオナイザ１２２の陽極電圧、第一電極の抽出電圧及び第二電極の加速器電圧以下の電圧を、高電圧電極１２６の第三電極に提供し、レンズ電源１４４は、イオナイザ１２２の陽極電圧、第一電極の抽出電圧、第二電極の加速器電圧及び第三電極の第一レンズ電圧以下の電圧を、高電圧電極１２６の第四電極に提供することができる。

イオン化及び抽出スキームの両方について多くの異形物が用いられ得ることに留意されたい。本明細書で記載されるスキームは、インストラクション（instruction）の目的には有用である一方で、他の抽出スキームでは、イオナイザ及び抽出電極（又は抽出光学）の第一要素をＶ_ＡＣＣとすることを含む。これは、代表的には、イオナイザの電源についての制御電圧のファイバ光学プログラミングを必要とするが、より簡潔な全体的な光学トレーンを形成する。本明細書において記載される発明は、イオナイザ及び抽出レンズバイアスの詳細にかかわらず有用である。

イオン化／加速チャンバ１０６内で、高電圧電極１２６の下流にあるビームフィルタ１４６は、ＧＣＩＢ１２８から、モノマーか、モノマー及び光クラスターイオンを除去して、処理チャンバ１２８に入る、フィルタ処理されたＧＣＩＢ１２８Ａを規定するのに利用することができる。一つの実施形態においては、ビームフィルタ１４６は、１００以下の原子若しくは分子又はその両方を有するクラスタの数を実質的に減少させる。ビームフィルタは、ＧＣＩＢ１２８を横切る磁界をかける磁石アセンブリを含んでよく、フィルタリング処理で支援する。

さらに、図５を参照する。ビームゲート１４８はイオン化／加速チャンバ１０６内で、ＧＣＩＢ１２８の経路上に配置されている。ビームゲート１４８は、ＧＣＩＢ１２８がイオン化／加速チャンバ１０６から処理チャンバ１０８に通過して、処理ＧＣＩＢ１２８を規定することが許容される開状態及びＧＣＩＢ１２８が処理チャンバ１０８に入ることがブロックされる閉状態を有する。制御ケーブルは、制御システム１９０制御信号をビームゲート１４８に伝導する。制御信号は、制御可能にビームゲート１４８を開状態と閉状態とに切り替える。

ワークピース１５２は、ウェハ又は半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又はＧＣＩＢ処理によって処理される他のワークピースであり得る。ワークピース１５２は、処理チャンバ１０８内で、処理ＧＣＩＢ１２８Ａの経路上に配置される。ほどんどのアプリケーションは、空間的に均一の結果となる、大きなワークピースの処理を考慮するため、大きな領域を横切って処理ＧＣＩＢ１２８Ａを均一に走査し、空間的に同質な結果を生成する走査システムが望ましい。

Ｘ走査アクチュエータ１６０は、Ｘ走査動作方向（紙面の入出方向）で、ワークピースホルダ１５０の線形動作を提供する。Ｙ走査アクチュエータ１６２は、Ｙ走査動作方向で、ワークピースホルダ１５０の線形動作を提供する。Ｘ走査及びＹ走査動作の組み合わせが、ワークピースホルダ１５０により保持されたワークピース１５２を、処理ＧＣＩＢ１２８Ａを通じたラスタのような動作に変換し、ワークピース１５２を処理する処理ＧＣＩＢ１２８Ａによって、ワークピース１５２の表面の均一な（さもなくば、プログラムされた）照射を引き起こす。

ワークピースホルダ１５０は、処理ＧＣＩＢ１２８Ａがワークピース１５２の表面に対してビーム入射角度１６６を有するように、処理ＧＣＩＢ１２８Ａの軸に対してある角度でワークピース１５２を配置している。ビーム入射角度１６６は、９０度又は他の角度でよいが、代表的には９０度又は９０度近傍である。Ｙ走査中、ワークピース１５２及びワークピースホルダ１５０は示した位置から指示子１５２Ａ及び１５０Ａにより示された交互の位置「Ａ」まで、それぞれ移動する。二つの位置の間を移動する際に、ワークピースは処理ＧＣＩＢ１２８Ａを通じて走査され、いずれも端の位置まで移動すると、処理ＧＣＩＢ１２８Ａの経路から完全に外れる（オーバースキャン）。図５には明示的に示していないが、同様の走査及びオーバースキャンが（代表的には）直交するＸ走査動作方向（紙面の入出方向）で行われる。

