JP5713576B2 - 予め位置合わせされたノズル／スキマー - Google Patents

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Description

本発明は、ガスクラスタイオンビーム(GCIB)を用いた基板処理システム及び方法に関し、より詳細には基板上での処理を行うためのビーム源及び関連するGCIBの改善に関する。
表面をエッチングし、清浄にし、かつ平滑にするためにガスクラスタイオンビーム(GCIB)を用いることは既知である（たとえば特許文献1を参照のこと）。GCIBはまた、気化した炭素質材料からの膜の堆積を助けるのにも用いられてきた（たとえば特許文献2を参照のこと）。
ここでは、ガスクラスタとは、標準温度及び圧力の条件下で気体状態をとるナノサイズの材料の凝集体のことである。係るガスクラスタは、互いに緩く結合した数千以上の分子を含む凝集体で構成されて良い。ガスクラスタは電子の衝突によってイオン化されて良い。それにより、そのガスクラスタが、制御可能なエネルギーを有して案内されるビームを形成することを可能にする。係るクラスタイオンはそれぞれ一般的には、電子の電荷の大きさと、クラスタイオンの電荷状態を表す1以上の整数との積によって与えられる正の電荷を有する。大きなサイズのクラスタイオンは通常最も有用である。その理由は、大きなサイズのクラスタイオンは、1つの分子当たりではわずかなエネルギーしか有していないにもかかわらず、クラスタイオン1つ当たりにつきかなりのエネルギーを有することが可能なためである。イオンクラスタは試料に衝突して分解する。特に分解したイオンクラスタ中での個々の分子はクラスタのエネルギー全体からみてわずかなエネルギーしか有していない。その結果、大きなイオンクラスタが衝突する効果は相当であるが、その効果は表面領域の非常に浅い領域に限られる。このため、ガスクラスタイオンは、様々な表面改質プロセスにとって有用であるにもかかわらず、従来のイオンビームプロセスの特徴である、表面下深い位置での損傷を起こさない。
従来のクラスタイオン源は、各クラスタ中の分子数-数千分子にも達すると考えられる-に対応する広いサイズ分布を有するクラスタイオンを生成する。原子のクラスタは、ノズルからの高圧ガスが真空領域へ断熱膨張する間に、個々の原子（又は分子）が凝集することによって生成されて良い。小さな開口部を有するスキマーは、この膨張するガス流の中心部から発散流を取り除くことで、コリメートされたクラスタビームを生成する。様々なサイズの中性クラスタが生成され、かつ、ファンデルワールス（Van der Waals）力として知られる弱い原子間相互作用によって相互に保持される。本方法は、様々なガス-たとえばHe、Ne、Ar、Kr、Xe、N2、O2、CO2、SF6、NO、N2O、及びこれらの混合ガス-からクラスタビームを生成するのに用いられてきた。
米国特許第5814194号明細書 米国特許第6416820号明細書 米国特許第6629508号明細書 米国特許第6646277号明細書 米国特許第7377228号明細書
よって高電流GCIB試料処理システムにおけるビーム安定性を改善する方法及び装置を供することが必要とされている。本発明の目的は係る必要を充足することである。
本発明は、改善されたGCIBを用いて基板を処理するための、ノズル/スキマーモジュール及び改善されたガスクラスタイオンビーム(GCIB)システムに関する。
ノズル/スキマーモジュールは、前記GCIBの生成をより正確に制御するため、内部ノズル集合体及び内部スキマーカートリッジ集合体を有する。当該ノズル/スキマーモジュールは、前記GCIBをより正確に位置設定するように予め位置合わせされて良い。当該ノズル/スキマーモジュールは、前記GCIBのガスクラスタの生成をより正確に制御するため、改善されたノズル集合体及び改善されたスキマー集合体を有する。
本発明の他の実施例によると、ノズル/スキマーモジュールを有するクラスタ源サブシステム、イオン化/加速サブシステム、及び処理サブシステムを有する改善されたGCIB処理システムが供される。前記クラスタ源サブシステムは内部空間を有するクラスタ源チャンバを有して良い。前記内部空間には前記ノズル/スキマーモジュールが備えられ、前記イオン化/加速サブシステムはイオン化/加速チャンバを有して良い。前記処理サブシステムは処理チャンバを有して良い。前記改善されたGCIB処理システムは、第1ガス供給サブシステム、第2ガス供給サブシステム、及び前記ノズル/スキマーモジュールと結合する第1排気サブシステムを有する。
本発明の実施例による典型的なノズル/スキマーモジュールの単純化されたブロック図を表している。 本発明の実施例による、ノズル/スキマーモジュールの位置合わせに用いられる試験用GCIBシステム及び改善されたGCIB処理用の典型的な構成を表している。 本発明の実施例による、ノズル/スキマーモジュールの典型的な構成の透視図を表している。
添付図面に記載された図によって限定ではない例示によって本発明を説明する。
係るGCIBを生成及び加速する手段は特許文献1に記載されている。現在利用可能なイオンクラスタ源は、広いサイズ分布N-Nは最大数千である-を有するクラスタイオンを生成する（N=各クラスタ中での分子数。本明細書を通して、Arのような単原子ガスの場合であれば、単原子ガスの原子は原子若しくは分子と呼び、係る単原子ガスのイオン化された原子はイオン化原子又は単純にモノマーイオンと呼ぶことにする）。
GCIB処理システムでの試料処理を行うために安定した高電流GCIBを実現するため、GCIBイオン化源の改良、ビーム空間電荷の制御、及び試料の帯電制御は全て重要な改良分野である。特許文献3、特許文献4、及び特許文献5はそれぞれ、これらの分野における進展について記載している。これらの分野での進展の結果、少なくとも数百μA〜数mAのビーム電流を有するGCIBビームを生成することが可能となった。しかしこれらのビームは場合によっては、それぞれの用途での最適な使用を制限する恐れのある不安定性を示してしまう恐れがある。
典型的なGCIB処理装置では、イオン化装置及び被処理試料はそれぞれ一般的には独立したチャンバに含まれる。これによりシステム圧力が良好に制御される。しかしたとえ当該装置が優れた真空システム設計を有し、かつ当該装置の様々な領域が分別単離されているとしても、多量のガスを有するビームに係る主要な課題は、圧力がビームライン全体にわたって増大してしまうことである。GCIBが標的領域に衝突するとき、ビームのガス全体の負荷が解放される。このガスの一部は、GCIB処理システムの真空チャンバの圧力に影響を及ぼす。GCIBの生成及び加速においては高電圧が通常用いられるので、ビームラインの圧力が増大する結果、アーク放電、帯電、及び他のビーム不安定性を引き起こす恐れがある。ビーム電流が増大することで、ビームによって輸送されるガスが増大し、かつビームラインの圧力を制御することが困難になる。従来のイオンビームと比較して、GCIBは、ビームライン全体にわたって多量のガスを輸送及び解放することが可能であるという特有の能力を有するので、圧力に関連するビーム不安定性及び放電は、従来のイオンビームよりも高電流GCIBではより重要になる。典型的なGCIBイオン源では、ビーム中の中性ガスクラスタは電子衝突によってイオン化される。イオン化装置の領域は概して相対的には真空度が不十分な領域であり、かつ典型的には周囲の構造に対して電位が高い。
本発明は、ノズル/スキマーモジュール内で組み合わせられたクラスタ源、電子位置設定手法、及び分離素子を組み合わせて使用することで、GCIBを改善し、かつGCIBシステム内で生じる周波数過渡状態を緩和する。
図1は、本発明の実施例による典型的なノズル/スキマーモジュールの単純化されたブロック図を表している。図示された実施例では、予め位置合わせされたGCIB源として動作可能である典型的なノズル/スキマーモジュール20が図示されている。
