(57)【要約】【課題】荷電粒子ビーム処理システムで光学部品にバイアスをかけるよう構成される高電圧電源等を提供する。【解決手段】負荷回路装置は、自己バイアス能動負荷回路（５２０）と、関連する高電圧電源（５００）とを有する。高電圧電源は、例えばガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）処理システム等の荷電粒子ビーム処理システム（１００，１００’，１００”）で光学部品（５３０）にバイアスをかけるよう構成される。高電源圧電源は、負荷電位にある負荷端子及び基準電位にある基準端子を有する可変電圧源（５１０）と、負荷端子と基準端子との間に接続され、略一定の電流を保ちながら負荷電位と基準電位との間の可変電圧降下を維持するよう構成される自己バイアス能動負荷回路（５２０）とを有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷電位にある負荷端子及び基準電位にある基準端子を有する可変電圧源と、
前記負荷端子と前記基準端子との間に接続され、略一定の電流を保ちながら前記負荷電位と前記基準電位との間の可変電圧降下を維持するよう構成される自己バイアス能動負荷回路と
を有する高電圧電源。
【請求項２】
前記能動負荷回路は、直列接続される１又はそれ以上の能動負荷要素を有し、
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
当該能動負荷要素の第１端子へ結合されるコレクタ、当該能動負荷要素の第２端子へ結合されるエミッタ、及びゲートを有する絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、
前記ゲートへ結合され、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタを通る電流を検知し、その検知した電流が増大する場合は前記ゲートをより低い電位へと自己バイアスをかけ、前記検知した電流が減少する場合は前記ゲートをより高い電位へと自己バイアスをかけるよう構成される電流検知回路と
を有する、請求項１記載の高電圧電源。
【請求項３】
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
前記第１端子と前記コレクタ及び前記ゲートの両方との間に接続され、前記可変電圧降下が前記能動負荷回路に印加されると初めに前記ゲートを充電するよう構成される起動回路要素
を更に有する、請求項２記載の高電圧電源。
【請求項４】
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタと並列に接続され、前記可変電圧降下が印加されると前記能動負荷回路の最初のトランジェントの間前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタを保護するよう構成されるバリスタ
を更に有する、請求項２記載の高電圧電源。
【請求項５】
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタと並列に接続され、当該能動負荷要素を通る逆電流が生ずる場合に前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタを保護するよう構成される逆電流ダイオード
を更に有する、請求項２記載の高電圧電源。
【請求項６】
荷電粒子ビーム処理システムでの使用のための光学部品であって、
荷電粒子ビーム処理システムでビームラインに沿って配置されるよう構成される高電圧電極と、
負荷電位にある負荷端子及び基準電位にある基準端子を有し、前記負荷電位を前記高電圧電極へ結合するよう構成される可変電圧源と、
前記負荷端子と前記基準端子との間に接続され、略一定の電流を保ちながら前記負荷電位と前記基準電位との間の可変電圧降下を維持するよう構成される自己バイアス能動負荷回路と
を有する光学部品。
【請求項７】
前記能動負荷回路は、直列接続される１又はそれ以上の能動負荷要素を有し、
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
当該能動負荷要素の第１端子へ結合されるコレクタ、当該能動負荷要素の第２端子へ結合されるエミッタ、及びゲートを有する絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、
前記ゲートへ結合され、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタを通る電流を検知し、その検知した電流が増大する場合は前記ゲートをより低い電位へと自己バイアスをかけ、前記検知した電流が減少する場合は前記ゲートをより高い電位へと自己バイアスをかけるよう構成される電流検知回路と
を有する、請求項６記載の光学部品。
【請求項８】
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
前記第１端子と前記コレクタ及び前記ゲートの両方との間に接続され、前記可変電圧降下が前記能動負荷回路に印加されると初めに前記ゲートを充電するよう構成される起動回路要素
を更に有する、請求項７記載の光学部品。
【請求項９】