ビーム電流センサ１８０は、ワークピースホルダ１５０が走査されて、処理ＧＣＩＢ１２８Ａの経路から外れたときに、処理ＧＣＩＢ１２８Ａのサンプルを遮るように、処理ＧＣＩＢ１２８Ａの経路で、ワークピースホルダ１５０を超えて配置され得る。ビーム電流センサ１８０は、代表的には、ファラデーカップ又はこれと同様のものであり、ビーム進入開口以外は閉じており、代表的には、電気的絶縁マウント１８２で真空容器１０２の壁に固定されている。

図５に示すように、制御システム１９０は、Ｘ走査アクチュエータ１６０及びＹ走査アクチュエータに電気ケーブルを通じて接続しており、処理ＧＣＩＢ１２８Ａの内外にワークピース１５２を載置するために、Ｘ走査アクチュエータ及びＹ走査アクチュエータを制御し、処理ＧＣＩＢ１２８Ａに対して均一にワークピース１５２を走査して、処理ＧＣＩＢ１２８Ａによるワークピース１５２の所望の処理を達成する。制御システム１９０は、電気ケーブルを介してビーム電流センサ１８０により収集されたサンプルビーム電流を受信し、それにより、ＧＣＩＢをモニタし、所定の線量が供給されたときは処理ＧＣＩＢ１２８Ａからワークピース１５２を取り除くことによって、ワークピース１５２により受信されたＧＣＩＢ線量を制御する。

図６に示した実施形態においては、ＧＣＩＢ処理システム１００´は、図５の実施形態に類似してよく、さらに、Ｘ－Ｙ位置決めテーブル２５３を含む。Ｘ－Ｙ位置決めテーブル２５３は、ワークピース２５２を保持し、二軸方向にこれを移動させるように動作可能であり、処理ＧＣＩＢ１２８Ａに対してワークピース２５２を効果的に走査する。例えば、Ｘ動作は、紙面の入出方向の動作を含み、Ｙ動作は方向２６４に沿った動作を含み得る。

処理ＧＣＩＢ１２８Ａは、ワークピース２５２の表面上の投影衝突領域２８６において、ワークピース２５２の表面に対するビーム入射角２６６で、ワークピース２５２に衝突する。Ｘ－Ｙ動作により、Ｘ―Ｙ位置決めテーブル２５３は、表面の全ての領域が、処理ＧＣＩＢ１２８Ａの処理のため、投影衝突領域２８６に一致するように、処理ＧＣＩＢ１２８Ａの経路にワークピース２５２の表面の各部分を位置決めすることができる。Ｘ－Ｙコントローラ２６２は、電気ケーブルを通じしてＸ－Ｙ位置決めテーブル２５３に電気信号を供給し、Ｘ軸及びＹ軸方向の各方向における位置及び速度を制御する。Ｘ―Ｙコントローラ２６２は、電気ケーブルを通じして、制御システム１９０から制御信号を受信し、これにより動作可能である。Ｘ－Ｙ位置決めテーブル２５３は、従来のＸ－Ｙテーブル位置決め技術に従って、連続動作又は段階的動作により移動し、ワークピース２５２の異なる領域を投影衝突領域２８６内に位置決めする。一つの実施形態においては、Ｘ－Ｙ位置決めテーブル２５３は、制御システム１９０によりプログラムにより動作可能であり、処理ＧＣＩＢ１２８ＡによるＧＣＩＢ処理のため、投影衝突領域２８６を通じてワークピース２５２の任意の部分を、プログラムで制御できる速度で走査する。