予め位置合わせされたノズル/スキマーモジュールを設計することで、位置合わせ問題を緩和することが可能である。本設計は固定されたスキマー及び調節可能なノズルを有して良い。これはベントサイクル後に再調節を必要とすると思われる。ノズルマニピュレータが本設計において調節されるときに、ビーム形状/プロファイルにわずかな変化が生じる恐れがある。ノズル/スキマーモジュール20を予め位置合わせすることによって、調節に係る問題は緩和され、場合によっては除去することも可能である。ノズル及びスキマーを固定タンデム配置で構築することによって、ビームの位置合わせを顕著に単純化することが可能となる。それに加えて、ノズル/スキマーモジュール20を予め位置合わせすることで、メンテナンス時間を減少させることが可能となり、かつ全体のビーム安定性を増大させることが可能となる。予め位置合わせされたノズル/スキマーモジュールは、専用試験スタンドを用いることによって位置合わせされて良い。その専用試験スタンドは、シュリーレン光学系を用いて、スキマーを介した効率的なガスの輸送を最大にすることが可能である。
ノズル/スキマーモジュール20が予め位置合わせされるとき、ノズル/スキマーモジュール20は第1ガス組成物について予め位置合わせされて良く、かつ、第1ガス組成物は凝集可能な不活性ガス-たとえばHe、Ne、Ar、Kr、Xe、又はRnのような希ガスを含んで良い-を有して良い。様々な例では、ノズル/スキマーモジュール20は、他のガス組成物を用いることによって予め位置合わせされて良い。前記他のガス組成物は、膜生成用ガス組成物、エッチング用ガス組成物、清浄化用ガス組成物、平坦化用ガス組成物等を有する。さらにノズル/スキマーモジュール20は、イオン化されたクラスタを生成するように備えられて良い。前記イオン化されたクラスタは、He、Ne、Ar、Kr、Xe、N2、O2、CO2、SF6、NO、N2O、及びこれらの混合ガスを有する。
ノズル/スキマーモジュール20は、低圧環境で動作するように備えられ、かつ予め位置合わせされて良い。動作圧力は約0.01mTorr〜約100mTorrの範囲であって良い。
ノズル/スキマーモジュール20は、内部ビーム28を設定するノズル集合体30、外部ビーム39を設定するスキマーカートリッジ集合体35、第1円筒形副集合体40、及び第2円筒形副集合体41を用いることによって構築されて良い。ノズル集合体30、スキマーカートリッジ集合体35、支持管21、第1円筒形副集合体40、若しくは第2円筒形副集合体41、又はこれらの結合は、ステンレス鋼材料を用いて作製されて良い。あるいはその代わりに、ノズル集合体30、スキマーカートリッジ集合体35、支持管21、第1円筒形副集合体40、若しくは第2円筒形副集合体41、又はこれらの結合は、硬化材料及び/又はコーティング材料を用いて作製されても良い。
支持管21の第1部分21aは、約0.5mm〜5mmの範囲で変化可能な第1厚さ29aを有する実質的に閉じた円筒形副集合体であって良い。支持管21の第2部分21bは、約0.5mm〜5mmの範囲で変化可能な第2厚さ29bを有する実質的に開いた切頭円錐形集合体であって良い。支持管21の第1部分21aは、2つ以上の第1マウント穴25及び2つ以上の第1固定素子26を用いることによって取り外し可能なように結合して良い。支持管21の第2部分21bは、複数の第2マウント穴37及び第2固定素子27を用いることによって取り外し可能なように結合して良い。一部の例では、支持管21は部分的に開いた処理空間32を封止して良い。ノズル/スキマーモジュール20が位置合わせされ、検査され、かつ/又は用いられるとき、制御された低圧（真空）状態が部分的に開いた処理空間32内に作ることができる。
第1部分21aは約30mm〜約50mmの範囲で変化可能な第1長さ(la)を有して良い。第1部分21aは約3mm〜約5mmの範囲で変化可能なマウント長さ(lc)を有して良い。第2部分21bは約30mm〜約50mmの範囲で変化可能な第2長さ(lb)を有して良い。
ノズル集合体30は第2円筒形副集合体41と取り外し可能なように結合して良い。たとえばノズル集合体30は、ネジ留め手段30aを用いることによって第2円筒形副集合体41に結合して良い。あるいはその代わりに他の取り付け手段が用いられても良い。ノズル集合体30は、ノズル長(ln)、ノズル角(an)、及びノズル直径(dn)を有するノズル出力開口部31を有して良い。（入力からノズル出力開口部31までの）ノズル長(ln)は約20mm〜約40mmまで変化して良い。（ノズル出力開口部31の中心線からノズル集合体30の内側表面までの）ノズル角(an)は約1°〜約30°まで変化して良い。ノズル直径(dn)は約2mm〜約4mmまで変化して良い。ノズル長(ln)、ノズル角(an)、及びノズル直径(dn)は、製造プロセスレシピについてのプロセス化学物質、分子サイズ、流速、チャンバ圧力、ビームサイズ等によって決定されて良い。
スキマーカートリッジ集合体35は、切頭円錐構造を有する内部スキマー素子10を有して良い。内部スキマー素子10は、内径(ds0)のスキマー入力開口部11から、内部スキマー素子10が外径(dd0)を有するスキマーカートリッジ集合体35の内壁34aまで延在して良い。スキマー入力開口部11の内径(ds0)は約0.1mm〜約10mmまで変化して良い。外径(dd0)は約0.5mm〜約50mmまで変化して良く、かつ内径(ds0)よりも大きい。長さ(l0)及び角度(a0)もまた内部スキマー素子10に関連づけられて良い。スキマー入力開口部11から内壁34aまでの長さ(l0)は約20mm〜約40mmまで変化して良い。内壁34aからの角度(a0)は約100°〜約175°まで変化して良い。内径(ds0)、長さ(l0)、及び角度(a0)は、外部ビーム39の所望の幅、ガスクラスサイズ、及びノズル/スキマーモジュール20が生成するように設計されているプロセス化学物質（ガス）に依存して良い。あるいはその代わりに内部スキマー素子10は異なる構造であっても良い。
ノズル出力開口部31は、約10mm〜約50mmまで変化しうる分離間隔(s1)だけスキマー入力開口部11から分離されて良い。あるいはその代わりに他の分離間隔(s1)が用いられても良い。使用中、内部ビーム28（ジェットガス）がノズル集合体30のノズル出力開口部31から生成され、スキマーカートリッジ集合体35内のスキマー入力開口部11に対して位置合わせされて、そのスキマー入力開口部11へ向かうように案内される。
スキマーカートリッジ集合体35は、切頭円錐形構造を有する第1外形素子12を有して良い。第1外形素子12は、スキマー入力開口部11から外側へ向かって、スキマーカートリッジ集合体35の外壁34bに隣接する又はその内部である環状開口部13へ延在して良い。スキマー入力開口部11は、約0.1mm〜約10mmまで変化しうる内径(ds0)を有して良い。環状開口部13は、約0.5mm〜約10mmまで変化可能であって内径(ds0)よりも大きな第1径(ds1)を有して良い。第1長さ(ls1)及び第1角度(as1)は第1外形素子12に関連づけられて良い。スキマー入力開口部11から環状開口部13までの第1長さ(ls1)は約20mm〜約40mmまで変化して良い。（スキマー入力開口部11に対して平行な面から第1外形素子12の面まで測定された）第1角度(as1)は約100°〜約175°まで変化して良い。第1径(ds1)、第1長さ(ls1)、及び第1角度(as1)は、外部ビーム39の所望の幅、ガスクラスサイズ、及びノズル/スキマーモジュール20が使用するように設計されているプロセス化学物質（ガス）に依存して良い。あるいはその代わりに第1外形素子12は異なる構造であっても良い。