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタと並列に接続され、前記可変電圧降下が印加されると前記能動負荷回路の最初のトランジェントの間前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタを保護するよう構成されるバリスタ
を更に有する、請求項７記載の光学部品。
【請求項１０】
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタと並列に接続され、当該能動負荷要素を通る逆電流が生ずる場合に前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタを保護するよう構成される逆電流ダイオード
を更に有する、請求項７記載の光学部品。
【請求項１１】
基材を処理するよう構成されるガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）処理システムであって、
真空容器と、
前記真空容器に配置され、ＧＣＩＢを生成するよう構成されるＧＣＩＢ源と、
前記ＧＣＩＢによる処理のために前記真空容器の内部で前記基材を支持するよう構成される基材ホルダと
を有し、
前記ＧＣＩＢ源は、
ガス源、スタグネイション・チェンバ及びノズルを有し、ガスクラスタビームを生成するために高圧下で１又はそれ以上のガスを前記ノズルを通って前記真空室へと導くよう構成されるノズルアセンブリと、
前記ノズルアセンブリから下流に位置し、前記ガスクラスタビームでエネルギ小粒子の数を減らすよう構成されるガス・スキマーと、
前記ガス・スキマーから下流に位置し、前記ＧＣＩＢを生成するよう前記ガスクラスタビームをイオン化するよう構成されるイオナイザと、
前記イオナイザから下流に位置し、前記ＧＣＩＢを取り出し、前記ＧＣＩＢを加速し、若しくは前記ＧＣＩＢを集束させ、又はこれらの２又はそれ以上のいずれかの組み合わせを実行するよう構成される１又はそれ以上の光学部品を有するビームオプティクスと
を有し、
前記１又はそれ以上の光学部品のうち少なくとも１つは、
ＧＣＩＢ処理システムでビームラインに沿って配置されるよう構成される高電圧電極と、
負荷電位にある負荷端子及び基準電位にある基準端子を有し、前記負荷電位を前記高電圧電極へ結合するよう構成される可変電圧源と、
前記負荷端子と前記基準端子との間に接続され、略一定の電流を保ちながら前記負荷電位と前記基準電位との間の可変電圧降下を維持するよう構成される自己バイアス能動負荷回路と
を有する、ＧＣＩＢ処理システム。
【請求項１２】
前記能動負荷回路は、直列接続される１又はそれ以上の能動負荷要素を有し、
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
当該能動負荷要素の第１端子へ結合されるコレクタ、当該能動負荷要素の第２端子へ結合されるエミッタ、及びゲートを有する絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、
前記ゲートへ結合され、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタを通る電流を検知し、その検知した電流が増大する場合は前記ゲートをより低い電位へと自己バイアスをかけ、前記検知した電流が減少する場合は前記ゲートをより高い電位へと自己バイアスをかけるよう構成される電流検知回路と
を有する、請求項１１記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項１３】
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
前記第１端子と前記コレクタ及び前記ゲートの両方との間に接続され、前記可変電圧降下が前記能動負荷回路に印加されると初めに前記ゲートを充電するよう構成される起動回路要素
を更に有する、請求項１２記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項１４】
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタと並列に接続され、前記可変電圧降下が印加されると前記能動負荷回路の最初のトランジェントの間前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタを保護するよう構成されるバリスタ
を更に有する、請求項１２記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項１５】
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタと並列に接続され、当該能動負荷要素を通る逆電流が生ずる場合に前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタを保護するよう構成される逆電流ダイオード
を更に有する、請求項１２記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項１６】