位置決めテーブル２５３のワークピース保持面２５４は、導電性があり、制御システム１９０により動作する線量測定プロセッサに接続される。位置決めテーブル２５３の電気的絶縁層２５５は、ワークピース２５２及びワークピース保持面２５４を位置決めテーブル２５３の基部２６０から絶縁する。衝突処理ＧＣＩＢ１２８Ａによりワークピース２５２内に導入された電荷は、ワークピース２５２及びワークピース保持面２５４を通じで伝導し、信号が線量測定のため、位置決めテーブル２５３を通じて、制御システム１９０に結合されている。線量測定は、ＧＣＩＢ電流を積分する積分手段を有し、ＧＣＩＢ処理線量を判定する。所定の状況下では、電子の目標中和ソース（図示せず）（時々、エレクトロンフラッド（electron flood）と呼ばれる）が用いられてよく、処理ＧＣＩＢ１２８Ａを中和する。そのような場合は、ファラデーカップ（図示されていないが、図５のビーム電流センサに類似してよい）が用いられてよく、電荷の追加ソースにもかかわらず正確な線量測定を保証する。これは、代表的なファラデーカップは、高エネルギー正イオンの進入と計測のみしか許容しないためである。

動作において、制御システム１９０は、ビームゲート１４８の開口に信号を送り、ワークピース２５２に処理ＧＣＩＢ１２８Ａを照射する。制御システム１９０は、ワークピース２５２によって受信された累積線量を計算するため、ワークピース２５２によって収集されたＧＣＩＢ電流の計測をモニタする。ワークピース２５２によって受信された線量が所定の線量に到達したときは、制御システム１９０は、ビームゲート１４８を閉じて、ワークピース２５２の処理は完了である。ワークピース２５２の所与の領域について受信されたＧＣＩＢ線量の計測に基づいて、制御システム１９０は、ワークピース２５２の異なる領域を処理する適切なビーム滞留時間を達成するため、走査速度を調整することができる。

あるいは、処理ＧＣＩＢ１２８Ａは、ワークピース２５２の表面を横切って、固定パターンでの一定速度で走査され得る。しかし、ＧＣＩＢ強度は調節（modulated）（Ｚ軸調節と呼ばれ得る）されて、意図的に不均一の線量をサンプルに供給する。ＧＣＩＢ強度は、任意の多様な方法により、ＧＣＩＢ処理システム１００´内で調節される。任意の多様な方法は、ＧＣＩＢソース供給からのガスフローを変更すること、フィラメント電圧Ｖ_Ｆ又はアノード電圧Ｖ_Ａのいずれかを変更することによりイオナイザ１２２を調節すること、レンズ電圧Ｖ_Ｌ１及び／若しくはＶ_Ｌ２を変更することよりレンズ焦点を調節すること、又は可変ビームブロック、調整可能シャッタ若しくは可変アパーチャでＧＣＩＢの一部を機械的にブロックすること、を含む。

処理チャンバ１０８は、さらに、インシチュの計測システムを含み得る。例えば、インシチュの計測システムは、ワークピース２５２を入射光学信号２８４で照射して、ワークピース２５２からの散乱光学信号２８８を受信する、光学送信機２８０及び光学受信機２８２を有する光学診断システムを含み得る。光学診断システムは、光学窓を含み得る。光学窓は、処理チャンバ１０８の内外への入射光学信号２８４及び散乱光学信号２８８の通過を許容する。さらに、光学送信機２８０及び光学受信機２８２は、送信光学及び受信光学をそれぞれ含み得る。光学送信機２８０は、制御システム１９０から制御電気信号を受信し、これに応答する。光学受信機２８２は、測定信号を制御システム１９０に返答する。

インシチュの計測システムは、ＧＣＩＢ処理の進行をモニタするように構成された任意の機器を含み得る。一つの実施形態によれば、インシチュの計測システムは光学散乱器システムを構成し得る。散乱器システムは、Therma-Wave社（1250 Buckeye Drive, Milpitas, CA 95035）又はNonometrics社（1550 Buckeye Drive, Milpitas, CA 95035）から商業的に入手可能なビームプロファイル偏光解析法（偏光解析器）及びビームプロファイル反射測定法（反射測定器）を組み込む散乱器を含み得る。