スキマーカートリッジ集合体35は切頭円錐形構造をも有する第2外形素子14を有して良い。第2外形素子14は、環状開口部13から外側へ向かって、外壁34bと交差する環状開口部15へ延在して良い。環状開口部13の第1径(ds1)は約0.5mm〜約10mmまで変化して良い。環状開口部15の第2径(ds2)は約1mm〜約20mmまで変化して良い。第2長さ(ls2)及び第2角度(as2)もまた第2外形素子14に関連づけられて良い。環状開口部13から環状開口部15までの第2長さ(ls2)は約10mm〜約20mmまで変化して良い。（環状開口部13に対して平行な面から第2外形素子14の面まで測定された）第2角度(as2)は約135°〜約175°まで変化して良い。第2径(ds2)、第2長さ(ls2)、及び第2角度(as2)は、外部ビーム39の所望の幅、ガスクラスサイズ、及びノズル/スキマーモジュール20が使用するように設計されているプロセス化学物質（ガス）に依存して良い。あるいはその代わりに第2外形素子14は異なる構造であっても良い。他の実施例では、第1外形素子12及び/又は第2外形素子14は必要とされなくて良い。それに加えて、スキマーカートリッジ集合体35は、ノズル/スキマーモジュール20をチャンバ壁へ取り外し可能なように結合するように備えられた1つ以上の第4マウント穴36を有して良い。ノズル/スキマーモジュール20がチャンバ壁にマウントされる前に、ノズル/スキマーモジュール20の外部ビーム39は、X方向、Y方向、及びZ方向で位置合わせされて良い。あるいはその代わりに1つ以上の機械的な位置合わせ装置（図示されていない）が用いられても良い。
スキマーカートリッジ集合体35は、約20mm〜約40mmまで変化しうる第1厚さ(ts1)、約10mm〜約20mmまで変化しうる第2厚さ(ts2)、約10mm〜約20mmまで変化しうる第3厚さ(ts3)、及び約10mm〜約20mmまで変化しうる第4厚さ(ts4)を有して良い。
スキマーカートリッジ集合体35は、約30mm〜約50mmまで変化しうる第3径(ds3)、約50mm〜約60mmまで変化しうる第4径(ds4)、約70mm〜約80mmまで変化しうる第5径(ds5)、約80mm〜約90mmまで変化しうる第6径(ds6)、約85mm〜約95mmまで変化しうる第7径(ds7)、及び約90mm〜約100mmまで変化しうる第8径(ds8)を有して良い。
第2円筒形副集合体41は、3つ以上の第3マウント穴23と3つ以上の第3固定素子24及び第1Oリング42を用いることによって第1円筒形副集合体40に対して取り外し可能なように結合して良い。たとえば第1Oリング42はビトン社（Viton Inc.）の2-111型であって良い。あるいはその代わりに異なる第1Oリング42が用いられても良い。第1円筒形副集合体40は、約2mm〜約5mmまで変化しうる第1厚さ(t1)、及び約75mm〜約95mmまで変化しうる第1径(d1)を有して良い。あるいはその代わりに第1円筒形副集合体40は異なる構造であっても良い。第2円筒形副集合体41は、約2mm〜約5mmまで変化しうる第2厚さ(t2)、及び約45mm〜約75mmまで変化しうる第2径(d2)を有して良い。あるいはその代わりに第2円筒形副集合体41は異なる構造であっても良い。
一部の実施例では、円筒形混合空間43が、第1円筒形副集合体40及び/又は第2円筒形副集合体41から材料を除去することによって設けられて良い。それに加えて、1つ以上の第2Oリング44が第1円筒形副集合体40と第2円筒形副集合体41の間に供されて良い。たとえば第2Oリング44はビトン社（Viton Inc.）の2-010型であって良い。あるいはその代わりに異なる第2Oリング44が用いられても良い。それに加えて、フィルタの使用地点は、粒子がノズル集合体30のオリフィスを妨害しないように、円筒形混合空間43内に組み込まれて良い。円筒形混合空間43は、約2mm〜約5mmまで変化しうる第3厚さ(t3)、及び約15mm〜約25mmまで変化しうる第3径(d3)を有して良い。あるいはその代わりに円筒形混合空間43は異なる構造であっても良い。円筒形供給素子43aは、円筒形混合空間43と結合し、かつプロセスガスを円筒形混合空間43へ供するのに用いられて良い。たとえば円筒形供給素子43aは、約0.2mm〜約2mmまで変化しうる内径を有する管材料を用いることによって作製されて良い。それに加えて、円筒形結合素子43bは円筒形供給素子43aに取り付けられて良い。
一部の実施例では、第1円筒形副集合体40が最初に第2円筒形副集合体41と結合するときに円筒形混合空間43が事前に試験されて良く、かつ1つ以上の事前に試験された円筒形混合空間43はその場で都合良く保存されて良い。
一部の位置合わせ試験では、試験用光源からの入力光信号が円筒形供給素子43aを介して供されて良く、かつ、出力光信号は、受光器を用いることによってスキマーカートリッジ集合体35の第2外形素子14で測定されて良い。このようにして、内部ビーム28の位置合わせが光学的に試験及び確認されて良い。
ノズル/スキマーモジュール20は、プロセスガスを円筒形混合空間43へ制御された流速で供するように備えられたガス供給集合体45を有して良い。ガス供給管集合体45は、ガス入力供給素子45a、コイル状ガス供給素子45b、及び出力ガス供給素子45cを有して良い。ガス供給集合体45（45a、45b、及び45cをまとめて）は、約1000mm〜約1500mmまで変化しうる（素子45aから素子45cまでの）第4長さ(l4)及び約0.5mm〜約2.5mmまで変化しうる内径(d4)を有して良い。あるいはその代わりにガス供給管集合体45及び/又はコイル状ガス供給素子45bは異なる構成であっても良い。ノズル/スキマーモジュール20が作製されているとき、出力ガス供給素子45cは、ガス供給管集合体45を円筒形結合素子43bに取り付けるのに用いられて良い。一部の実施例では、ガス入力供給素子45a、コイル状ガス供給素子45b、及び/又は出力ガス供給素子45cは、プロセスガスを円筒形混合空間43へ制御された流速で供するように備えられて良い。たとえば1つ以上のガス供給素子（45a、45b、及び45c）は金属管を用いて構築されて良い。
ノズル/スキマーモジュール20は、ガス供給管集合体45と結合可能なガス入力供給集合体47を有して良い。一部の実施例では、ガス入力供給集合体47は、保持素子47a、取り付け素子47b、及び内部空間部分47cを有して良い。たとえば保持素子47aは、ガス入力供給集合体47をガス入力供給素子45aへ結合するのに用いられて良い。それに加えて、内部空間部分47cは、ガス入力供給素子45aの内部空間と結合して良い。図2に図示されているようにノズル/スキマーモジュール20がGCIBシステム内の低圧処理チャンバ内部にマウントされているとき、ガス入力供給集合体47は、ノズル/スキマーモジュール20を内部ガス供給ラインへ取り外し可能なように結合させるのに用いられて良い。たとえばガス入力供給集合体47は、結合に用いることが可能なネジ留め手段47dを有して良い。様々な実施例では、円筒形混合空間43、ガス供給管集合体45、又はガス入力供給集合体47は、流れ制御装置、フィルタ、及び必要に応じてバルブを有して良く、かつノズル集合体30への処理ガスの流速を制御するのに用いられて良い。たとえば流速は約10sccm〜約5000sccmで変化して良い。
供給及び結合素子（45a、45b、45c、43a、及び43b）は、気密性でかつ用いられる様々な種類のガスに対して反応しないものであって良い。たとえば、高い通気性を有することなく柔軟であるカプトン(Kapton)又はゴアテックス(Gore-Tex)の内部膜を備える2重壁からなるステンレス鋼のメッシュが用いられても良い。
ノズル/スキマーモジュール20は、約18cm〜約28cmまで変化可能な全体長さ(OL)を有して良い。
図2は、GCIBシステムの典型的な構成を図示している。当該GCIBシステムは、ノズル/スキマーモジュール20が本発明の実施例による製造用GCIB処理システム内にマウントされる前にノズル/スキマーモジュール20の位置合わせ及び/又は試験に用いることが可能で、かつ、予め位置合わせ及び/又は試験されたノズル/スキマーモジュール20がマウントされている製造用GCIB処理システムとして使用可能である。当該GCIBシステム200は、ビーム源サブシステム201、イオン化/加速サブシステム204、及び処理サブシステム207を有する。ビーム源サブシステム201は内部空間203を有するビーム源チャンバ202を有して良い。イオン化/加速サブシステム204は内部空間206を有するイオン化/加速チャンバ205を有して良い。処理サブシステム207は内部空間209を有する処理チャンバ208を有して良い。