前記ビームオプティクスから下流に位置し、１００若しくはそれより少ない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らすよう構成されるビームフィルタを更に有する請求項１１記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項１７】
前記ビームオプティクスから下流に位置し、前記ＧＣＩＢのビームエネルギ分布を変更するよう構成される圧力セル・チェンバを更に有する請求項１１記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項１８】
前記基材ホルダへ結合され、前記ＧＣＩＢにより前記基材を走査するように前記基材ホルダを平行移動させるよう構成される走査アクチュエータを更に有する請求項１１記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項１９】
前記真空容器へ結合され、前記基材の表面性質を測定するよう構成される計測システムを更に有する請求項１１記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項２０】
前記真空容器へ結合され、前記ＧＣＩＢのためのビーム電流を測定するよう構成されるビーム電流センサを更に有する請求項１１記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項２１】
第１の電位にある第１回路ノードと第２の電位にある第２回路ノードとの間に接続されるよう構成され、略一定の電流を保ちながら前記第１の電位と前記第２の電位との間の可変電圧降下を維持するよう構成される自己バイアス能動負荷回路
を有する負荷回路装置。
【請求項２２】
前記能動負荷回路は、直列接続される１又はそれ以上の能動負荷要素を有し、
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
当該能動負荷要素の第１端子へ結合されるコレクタ、当該能動負荷要素の第２端子へ結合されるエミッタ、及びゲートを有する絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、
前記ゲートへ結合され、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタを通る電流を検知し、その検知した電流が増大する場合は前記ゲートをより低い電位へと自己バイアスをかけ、前記検知した電流が減少する場合は前記ゲートをより高い電位へと自己バイアスをかけるよう構成される電流検知回路と
を有する、請求項２１記載の負荷回路装置。
【請求項２３】
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
前記第１端子と前記コレクタ及び前記ゲートの両方との間に接続され、前記可変電圧降下が前記能動負荷回路に印加されると初めに前記ゲートを充電するよう構成される起動回路要素
を更に有する、請求項２２記載の負荷回路装置。
【請求項２４】
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタと並列に接続され、前記可変電圧降下が印加されると前記能動負荷回路の最初のトランジェントの間前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタを保護するよう構成されるバリスタ
を更に有する、請求項２２記載の負荷回路装置。
【請求項２５】
前記１又はそれ以上の能動負荷要素の夫々は、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタと並列に接続され、当該能動負荷要素を通る逆電流が生ずる場合に前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタを保護するよう構成される逆電流ダイオード
を更に有する、請求項２２記載の負荷回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己バイアス能動負荷回路及び関連する高電圧電源に関し、特に、荷電粒子ビーム処理システムで光学部品にバイアスをかけるよう構成される高電圧電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）は、エッチング、クリーニング、スムージング、及び皮膜形成を含む多数の用途で用いられている。この議論のために、ガスクラスタは、標準的な温度及び圧力の状態下でガス状である物質のナノサイズの集合体である。斯かるガスクラスタは、疎結合した数個から数千の分子、又はそれ以上を含む集合体から成ってよい。ガスクラスタは電子衝撃によってイオン化され得る。電子衝撃は、ガスクラスタが制御可能なエネルギの有向ビームを形成することを可能にする。このようなクラスタイオンは夫々、通常は、電子電荷の大きさと、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運ぶ。
【０００３】