例えば、インシチュの計測システムは、統合型光学デジタル形状測定器（ｉＯＤＰ）の散乱器モジュールを含み得る。散乱器モジュールは、ＧＣＩＢ処理システム１００´中のトリートメント処理（treatment process）の実行により生じる処理性能データを計測するように構成されている。計測システムは、例えば、トリートメント処理により生じる計測データを測定又はモニタし得る。計測データは、例えば、トリートメント処理を特徴付ける、処理速度（processing rate）、相対処理速度、フィーチャプロファイル角度、限界寸法、フィーチャ厚さ又は深さ、フィーチャ形状等の処理性能データを決定するように使用され得る。例えば、指向的に材料をワークピース上に付着させる処理において、処理性能データは、フィーチャ（つまり、ビア、ライン等）中の上側、中部、下側の限界寸法などの限界寸法（ＣＤ）、フィーチャ深さ、材料厚さ、側壁角度、側壁形状、付着速度、相対付着速度、これらの任意のパラメータの空間的分布、任意の空間的分布の均一性を特徴づけるパラメータ等を含むことができる。制御システム１９０からの制御信号を介してＸ－Ｙ位置決めテーブル２５３を動作させることにより、インシチュの計測システムはワークピース２５２の一つ以上の特徴をマッピングすることができる。

図７に示す実施形態においては、ＧＣＩＢ処理システム１００´´は、図５の実施形態に類似してよく、さらに、圧力セルチャンバ３５０を含む。例えば、圧力セルチャンバ３５０は、イオン化／加速チャンバ１０６の排出口領域に、またはその近傍に位置決めされる。圧力セルチャンバ３５０は、圧力セルチャンバ３５０内の圧力を上昇させる、圧力セルチャンバ３５０へのバックグラウンドガスを供給するように構成された不活性ガスソース３５２と、圧力セルチャンバ３５０内の上昇した圧力を測定するように構成された圧力センサ３５４と、を含む。

圧力セルチャンバ３５０は、ＧＣＩＢ１２８のビームエネルギー分布を修正して、修正済処理ＧＣＩＢ１２８Ａ´を生成するように構成され得る。このビームエネルギー分布の修正は、ＧＣＩＢの少なくとも一部分が上昇圧力領域を進行するように、圧力セルチャンバ３５０内の上昇圧力領域を通じたＧＣＩＢ経路に沿ってＧＣＩＢ１２８を指向することによって得られる。ビームエネルギー分布の修正程度は、ＧＣＩＢ経路の少なくとも一部分に沿って圧力―距離の積分により特徴付けられ得る。ここで、距離（又は、圧力セルチャンバ３５０の長さ）は経路長ｄにより示される。圧力―距離の積分値が増加するとき（圧力及び／又は経路長ｄを大きくすることによって）、ビームエネルギー分布が広がり、ピークエネルギーが減少する。圧力―距離の積分値が減少するとき（圧力及び又は経路長ｄを小さくすることによって）、ビームエネルギー分布は狭まり、ピークエネルギーが増加する。圧力セルのさらなる詳細は、「Method and apparatus for improved processing with a gas-cluster ion beam」と題する米国特許第７０６０９８９号から決定されてよく、その内容は全て参照により本明細書に明示的に援用される。

制御システム１９０は、マイクロプロセッサ、メモリ及びデジタルＩ／Ｏを含み、ＧＣＩＢ処理システム１００（又は、１００´、１００´´）からの出力をモニタするとともに、ＧＣＩＢ処理システム１００（又は、１００´、１００´´）との通信及びへの入力を稼働するのに十分な制御電圧生成することが可能である。さらに、制御システム１９０は、真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃ、第一ガスソース１１１、第二ガスソース１１２、第一ガス制御バルブ１１３Ａ、第二ガス制御バルブ１１３Ｂ、ビーム電子機器１３０、ビームフィルタ１４６、ビームゲート１４８、Ｘ走査アクチュエータ１６０、Ｙ走査アクチュエータ１６２及びビーム電流センサ１８０に結合することができ、これと情報を交換することができる。例えば、メモリに記憶されたプログラムは、ワークピース１５２上のＧＣＩＢ処理を行うため、処理レシピに従って、ＧＣＩＢ処理システム１００の上記のコンポーネントへの入力を稼働する。