GCIBシステム200は、第1真空排気システム216a、第2真空排気システム216b、及び第3真空排気システム216cを有して良い。1つ以上の圧力制御素子217aがビーム源チャンバ202と結合して良い。1つ以上の圧力制御素子217aは、1つ以上の外部真空ホース218aを用いることによって第1真空排気システム216aと結合して良い。また、1つ以上の圧力制御素子217bがイオン化/加速チャンバ205と結合して良い。1つ以上の圧力制御素子217bは、1つ以上の外部真空ホース218bを用いることによって第2真空排気システム216bと結合して良い。それに加えて、1つ以上の圧力制御素子217cが処理チャンバ208と結合して良い。1つ以上の圧力制御素子217cは、1つ以上の外部真空ホース218cを用いることによって第3真空排気システム216cと結合して良い。
ノズル/スキマーモジュール20が位置合わせ及び/若しくは試験されているとき、又は、予め位置合わせされたノズル/スキマーモジュール20が用いられているとき、ビーム源チャンバ202、イオン化/加速チャンバ205、及び処理チャンバ208はそれぞれ、第1真空排気システム216a、第2真空排気システム216b、及び第3真空排気システム216cによって、適切な試験及び/又は動作圧力にまで排気されて良い。それに加えて第1真空排気システム216aは、動作中、予め位置合わせされたノズル/スキマーモジュール20内の処理空間232の正しい圧力を設定するのに用いられて良い。真空排気システム216a、216b、及び216cは、約5000l/sec（以上）の肺規則で排気可能なターボ分子ポンプ(TMP)及びチャンバ圧力を絞るゲートバルブを有して良い。従来の排気処理装置では、1000〜2000l/secのTMPが用いられて良い。TMPは低圧処理-典型的には約50mTorr未満-で有用である。
さらに一部の実施例では、第1チャンバ圧力監視装置249aは、ビーム源チャンバ202と結合するか、又はビーム源チャンバ202内部に備えられて良く、第2チャンバ圧力監視装置249bは、イオン化/加速チャンバ205と結合するか、又はイオン化/加速チャンバ205内部に備えられて良く、第3チャンバ圧力監視装置249cは、処理チャンバ208と結合するか、又は処理チャンバ208内部に備えられて良い。あるいはその代わりにチャンバ圧力監視装置はノズル/スキマーモジュール20と結合して良い。たとえば圧力監視装置はキャパシタンスマノメータ又はイオン化ゲージであって良い。制御装置290は、シグナルバス291を介して、真空排気システム（216a、216b、及び216c）及びチャンバ圧力監視装置（249a、249b、及び249c）と結合して良い。それに加えて、ノズル/スキマーモジュール20が位置合わせ及び/若しくは試験されているとき、又は正しく動作している予め位置合わせされたノズル/スキマーモジュール20が用いられているとき、制御装置290は真空排気システム（216a、216b、及び216c）及びチャンバ圧力監視装置（249a、249b、及び249c）の監視並びに/又は制御を行って良い。
先に図1を参照しながら説明したノズル/スキマーモジュール20が構築された後、ノズル/スキマーモジュール20は試験システム（たとえばシステム200）のビーム源サブシステム201内に設けられて良い。ノズル/スキマーモジュール20は、予め位置合わせ及び/又は試験された後、製造用処理システム（たとえばシステム200）のビーム源サブシステム201内に設けられて良い。図2に図示されているように、スキマーカートリッジ集合体35は、複数の第4マウント穴36及び複数の第4固定素子222を用いることによって、ノズル/スキマーモジュール20をビーム源チャンバ202へ取りはず可能なように結合するのに用いられて良い。あるいはその代わりにスキマーカートリッジ集合体35は、ノズル/スキマーモジュール20をビーム源チャンバ202の外壁へ取りはず可能なように結合するのに用いられても良い（図示されていない）。スキマーカートリッジ集合体35は、ビーム源チャンバ202の内部空間203内部にマウントされる前に、X方向、Y方向、及びZ方向で位置合わせされて良い。あるいはその代わりに、ノズル/スキマーモジュール20をマウントするときに、1つ以上の位置設定装置（図示されていない）が用いられても良い。
先に図1を参照しながら説明したように、ノズル出力開口部31は、たとえば約10mm〜約50mmまで変化しうる分離間隔(s1)だけ、スキマー入力開口部11から離れて良い。ノズル/スキマーモジュール20が試験及び/又は位置合わせされるときに、正しい分離間隔(s1)が設定されて良い。分離間隔(s1)が正しくないとき、ノズル集合体30、支持管21、及び/又はスキマーカートリッジ集合体35は、再度位置設定又は製造されて良い。分離間隔(s1)は、製造用処理システム内でノズル/スキマーモジュール20が使用するように設計されているプロセス化学物質（ガス）に依存して良い。
ノズル/スキマーモジュール20が位置合わせ及び/又は試験されるとき、スキマーカートリッジ集合体35はノズル集合体30に対して位置合わせされて良い。それによりノズル出力開口部31から得られる内部ビーム28は、スキマーカートリッジ集合体35内のスキマー入力開口部11に対して位置合わせされ、かつスキマー入力開口部11へ向かうように案内される。一部の実施例では、ノズル集合体30は、第2円筒形副集合体41と結合する前に、予め試験及び/又は位置合わせされて良い。さらに、1つ以上の予め試験及び/又は位置合わせされたノズル集合体30が異なった構成をとっても良い。違いは、プロセス化学物質、分子サイズ、流速、チャンバ圧力、クラスタサイズ、ビームサイズ等によって決定されて良い。それに加えて、1つ以上の予め試験及び/又は位置合わせされたノズル集合体30がその場で保存されることで、他のプロセスレシピの利用を促進して良い。
内部ビーム28が正しく位置合わせされるとき、支持管21の第1部分21aは、2つ以上の第1マウント穴25と2つ以上の第1固定素子26を用いることによって、堅くて取り外し可能なように第1円筒形副集合体40と結合して良く、かつ、支持管21の第2部分21bは、正しい位置合わせを維持するために第2マウント穴37と第2固定素子27を用いることによって、堅くて取り外し可能なようにスキマーカートリッジ集合体35と結合して良い。
一部の実施例では、上述したように、第1円筒形副集合体40が最初に第2円筒形副集合体41と結合するときには、円筒形混合空間43が予め試験されて良く、かつ1つ以上の予め試験された円筒形混合空間43は都合良くその場で保存されて良い。たとえば円筒形混合空間43の位置合わせ及び/又は試験中、1つ以上の制御された試験ガス源は、1つ種類以上の異なる流速である1種類以上の試験ガスを、円筒形供給素子43a及び円筒形結合素子43bを介して、円筒形混合空間43へ供して良い。
上述のようにノズル/スキマーモジュール20はガス供給管集合体45を有して良い。ガス供給管集合体45は、プロセスガスを制御された流速で円筒形混合空間43へ供するように備えられて良い。ガス入力供給集合体47はガス供給管集合体45と結合して良い。一部の実施例では、ガス入力供給集合体47は、ガス供給副集合体233に取り付けられたガス出力ポート233aに対してノズル/スキマーモジュール20を取り外し可能なように結合させるのに用いられて良い。たとえばネジ留め手段47dが、取り付け手段47bをガス出力ポート233aに取り付けるのに用いられて良い。あるいはその代わりに「即座に接続する(snap-connect)」手段が、取り付け手段47bをガス出力ポート233aに取り付けるのに用いられても良い。それに加えて内部空間部分47cがガス出力ポート233aの内部空間と結合して良い。それに加えてガス出力ポート233aが、ビーム源チャンバ202の壁に取り付けられても良い。
様々な実施例では、ガス供給副集合体233及び/又はガス出力ポート233aは、流れ制御装置、フィルタ、及び必要であればバルブを有する。ガス供給副集合体233及び/又はガス出力ポート233aは、ノズル/スキマーモジュール20へ流れる処理ガスの流速を制御するのに用いられて良い。たとえば流速は約10sccm〜約3000sccmで変化して良い。
ノズル/スキマーモジュール20が位置合わせ及び/又は試験されるとき、ノズル/スキマーモジュール20は、イオン化/加速チャンバ205内の内部空間206へ案内することが可能な試験用外部ビーム39を生成して良い。よって予め位置合わせされたノズル/スキマーモジュール20は、試料281について改善されたGCIB処理を供することが可能な製造プロセス用GCIBシステム200内に備えられて良い。試料281は、半導体ウエハ、基板上の薄膜、又は改善されたGCIB処理を必要とする他の試料であって良い。予め位置合わせされたノズル/スキマーモジュール20がGCIBシステム200内に用いられるとき、予め位置合わせされたノズル/スキマーモジュール20は、イオン化/加速チャンバ205内の内部空間206へ案内することが可能な予め位置合わせされた外部ビーム39を生成して、試料281を処理して良い。
GCIBシステム200の中には第1ガス供給サブシステム250及び第2ガス供給サブシステム253を有して良いものがある。たとえば、第1ガス供給サブシステム250は1つ以上の外部ガス供給ライン252と1つ以上の第1流れ制御素子251を用いることによってガス供給副集合体233と結合して良く、かつ第2ガス供給サブシステム253は1つ以上の外部ガス供給ライン252と1つ以上の第2流れ制御素子254を用いることによってガス供給副集合体233と結合して良い。ノズル/スキマーモジュール20が位置合わせ及び/又は試験されているとき、又は製造プロセスにおいて用いられているとき、第1ガス供給サブシステム250内に保存された第1ガス組成物及び/又は第2ガス供給サブシステム253内に保存された第2ガス組成物が用いられて良い。
一部の例では、ノズル/スキマーモジュール20は第1ガス組成物を用いるように備えられて良く、かつ、第1ガス組成物は凝集可能ガスを有して良い。凝集可能ガスには希ガス、つまりHe、Ne、Ar、Kr、Xe、又はRnが含まれて良い。別な例では、ノズル/スキマーモジュール20は第2ガス組成物を用いるように備えられて良い。第2ガス組成物には、膜生成用ガス組成物、エッチング用ガス組成物、清浄化用ガス組成物、平坦化用ガス組成物等が含まれる。さらにノズル/スキマーモジュール20がイオン化クラスタを生成するように備えられているときには、第1ガス供給サブシステム250及び第2ガス供給サブシステム253は単独又は組み合わせて利用されて良い。ここでイオン化クラスタは、He、Ne、Ar、Kr、Xe、N2、O2、CO2、SF6、NO、N2O、及びこれらの混合ガスを含む。
位置合わせ、試験、及び/又はGCIB処理中、第1ガス組成物及び/又は第2ガス組成物が高圧でノズル/スキマーモジュール20へ供されることで、イオン化クラスタが生成されて良い。ここでイオン化クラスタは、He、Ne、Ar、Kr、Xe、N2、O2、CO2、SF6、NO、N2O、及びこれらの混合ガスを含む。たとえば第1ガス組成物及び/又は第2ガス組成物は、円筒形混合空間43へ導入され、かつノズル集合体30を介して支持管21内部の部分的に解放された処理空間32内の実質的な低圧真空へ放出されて良い。ノズル集合体30からの高圧凝集可能ガスが部分的に解放された処理空間32の低圧領域へ入り込むとき、ガス分子の速度は超音波の速度に接近し、ノズル集合体30のノズル出力開口部31と内部スキマー素子10のスキマー入力開口部11との間に内部ビーム28（ガスジェット）が生成され、かつ、クラスタの外部ビーム39がノズル/スキマーモジュール20内の第1外形素子12と第2外形素子14から放出されて良い。
ガス供給管集合体45内の流れ素子、ガス入力供給集合体47、円筒形供給素子43a、及び円筒形結合素子43bは気密性でかつ使用される様々なガスに対して反応しないものであって良い。たとえば、高い通気性を有することなく柔軟であるカプトン(Kapton)又はゴアテックス(Gore-Tex)の内部膜を備える2重壁からなるステンレス鋼のメッシュが用いられても良い。
ビーム源チャンバ202は、内部を低圧に維持するように備えられている閉じた構造であって良い。ビーム源チャンバ202の1つ以上の壁は、たとえばステンレス鋼又はコーティングされたアルミニウムのような非反応性金属を有して良い。
ビーム源サブシステム201は、ビーム源チャンバ202と結合する1つ以上の圧力制御素子217aを有して良い。1つ以上の圧力制御素子217aは、1つ以上の外部真空ホース218aを用いることによって第1真空排気システム216aと結合して良い。代替実施例では、1つ以上の内部真空ホース（図示されていない）は、支持管21と結合して良く、かつ支持管21の内部で部分的に解放された処理空間32での圧力を制御するのに用いられて良い。
超音波ガスジェットは、ノズル/スキマーモジュール20内での内部ビーム28として生成される。ジェットが広がることによって生じる冷却は、超音速ガスジェットの一部を、各々が数千の弱く結合した原子又は分子で構成されるクラスタへ凝集させる。ノズル/スキマーモジュール20内のスキマーカートリッジ集合体35は、高圧であることが有害となる下流領域（たとえばイオン化装置255、高電圧電極265、及び処理チャンバ208）での圧力を最小限に抑制するように、クラスタジェットへ凝集しなかったガス分子をクラスタジェットから部分的に分離する。適切な凝集可能処理ガスには、Ar、N2、CO2、及びO2が含まれるが、これらに限定されるわけではない。スキマー入力開口部11、第1外形素子12、及び第2外形素子14は、錐体であることが好ましく、かつ実質的に円筒形の外部ビーム39を生成する。
一部の位置合わせ及び/若しくは試験中、又は処理中、ノズル/スキマーモジュール20からの外部ビーム39はガスクラスタを含んで良く、かつ、クラスタの外部ビーム39は電子サプレッサ260を介して送られて良い。あるいはその代わりに電子サプレッサ260は必要とされなくて良いし、あるいは一部の位置合わせ及び/若しくは試験中、又は処理中、異なる位置で用いられても良い。電子サプレッサ260は、第1電位をとる伝導電子サプレッサ電極261、第2電位をとる第2電極262、及びサプレッサ電極にバイアスをかけるための電源264を有して良い。サプレッサ電極にバイアスをかけるための電源264は故障抑制電圧VGSを供する。VGSの試験範囲は約1kV〜約5kVまで変化して良い。電子サプレッサ電極261は、第2電極262及びノズル/スキマーモジュール20に対して負のバイアスが印加されて良い。第2電極262及びノズル/スキマーモジュール20は、試験中及び/又は処理中、ほぼ同一の電位であって良い。電子サプレッサ電極261及び第2電極262はそれぞれ、外部ビーム39（中性超音速ガスジェット）を通すための軸の位置合わせがなされた開口部を有する。負のバイアスが印加された電子サプレッサ260は、ノズル/スキマーモジュール20の出力（環状開口部13、15）と電子サプレッサ電極261との間の領域内で電場を供する。電子サプレッサ電極261は、ノズル/スキマーモジュール20の出力領域から放出される2次電子を、ノズル/スキマーモジュール20の出力又は電気的に接続した隣接領域へ向かって戻る経路へ進ませ、かつ、電子の加速及びノズル/スキマーモジュール20とイオン化装置255との間の領域内での外部ビーム39のイオン化を防止する。拡張管257と電子サプレッサ260のいずれも、ノズル/スキマーモジュール20の出力とイオン化装置255との間の領域での帯電及びアーク放電によるビームの不具合の減少に貢献する。図2に図示されたように組み合わせて用いられることで、拡張管257と電子サプレッサ260は、それぞれの単独の貢献の合計よりもはるかに有効である。その組合せは、ビームの不具合の原因であるスキマー-イオン化装置の帯電を無視できるレベルにまで減少させ、かつ全ての原因から生じる不具合発生率を1時間あたり1のオーダーでありながら500〜1000μAのオーダーで安定したGCIBビーム電流の生成を可能にした。これは、従来のシステムから過去に得られてきた結果よりも10〜100倍の改善である。あるいはその代わりに磁気サプレッサ及び他の電子ゲートが用いられても良い。