しかし、制御システム１９０は、メモリに含まれた一つ以上の命令の一つ以上のシーケンスを実行するプロセッサに応じた、本発明のマイクロプロセッサベースの処理工程の一部又は全てを実行する汎用コンピュータシステムとして実装され得る。そのような命令は、ハードディスク又は着脱可能なメディア媒体等の他のコンピュータ読み取り可能媒体からコントローラメモリに読み出され得る。マルチ処理構成の一つ以上のプロセッサが、また、メインメモリに含まれた命令のシーケンスを実行するコントローラマイクロプロセッサとして採用され得る。別の実施形態においては、ハードワイヤードの回路がソフトウェア命令の代わりに、又はこれと組み合わせて用いられ得る。ゆえに、実施形態は、ハードウェア回路及びソフトウェアの任意の特定の組み合わせに限定されない。

制御システム１９０は、上記のように、任意の数の処理要素を構成するのに用いられることができ、制御システム１９０は、一つ以上の処理要素を制御する多くのコントローラとともに、多くのアプリケーションを含むことができる。例えば、制御システム１９０は、ユーザが、一つ以上の処理要素をモニタ及び／又は制御することを可能にするインタフェースを提供することができるグラフィックユーザインタフェース（ＧＵＩ）コンポーネント（図示せず）を含むことができる。

制御システム１９０は、ＧＣＩＢ処理システム１００（又は、１００´、１００´´）に対してローカルに位置することができる。また、それは、ＧＣＩＢ処理システム１００（又は、１００´、１００´´）に対してリモートに位置することができる。例えば、制御システム１９０は、直接接続、イントラネット及び／又はインターネットを用いてＧＣＩＢ処理システム１００とデータを交換することができる。制御システム１９０は、例えば、カスタマーサイト（つまり、デバイスメーカー等）でイントラネットに結合されることができ、又は、例えば、ベンダーサイト（つまり、機器製造業者）でイントラネットに結合されることができる。あるいは、又は追加的に、制御システム１９０はインターネットに結合されることができる。さらに、他のコンピュータ（つまり、コントローラ、サーバ等）が制御システム１９０に、直接接続、イントラネット及び／又はインターネットを介してアクセスして、データを交換することができる。

ワークピース１５２（又は２５２）は、機械的クランピングシステム又は電気的クランピングシステム（例えば、静電気クランピングシステム）等のクランピングシステム（図示せず）を介して、ワークピースホルダ１５０（又はワークピースホルダ２５０）に固定されることができる。さらに、ワークピースホルダ１５０（又は２５０）は、ワークピースホルダ１５０（又は２５０）及びワークピース１５２（又は２５２）の温度を調節する及び／又は制御するように構成された加熱システム（図示せず）又は冷却システム（図示せず）を含むことができる。

真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃは、一秒当たり約５０００リットル（及びそれ以上）にまでの速度でポンピングすることが可能なターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）と、チャンバ圧力をスロットルで調整するゲートバルブを含むことができる。従来の真空処理デバイスにおいては、１秒当たり１０００から３０００リットルのＴＭＰが採用されることができる。ＴＭＰは、代表的には、約５０ｍＴｏｒｒより小さい低圧力処理に有用である。図示していないが、圧力セルチャンバ３５０は、真空ポンプシステムも含み得る。さらに、チャンバ圧力をモニタする装置(図示せず)が、真空容器１０２又は任意の真空チャンバ１０４、１０６、１０８に結合されることができる。