一部の位置合わせ、試験、及び/又は処理中、電子サプレッサ260から飛び出す外部ビーム39内の超音速ガスクラスタがイオン化装置255内でイオン化されて良い。イオン化装置255は、外部ビーム39内の超音速クラスタに対して同軸となるように位置合わせされた実質的に円筒形の構造を有することが好ましい。イオン化装置255は電子衝突イオン化装置であって良い。電子衝突イオン化装置は、1つ以上のイオン化フィラメント258から熱電子を発生させ、かつ、ジェット（ビーム）がイオン化装置255を通過する際、電子を加速及び案内することで、その電子を外部ビーム39内のガスクラスタと衝突させる。電子衝突によってクラスタから電子が放出されることで、クラスタの一部は正に帯電する。1組の適切にバイアス印加された高電圧電極265は、イオン化装置からクラスタイオンを引き出すことでビームを生成し、続いてそのクラスタイオンを所望のエネルギー（典型的には1keV〜数十keV）にまで加速させて、そのクラスタイオンを集束させることで、GCIB263を生成する。
様々な典型的試験及び処理の間、フィラメント電源267はフィラメント電圧VFを供することで、イオン化フィラメント258を加熱して良い。陽極電源266は陽極電圧VAを供することで、イオン化装置フィラメント258から放出される熱電子を加速して、その熱電子をクラスタ含有外部ビーム39に照射することによって、イオンを生成して良い。試験用引き出し電源268は引き出し電圧VEを供することで、高電圧電極へバイアス印加することによって、イオン化装置255のイオン化領域からイオンを引き出してGCIB263を生成して良い。加速電源269は、GCIB全体の加速がVACCに等しくなるように、電圧VACCを供することで、加速電圧イオン化装置255に対して高電圧電極へバイアス印加して良い。1つ以上のレンズ電源（272及び274）は、集束電圧（VL1及びVL2）を高電圧電極にバイアス印加するように供されることで、成形及び/又は集束が可能なGCIB263が生成されて良い。
GCIBシステム200は、X走査運動283の方向（紙面を出入りする方向）に試料ホルダ280を直線的に動かすX走査制御装置282を有して良い。Y走査制御装置284は、Y走査運動285の方向に試料ホルダ280を直線的に動かす。Y走査運動285は典型的にはX走査運動283に対して直交する。一部の位置合わせ、試験、及び/又は処理中、X走査運動とY走査運動とを組み合わせることで、試料ホルダ281によって保持されている試料280を、GCIB263を介してラスタ状の走査運動に従って動かすことが可能である。GCIBシステムが正しく動作しているときには、GCIB263は試料281の表面を均一に照射するので、試料281は均一に処理される。制御装置290-マイクロコンピュータに基づく制御装置であって良い-は、シグナルバス291を介してX走査制御装置282及びY走査制御装置284と接続する。そして制御装置290は、GCIB263に対して試料281の位置を設定し、かつGCIB263によって試料281を均一に走査することでGCIB263による試料281の均一な処理が実現されるように制御する。
一部の試験及び/又は処理中、試料ホルダ280はGCIB263の軸に対してある角度をなすように試料281を設置することで、GCIB263は試料281の表面に対してあるビーム入射角286を有する。GCIBシステム200が正しく動作しているときには、ビーム入射角286は約90°であって良い。Y走査試験中、試料281は試料ホルダ280によって保持されて良く、かつ図示された位置から、参照番号281Aと280Aでそれぞれ示された別な位置”A”へ動かされて良い。走査手順が正しく実行されているときには、試料281はGCIB263を介して完全に走査され得、かつ2つの限界位置（extreme positions）では、試料はGCIB263のビーム路を完全に外れて動くことができる（オーバースキャンされる）。それに加えて、同様の走査及び/又はオーバースキャンが直交するX走査運動方向（紙面に対して出入りする方向）においても行われて良い。一部の試験の間では、試験走査手順が失敗したときには、ノズル/スキマーモジュール20は調節及び/又は再度の位置合わせが行われて良い。
試料281は、固定システム（図示されていない）を用いることによって試料ホルダ280に固定されて良い。固定システムとはたとえば、機械固定システム又は電気固定システム（たとえば静電固定システム）である。さらに試料ホルダ280は、試料ホルダ280及び試料281の温度を調節及び/又は制御するように備えられた加熱又は冷却システム（図示されていない）を有して良い。
ビーム電流センサ288は、GCIB263の経路内であって試料ホルダ280の後方に設けられて良く、かつ試料ホルダ280がGCIB263の経路から外れて走査されるときにはGCIB263のサンプリングを中断させるのに用いられて良い。ビーム電流センサ288は、ファラデーカップ等であって良く、かつ絶縁性マウント289を用いることによって処理チャンバ208の壁に取り付けられて良い。あるいはその代わりに1つ以上の検知装置が試料ホルダ280と結合しても良い。
GCIB263は、試料281と該試料281の表面の投影された衝突領域で衝突して良い。X-Y試験及び処理中、試料ホルダ281は試料281の表面の各部分をGCIB263の経路中に設置することが可能で、それにより試料281の表面のどの領域もGCIB263によって処理可能となる。X走査制御装置282及びY走査制御装置284は、X軸方向及びY軸方向において、試料ホルダ280の位置及び速度を制御するのに用いられて良い。X走査制御装置282及びY走査制御装置284は、シグナルバス291を介して制御装置290から制御信号を受信して良い。様々な試験及び処理中、試料ホルダ280は、試料281の様々な領域をGCIB263内に設置するように、連続運動又はステップ状運動で動かされて良い。一の実施例では、GCIB263を通り抜けて試料281の任意の部分が制御可能な速度で奏されるように、試料ホルダ280は制御されて良い。
一部の典型的な試験及び処理シーケンス中、試料ホルダ280の1つ以上の面が、伝導性となるように備えられて良く、かつ制御装置290によって動作する線量処理装置と接続して良い。試料ホルダ280の絶縁層（図示されていない）は、試料281及び基板保持面を試料ホルダ280の他の部分と隔離するのに用いられて良い。GCIB263の衝突によって試料281内に誘起される電荷は、試料281及び試料ホルダ280の表面を介して伝導されて良い。線量測定のため、信号は試料ホルダ280を介して制御装置290と結合して良い。線量測定は、GCIB電流を積分してGCIB処理線量を決定する積分手段を有する。特定の状況下では、標的を中性化する電子源（図示されていない）-エレクトロンフラッドとも呼ばれる-が、GCIB263を中性化するのに用いられて良い。そのような場合、新たな電荷源が加わっても正確な線量測定を保証するのにファラデーカップが用いられて良い。試料281の処理中、線量率が制御装置290へ送られ、かつ、制御装置290は、GCIBビーム束が、該ビーム束中のばらつきを検出又は補正することを確認することが可能である。
制御装置290は、シグナルバス291を介してビーム電流センサ288によって収集されるサンプリングされたビーム電流をも受け取って良い。制御装置290は、GCIB263の位置を監視し、試料281によって受け取られるGCIB照射量を制御し、かつ所定の必要な照射量が試料281に与えられたときにはGCIB263から試料280を取り外して良い。あるいはその代わりに内部制御装置が用いられても良い。