さて、図８を参照する。ガスクラスタージェット（ガスクラスタービーム１１８、図５、図６及び図７）をイオン化するイオナイザ（１２２、図５、図６及び図７）のセクション３００が示されている。セクション３００はＧＣＩＢ１２８の軸に対して垂直である。代表的なガスクラスターサイズ（２０００から１５０００原子）に対して、ガススキマー（１２０、図５、図６及び図７）を出発し、イオナイザ（１２２、図５、図６及び図７）に進入するクラスターは、約１３０から１０００電子ボルト（ｅＶ）の運動エネルギーで進行するものである。これらの低いエネルギーでは、イオナイザ１２２内の空間電荷中性から出発すると、ビーム電流の重大な損失を伴う、ジェットの急激な分散を生じるものである。図８は、自己中性化イオナイザを図示する。他のイオナイザと同様に、ガスクラスターは電子衝突によりイオン化される。この設計において、熱電子（３１０によって７つの例が示されている）が、複数の線形熱電子フィラメント３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃ（代表的にはタングステン）から放出され、電子リペラー電極３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃ並びにビーム形成電極３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃにより提供される好適な電界の活動によって抽出され、集められる。熱電子３１０はガスクラスタージェット及びジェット軸を通過して、その後、反対側のビーム形成電極３０４ｂに当たり、低エネルギーの二次電子（３１２、３１４及び３１６が例として示されている）を生成する。

（簡潔性のため）示されていないが、線形熱電子フィラメント３０２ｂ及び３０２ｃも、熱電子を生成し、それに続いて、低エネルギーの二次電子を生成する。全ての二次電子の支援により、イオン化クラスタージェットが、空間電荷中性を維持するのに必要とされるように、正のイオン化ガスクラスタージェット空間に引き付けられ得る低エネルギーの電子を提供することによって、空間電荷中性を保つことが保証される。ビーム形成電極３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃは線形熱電子フィラメント３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃに対して正にバイアスされており、電子リペラー電極３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃは線形熱電子フィラメント３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃに対して負にバイアスされている。絶縁体３０８ａ、３０８ｂ、３０８ｃ、３０８ｄ、３０８ｅ及び３０８ｆは電極３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃを絶縁及び支持する。例えば、この自己中性化イオナイザは、効果的であり、１０００マイクロアンペアを超えるアルゴンＧＣＩＢを達成する。

あるいは、イオナイザはプラズマから電子抽出を用いて、クラスターをイオン化してもよい。これらのイオナイザの構成は、上記の三つのフィラメントイオナイザとは大きく異なるが、動作原理とイオナイザ制御は非常に類似する。図９を参照する。ガスクラスタージェット（ガスクラスタービーム１１８、図５、図６及び図７）をイオン化するイオナイザ（１２２、図５、図６及び図７）のセクション４００が示される。セクション４００は、ＧＣＩＢ１２８の軸に対して垂直である。代表的なガスクラスターサイズ（２０００から１５０００原子）に対して、ガススキマー（１２０、図５、図６及び図７）を出発し、イオナイザ（１２２、図５、図６及び図７）に進入するクラスターは、約１３０から１０００電子ボルト（ｅＶ）の運動エネルギーで進行するものである。これらの低いエネルギーでは、イオナイザ１２２内の空間電荷中性から出発すると、ビーム電流の重大な損失を伴う、ジェットの急激な分散を生じるものである。図９は、自己中性化イオナイザを図示する。他のイオナイザと同様に、ガスクラスターは電子衝突によりイオン化される。

イオナイザは、支持プレート（図示せず）によって支持され、電気的に接続された薄状ロッド陽極電極４５２のアレイを含む。薄状ロッド陽極電極４５２のアレイは、ガスクラスタービーム（例えば、ガスクラスタービーム１１８、図５、図６及び図７）の軸に実質的に同心である。イオナイザは、他の支持プレート（図示せず）によって支持され、電気的に接続された薄状ロッド電子リペラー電極４５８のアレイも含む。薄状ロッド電子リペラー電極４５８のアレイは、ガスクラスタービーム（例えば、ガスクラスタービーム１１８、図５、図６及び図７）の軸に実質的に同心である。イオナイザは、さらに他の支持プレート（図示せず）によって支持され、電気的に接続された薄状ロッドイオンリペラー電極４６４のアレイも含む。薄状ロッドイオンリペラー電極４６４のアレイは、ガスクラスタービーム（例えば、ガスクラスタービーム１１８、図５、図６及び図７）の軸に実質的に同心である。

エネルギー電子が、プラズマ電子ソース４７０からビーム領域４４０に供給される。プラズマ電子ソース４７０は、その内部でプラズマがプラズマ領域４４２で形成されるプラズマチャンバ４７２を含む。プラズマ電子ソース４７０は、さらに、熱電子フィラメント４７６、ガス進入アパーチャ４２６、複数の抽出アパーチャ４８０を含む。熱電子フィラメント４７６は、絶縁体４７７を介してプラズマチャンバ４７２から絶縁される。例として、熱電子フィラメント４７６は、一回転半の「ピグテール」構成を有するタングステンフィラメントを含み得る。

ガスクラスターイオンのセクション４００は、複数のアパーチャ４８２を有する電子加速電極４８８を含む。追加的に、セクション４００は、複数のアパーチャ４８４を有する電子減速電極４９０を含む。複数のアパーチャ４８２、複数のアパーチャ４８４及び複数の抽出アパーチャ４８０は、プラズマ領域４４２からビーム領域４４４まで全て整合している。

希ガスなどのプラズマ形成ガスは、ガス進入アパーチャ４２６を通じてプラズマチャンバ４７２に入ることが許容される。絶縁ガス供給ライン４２２は加圧プラズマ形成ガスを、リモートで制御可能で、プラズマチャンバ４７２にプラズマ形成ガスが入ることが許容されている状態を規制するガスバルブ４２４に提供する。

フィラメント電源４０８は、熱電子フィラメント４７６を通じて電流を駆動するフィラメント電圧Ｖ_Ｆを提供して、熱電子放出を誘発する。フィラメント電源４０８は、制御可能に３から５Ｖ（ボルト）で約１４０から２００Ａ（アンペア）を供給する。アーク電源４１０は、制御可能に、熱電子フィラメントに対して、プラズマチャンバ４７２を正にバイアスするアーク電圧Ｖ_Ａを提供する。アーク電源４１０は、代表的には固定電圧、代表的には約３５Ｖで動作され、プラズマを形成するため、プラズマチャンバ４７２内で電子を加速する手段を提供する。フィラメント電流は、アーク電源４１０によって供給されたアーク電流を規制するように制御される。アーク電極は、５Ａアーク電流までをプラズマアークに供給することが可能である。

電子減速電極４９０は、電子バイアス電源４１２によってプラズマチャンバ４７２に対して正にバイアスされる。電子バイアス電源４１２は、３０Ｖから４００Ｖの範囲で制御可能に調整可能なバイアス電圧Ｖ_Ｂを提供する。電子加速電極４８８は、電子抽出電源４１６によって電子減速電極４９０に対して正にバイアスされる。電子抽出電源４１６は、２０Ｖから２５０Ｖの範囲で制御可能な電子抽出電圧Ｖ_ＥＥを提供する。加速電源４２０は、薄状ロッド陽極電極４５２のアレイ及び電子減速電極４９０を接地に対して正にバイアスする加速電圧Ｖ_ＡＣＣを供給する。Ｖ_ＡＣＣは、セクション４００に示されるガスクラスターイオナイザにより生成されるガスクラスターイオンに対する加速ポテンシャルであり、１ｋＶから１００ｋＶまでの範囲内で制御可能に調整可能である。電子リペラー電源４１４は、Ｖ_ＡＣＣに対して薄状ロッド電子リペラー電極４５８のアレイを負にバイアスする電子リペラーバイアス電源Ｖ_ＥＲを提供する。Ｖ_ＥＲは、５０Ｖから１００Ｖまでの範囲内で制御可能である。イオンリペラー電源４１８は、Ｖ_ＡＣＣに対して薄状ロッドイオンリペラー電極４６４のアレイを正にバイアスするイオンリペラーバイアス電圧Ｖ_ＩＲを提供する。Ｖ_ＩＲは、５０Ｖから１５０Ｖまでの範囲内で制御可能である。