図2に図示されているようにGCIBシステム200は、「故障」を減少又は抑制しながらGCIB電流の増大を可能にする機構を有する。たとえば拡張管257のような柱状導体が、イオン化装置255の入射開口部256に設けられたイオン化装置255の集積部分として図示されている。しかし拡張管257は集積した状態で接続している必要はない。拡張管257は伝導性であって、かつイオン化装置255へ電気的に取り付けられので、イオン化装置の電位をとる。他の構成-拡張管257とイオン化装置255との間でほぼ同一の電位を実現するような構成-が用いられても良い。イオン化装置の入射開口部256の直径は約2cm〜約4cmの間で変化して良い。拡張管257は約2cm〜約4cmの間で変化する内径を有する。拡張管257の長さは約2cm〜約8cmの間で変化して良い。拡張管257の壁は伝導性-好適には金属-であって、かつ穴が開いているか若しくは複数の接続する同軸の環として構成されているか、又は、ガスのコンダクタンスを改善するスクリーン材料で作られている。拡張管257がイオン化装置255の内部を外部電場から遮蔽することによって、イオン化装置255の入射開口部256付近に生成される正のイオンが、イオン化装置255の外側へ引き出され、かつノズル/スキマーモジュール20の出力端へ向かうように加速される可能性が減少する。イオン化装置の射出開口部259の直径は約2cm〜約4cmの間で変化して良い。
GCIBシステム200はその場計測システムをさらに有して良い。たとえばその場計測システムは、光学送信器270と受光器275を有する光学診断システムを有して良い。受光器275は、入射光信号271によって試料281を照射し、かつ試料281からの散乱光信号276を受光するように備えられている。光学診断システムは、入射光信号271と散乱光信号276が処理チャンバ208を入射/射出できるような光学窓を有する。さらに光学送信器270及び受光器275はそれぞれ、送信及び受光光学系を有して良い。光学送信器270は、制御装置290と結合して情報をやり取りして良い。受光器275は、測定信号を制御装置290へ戻す。たとえばその場計測システムは、GCIB処理の進行状況を監視するように備えられて良い。
制御装置290は、1つ以上のマイクロプロセッサ、メモリ、及びI/Oポートを有する。I/Oポートは、GCIBシステム200からの出力を監視するだけではなく、GCIBシステム200とやり取りしてGCIBシステム200を動作させるのに十分な制御電圧を発生させることができる。しかも制御装置290は、真空排気システム216a、216b、216c、第1ガス供給サブシステム250、第2ガス供給サブシステム253、ノズル/スキマーモジュール20、ガス供給副集合体233、サプレッサ電極バイアス電源264、陽極電源266、フィラメント電源267、引き出し電源268、加速器電源269、レンズ電源272と274、光学送信器270、受光器275、X走査制御装置282、Y走査制御装置284、及びビーム電流センサ288と結合して情報をやり取りして良い。たとえばメモリ内に記憶されたプログラムが、試料281上で試験用又は製造用のGCIB処理を実行するため、プロセスレシピに従って、GCIBシステム200の上記構成要素を起動させるのに利用されて良い。
一部の試験用実施例では、ビームフィルタ295は、イオン化/加速チャンバ205内に設けられて良く、かつ、GCIB263が処理チャンバ208へ入り込む前にGCIB263からモノマー及び光によってイオン化されたクラスタを除去することで、GCIB263をさらに明確にするのに用いられて良い。それに加えて、ビームゲート296が、イオン化/加速チャンバ205内のGCIB263の経路内に設けられても良い。たとえばビームゲート296は、GCIB263がイオン化/加速チャンバ205から処理サブシステム207へ通過可能な状態である開いた状態、及び、GCIB263が処理サブシステム207へ入り込むのが阻止された状態である閉じた状態を有して良い。制御装置290はビームフィルタ295及びビームゲート296と結合して良い。制御装置290は、試験又は処理中、ビームフィルタ295及びビームゲート296を監視及び制御して良い。
あるいはその代わりに、調節可能な開口部が、ビームフィルタ295に組み込まれるか、又は独立したデバイス（図示されていない）として含まれて良い。それによりGCIB束の一部を絞るすなわち可変的に阻止することによって、GCIBビーム電流を所望の値にまで減少させる。調節可能な開口部は単独で用いられるか、又は、当業者に既知である他のデバイス及び方法と併用されることで、GCIB束を非常に小さな値にまで減少させて良い。係る方法には、GCIB源からのガス流を変化させる手順、フィラメント電圧VF若しくは陽極電圧VAを変化させることによってイオン化装置を変調させる手順、又は、レンズ電圧VL1及び/若しくはVL2を変化させることによってレンズ焦点を変調させる手順が含まれる。
一部の手順中、イオン化されたガスクラスタが試料281の表面に衝突するとき、幅が約20nmで深さが約10nmだが25nm未満である浅い衝突クレータが生成されて良い。原子間力顕微鏡(AFM)のようなナノスケールの可視化装置を用いることによって可視化されるとき、衝突クレータはくぼみと似たような外見を有する。衝突後、ガスクラスタイオンからの不活性種は、揮発するか、又はガスとして試料281の表面から飛び出し、かつ真空排気システム216cによって処理サブシステム207及び処理チャンバ208から排出される。
図3は、本発明の実施例によるノズル/スキマーモジュールの典型的な構成を図示している。図示された実施例では、同様の参照番号が付された同様の部品を有する図1のノズル/スキマーモジュール20に似たノズル/スキマーモジュール400が図示されている。あるいはその代わりにノズル/スキマーモジュールは異なった構成であっても良い。
10 内部スキマー素子
11 スキマー入力開口部
12 第1外形素子
13 環状開口部
14 第2外形素子
15 環状開口部
20 ノズル/スキマーモジュール
21 支持管
21a 支持管の第1部分
21b 支持管の第2部分
23 第3マウント穴
24 第3固定素子
25 第1マウント穴
26 第1固定素子
27 第2固定素子
28 内部ビーム
29a 第1厚さ
29b 第2厚さ
30 ノズル集合体
30a ネジ留め
32 処理空間
34b 内壁
34b 外壁
35 スキマーカートリッジ集合体
36 第4マウント穴
37 第2マウント穴
39 外部ビーム
40 第1円筒形副集合体
41 第2円筒形副集合体
42 第1Oリング
43 円筒形混合空間
43a 円筒形供給素子
43b 円筒形結合素子
44 第2Oリング
45 ガス供給管集合体
45a 入力ガス供給素子
45b コイル状ガス供給素子
45c 円筒形供給素子
47 ガス入力供給集合体
47a 保持素子
47b 取り付け素子
47c 内部空間部分
47d ネジ留め
200 GCIBシステム
201 ビーム源サブシステム
202 ビーム源チャンバ
203 内部空間
204 イオン化/加速サブシステム
205 イオン化/加速チャンバ
206 内部空間
207 処理サブシステム
208 処理チャンバ
209 内部空間
216a 第1真空排気システム
216b 第2真空排気システム
216c 第3真空排気システム
217a 第1圧力制御装置
217b 第2圧力制御装置
217c 第3圧力制御装置
218a 外部真空ホース
218b 外部真空ホース
218c 外部真空ホース
222 第4固定素子
233 ガス供給副集合体
233a ガス出力ポート
238 内壁
249a 第1チャンバ圧力監視装置
249b 第2チャンバ圧力監視装置
249c 第3チャンバ圧力監視装置
250 第1ガス供給サブシステム
251 第1流れ制御素子
252 外部ガス供給ライン
253 第2ガス供給サブシステム
254 第2流れ制御素子
255 イオン化装置
256 入射開口部
257 拡張管
258 イオン化フィラメント
259 射出開口部
260 電子サプレッサ
261 伝導電子サプレッサ電極
262 電極
263 ガスクラスタイオンビーム(GCIB)
264 電源
265 高電圧電極
266 陽極電源
267 フィラメント電源
268 試験用引き出し電源
269 加速電源
270 光学送信器
271 入射光信号
272 レンズ電源
274 レンズ電源
275 受光器
276 散乱光信号
280 試料ホルダ
281 試料
282 X走査制御装置
283 X走査運動
284 Y走査制御装置
285 Y走査運動
286 ビーム入射角
288 ビーム電流センサ
289 絶縁性マウント
290 制御装置
291 シグナルバス
295 ビームフィルタ
296 ビームゲート

Claims (9)

  1. 製造用ガスクラスタイオンビーム(GCIB)処理システム内のイオン化装置の上流での後続の設置のために位置合わせされたノズル/スキマーモジュールを集合させる方法であって：
    実質的に閉じられた円筒部と実質的に開かれた錐体部を有して部分的に開かれた処理空間を画定する支持管を供する工程；
    2つ以上の第1固定装置を用いることによって前記支持管の実質的に閉じられた円筒部に第1円筒集合体を取り外し可能なように結合する工程；
    複数の第2固定装置を用いることによって前記支持管の実質的に開かれた錐体部に、スキマー入力開口部を有するスキマーカートリッジ集合体を取り外し可能なように結合する工程；
    3つ以上の第3固定装置を用いることによって前記第1円筒集合体に第2円筒集合体を取り外し可能なように結合する工程；
    前記第1円筒集合体及び/又は前記第2円筒集合体内に円筒形混合空間を構成する工程；
    前記第2円筒集合体と前記円筒形混合空間にノズル集合体を取り外し可能なように結合する工程；
    前記第2円筒集合体と前記円筒形混合空間にガス供給管を結合することで、前記ノズル集合体にガスを供給する工程；
    を有し、
    前記の集合させたノズル/スキマーモジュールは、
    前記ノズル集合体とスキマーカートリッジ集合体が、当該製造用GCIB処理システム内に設置される前に、タンデム配置内で堅く固定され、
    前記ノズル集合体は、前記の部分的に開かれた処理空間にガスクラスタの内部ビームを放出するように構成及び位置合わせされ、かつ、
    前記スキマーカートリッジ集合体は、前記スキマー入力開口部を介して前記内部ビームを受け、かつ、前記後続の設置後に、ガスクラスタの外部ビームを前記スキマー入力開口部へ入射する前記内部ビームの中心部から発散流を取り除いて、前記ノズル/スキマーモジュールの外部に設けられる当該製造用GCIB処理システム内の前記処理空間へコリメートされた外部クラスタビームを放出するように構成される、
    ことを特徴とする、方法。
  2. 前記スキマーカートリッジ集合体が、
    前記スキマー入力開口部から前記の部分的に開かれた処理空間に対向する前記スキマーカートリッジ集合体の内壁へ向かって延びる、前記の部分的に開かれた処理空間内において切頭配置をとる内部スキマー素子、
    前記の部分的に開かれた処理空間内のスキマー入力開口部から前記後続の設置後に前記処理空間に対向する前記スキマーカートリッジ集合体の外壁に隣接する第1円形開口部へ向かって延びる、切頭円錐配置をとる第1外側成形素子、並びに、
    前記第1円形開口部から事前に位置合わせされた前記スキマーカートリッジ集合体の外壁と交差する第2円形開口部へ向かって延びる、切頭円錐配置をとる第2外側成形素子、
    を有し、
    前記第1外側成形素子と前記第2外側成形素子は共に、ガスクラスタの外部ビームを放出するように構成される、
    請求項1に記載の方法。
  3. 前記ノズル集合体が、前記の部分的に開かれた処理空間内にノズル出力開口部を有する、請求項2に記載の方法であって、前記ノズル出力開口部と前記スキマー入力開口部との間に分離距離(s1)を設定する工程をさらに有し、
    前記内部ビームは前記分離距離に沿って導かれる、
    方法。
  4. ガス供給素子を前記円筒形混合空間へ結合することで前記ガス供給集合体から前記円筒形混合空間へガスを供給する工程をさらに有する、請求項3に記載の方法。
  5. 前記後続の設置前に、前記ガス供給素子を介して光信号を供し、かつ、前記第2外側成形素子での光出力信号を測定することによって前記内部ビームの位置合わせを検査する工程をさらに有する、請求項4に記載の方法。
  6. 前記1つ以上の第1固定装置を用いることによって前記支持管の実質的に閉じられた円筒部に前記第1円筒集合体を取り外し可能なように結合する工程前で、かつ、前記1つ以上の第2固定装置を用いることによって前記支持管の実質的に開かれた錐体部に前記スキマーカートリッジ集合体を取り外し可能なように結合する工程前に、前記検査は実行され、
    前記1つ以上の第1固定装置と前記1つ以上の第2固定装置は位置合わせを堅く維持する、
    請求項5に記載の方法。
  7. 製造用ガスクラスタイオンビーム(GCIB)処理システム内のイオン化装置の上流での後続の設置のために位置合わせされたノズル/スキマーモジュールを集合させる方法であって：
    実質的に閉じられた円筒部と実質的に開かれた錐体部を有して部分的に開かれた処理空間を画定する支持管を供する工程；
    第1円筒集合体を第2円筒集合体に堅く固定する工程；
    前記第1円筒集合体及び/又は前記第2円筒集合体内に円筒形混合空間を構成する工程；
    前記第2円筒集合体と前記円筒形混合空間にガス供給管集合体と円筒形供給素子を結合することで、前記円筒形混合空間にガスを供給する工程；
    選択された流速で前記ガス供給管集合体から供給された選択された組成のガスで前記円筒形混合空間を検査する工程；
    前記第2円筒集合体及び前記の検査された円筒形混合空間にノズル集合体を取り外し可能なように結合する工程であって、前記の検査された円筒形混合空間は、前記の選択された流速で前記の選択された組成のガスを受け、かつ、ノズル出力開口部から前記の部分的に開かれた処理空間へ制御されたガスクラスタの内部ビームを放出するように構成される、工程；
    前記制御されたガスクラスタの内部ビームを受け、かつ、ガスクラスタの外部ビームを前記スキマーの開口部へ入射する前記内部ビームの中心部から発散流を取り除いて、前記ノズル/スキマーモジュールの外部に設けられる当該製造用GCIB処理システム内の前記処理空間へコリメートされた外部クラスタビームを放出するように構成される、スキマー入力開口部を有するスキマーカートリッジ集合体を供する工程；
    前記ノズル出力開口部と前記スキマー入力開口部との間に分離距離(s1)を設定する工程、及び、前記スキマーカートリッジ集合体内に対して前記ノズル集合体を位置合わせする工程により、前記ノズル出力開口部から放出されるように構成された前記内部ビームが、前記スキマー入力開口部に対して位置合わせされ、かつ、前記スキマー入力開口部へ向かうように導かれる、工程；
    前記第1円筒集合体を前記支持管の実質的に閉じられた円筒部に堅く固定し、かつ、前記スキマーカートリッジ集合体を前記支持管の実質的に開かれた錐体部に堅く固定することで、前記スキマーカートリッジ集合体に対する前記ノズル集合体の位置合わせを維持する工程；
    を有し、
    前記の集合させたノズル/スキマーモジュールは、
    前記ノズル集合体とスキマーカートリッジ集合体が、当該製造用GCIB処理システム内に設置される前に、位置合わせされたタンデム配置内で堅く固定される、
    方法。
  8. 前記スキマーカートリッジ集合体が、
    スキマー入力開口部から前記の部分的に開かれた処理空間に対向する前記スキマーカートリッジ集合体の内壁へ向かって延びる、前記の部分的に開かれた処理空間内において切頭配置をとる内部スキマー素子、
    前記の部分的に開かれた処理空間内のスキマー入力開口部から前記後続の設置後に前記処理空間に対向する前記スキマーカートリッジ集合体の外壁に隣接する第1円形開口部へ向かって延びる、切頭円錐配置をとる第1外側成形素子、並びに、
    前記第1円形開口部から事前に位置合わせされた前記スキマーカートリッジ集合体の外壁と交差する第2円形開口部へ向かって延びる、切頭円錐配置をとる第2外側成形素子、
    を有し、
    前記第1外側成形素子と前記第2外側成形素子は共に、ガスクラスタの外部ビームを放出するように構成される、
    請求項7に記載の方法。
  9. 前記スキマーカートリッジ集合体内に対して前記ノズル集合体を位置合わせする工程が、前記円筒形供給素子を介して光入力信号を供する工程、及び、前記第2外側成形素子での光出力信号を測定する工程を有する、請求項8に記載の方法。
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