ファイバ光学コントローラ４３０は、ケーブル４３４上で電気制御信号を受信し、それらを制御リンク光学信号に変換し、グラウンドされた制御システムからの信号を用いて高ポテンシャルで動作するコンポーネントを制御する。ファイバ光学制御リンク４３２は、制御信号をリモートで制御可能なガスバルブ４２４、フィラメント電源４０８、アーク電源４１０、電子バイアス電源４１２、電子リペラー電源４１４、電子抽出電源４１６及びイオンリペラー電源４１８に搬送する。

例えば、イオナイザの設計は、「Ionizer and method for gas-cluster ion-beam formation」と題する、米国特許第７１７３２５２号に記載されたイオナイザに類似してよく、その内容は全て参照により本明細書に援用される。

イオナイザ（１２２、図５、図６及び図７）は、ＧＣＩＢ１２８の荷電状態を変更することによって、ＧＣＩＢ１２８のビームエネルギー分布を修正するように構成される。例えば、荷電状態は、ガスクラスターの電子衝突誘発のイオン化において使用される電子についての、電子束、電子エネルギー又は電子エネルギー分布を調整することによって修正され得る。

本発明の所定の実施形態のみが上記に記載されているが、当業者は容易に、本願の新規な教示及び効果から実質的に逸脱することなく、多くの修正物が実施形態において可能であることを理解するものである。従って、そのような全ての修正物は本発明の範囲内に含まれることを意図している。

Claims (2)

1. ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）を用いてワークピースを処理する方法であって、当該方法は、
   ワークピースに関連するパラメータデータであって、該パラメータデータは、該ワークピースを測定することによって得られる該ワークピースの測定特性の当初プロファイルと、該測定特性の空間的変動の一次導関数及び／又は二次導関数を含む、パラメータデータを収集する工程と、
   前記一次導関数及び／又は二次導関数を含む前記パラメータデータを予め決められた予測モデルに入力することによって予測システム誤差レスポンスを決定する工程と、
   前記測定特性についての目標プロファイルを特定する工程と、
   ＧＣＩＢを前記ワークピースに向けて指向する工程と、
   前記ＧＣＩＢを指向している間、前記測定特性の前記目標プロファイルを達成するために前記予測システム誤差レスポンスに少なくとも基づいて、前記ＧＣＩＢの適用プロパティを、前記ワークピース上での位置関数として空間変調する工程と、を含み、
   前記予測システム誤差レスポンスを決定する工程の前に、
   前記予め決められた予測モデルを、
   １つ以上の代表的ワークピースの代表的特性の代表的当初プロファイルを含む代表的パラメータデータを測定し、該代表的特性の空間的変動の一次導関数及び／又は二次導関数を計算する、工程と、
   代表的目標プロファイルを確立する工程と、
   前記代表的当初プロファイル及び前記代表的目標プロファイルを用いて、代表的補正データを計算する工程と、
   前記代表的ワークピースに対する代表的ＧＣＩＢの適用プロパティを空間変調することで、前記代表的補正データを前記代表的ワークピースに適用する工程と、
   前記代表的ＧＣＩＢを適用した後の前記代表的ワークピースについての代表的アクチュアルプロファイルを前記代表的目標プロファイルと比較して、代表的システム誤差を決定する工程と、
   前記代表的システム誤差と前記代表的パラメータデータとを関連づける工程と、により確立し、前記予測システム誤差レスポンスを決定する工程は、前記代表的システム誤差の前記代表的パラメータデータへの関連付けを含む、方法。
2. 前記関連づける工程は、前記代表的パラメータデータ及び前記代表的システム誤差に最小二乗法を適用する工程と、関数的関係によって生成される残差二乗和を最小化する、前記代表的パラメータデータと前記代表的システム誤差との間の該関数的関係を定式化する工程とを含む、請求項１に記載の方法。

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