より大きいサイズのクラスタイオンほど、個々の分子ごとではほとんどエネルギを有さないながらもクラスタイオンごとに十分なエネルギを運ぶというそれらの能力のために、しばしば、ますます有用である。イオンクラスタは基材に当たった瞬間に分解する。特定の分解したイオンクラスタでの夫々の個々の分子は、全体のクラスタエネルギのほんの一部を運ぶ。結果として、大きいイオンクラスタの衝撃効果は大きいが、極めて浅い表面領域に限られる。このことは、ガスクラスタイオンを様々な表面修飾処理にとって効果的なものとするが、従来のイオンビーム処理の特徴であるより深い副表面損傷を生ずる傾向を伴わない。
【０００４】
従来のクラスタイオン源は、数千の分子に達しうる各クラスタでの分子の数に対応する幅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の真空への断熱膨張の間の個々の気体原子（又は分子）の凝縮によって形成され得る。小さな開口を有するスキマーは、クラスタの平行ビームを生成するようこの膨張ガスの中心からの発散的な流れを分解する。様々なサイズの中性クラスタが生成されて、ファンデルワールス力として知られる弱い分子間力によって繋ぎ合わされる。この方法は、例えばヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、窒素、酸素、二酸化炭素、六フッ化硫黄、酸化窒素、及び亜酸化窒素、並びにこれらの気体の混合等の様々なガスからクラスタのビームを生成するために使用されてきた。
【０００５】
通常、ＧＣＩＢ処理システムは、イオナイザからクラスタイオンを取り出し、この取り出されたクラスタイオンを所望のエネルギへ加速し、エネルギ的なクラスタイオンを集束してＧＣＩＢを画定する１又はそれ以上の光学部品を有する。ＧＣＩＢにおけるクラスタイオンの運動エネルギは、約１０００電子ボルト（１ｋｅＶ）から数十ｋｅＶに及ぶことがある。例えば、ＧＣＩＢは１〜１００ｋｅＶに加速されてよい。
【０００６】
従って、設計によって、１又はそれ以上の光学部品は高電圧で動作し、一般的には、大部分の高電圧電源出力の比較的高いインピーダンスに起因して所望の電圧を上回る。過剰な電流を短絡するために、抵抗負荷が高電圧電源の端子間に配置される。しかし、可能な動作電圧の範囲にわたって所望の電圧を変更する場合に、抵抗負荷での電力損失は、特に高い電圧で電力損失は電圧の２乗に比例するから（すなわち、Ｐ＝Ｖ２／Ｒ。ここで、Ｐは電力損失を表し、Ｖは電圧を表し、Ｒは抵抗を表す。）、過度になりうる。このような過度な損失は高電圧で実用的でないことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、高電圧電源、特に、荷電粒子ビーム処理システムで光学部品にバイアスをかけるよう構成される高電圧電源に関する。本発明は、更に、バイアス機能を提供するために高電圧電源とともに使用されるよう構成される負荷回路装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態に従って、高電圧電源について記載する。高電圧電源は、負荷電位にある負荷端子及び基準電位にある基準端子を有する可変電圧源と、前記負荷端子と前記基準端子との間に接続され、略一定の電流を保ちながら前記負荷電位と前記基準電位との間の可変電圧降下を維持するよう構成される自己バイアス能動負荷回路とを有する。
【０００９】
他の実施形態に従って、荷電粒子ビーム処理システムでの使用のための光学部品について記載する。光学部品は、荷電粒子ビーム処理システムでビームラインに沿って配置されるよう構成される高電圧電極と、負荷電位にある負荷端子及び基準電位にある基準端子を有し、前記負荷電位を前記高電圧電極へ結合するよう構成される可変電圧源と、前記負荷端子と前記基準端子との間に接続され、略一定の電流を保ちながら前記負荷電位と前記基準電位との間の可変電圧降下を維持するよう構成される自己バイアス能動負荷回路とを有する。
【００１０】
更なる他の実施形態に従って、基材を処理するよう構成されるＧＣＩＢ（ガスクラスタイオンビーム）処理システムについて記載する。ＧＣＩＢ処理システムは、真空容器と、該真空容器に配置され、ＧＣＩＢを生成するよう構成されるＧＣＩＢ源と、前記ＧＣＩＢによる処理のために前記真空容器の内部で前記基材を支持するよう構成される基材ホルダとを有する。前記ＧＣＩＢ源は、ガス源、スタグネイション・チェンバ（stagnation  chamber）及びノズルを有し、ガスクラスタビームを生成するために高圧下で１又はそれ以上のガスを前記ノズルを通って前記真空室へと導くよう構成されるノズルアセンブリと、該ノズルアセンブリから下流に位置し、前記ガスクラスタビームでエネルギ小粒子の数を減らすよう構成されるガス・スキマーと、該ガス・スキマーから下流に位置し、前記ＧＣＩＢを生成するよう前記ガスクラスタビームをイオン化するよう構成されるイオナイザと、該イオナイザから下流に位置し、前記ＧＣＩＢを取り出し、前記ＧＣＩＢを加速し、若しくは前記ＧＣＩＢを集束させ、又はこれらの２又はそれ以上のいずれかの組み合わせを実行するよう構成される１又はそれ以上の光学部品を有するビームオプティクスとを有する。前記１又はそれ以上の光学部品のうち少なくとも１つは、ＧＣＩＢ処理システムでビームラインに沿って配置されるよう構成される高電圧電極と、負荷電位にある負荷端子及び基準電位にある基準端子を有し、前記負荷電位を前記高電圧電極へ結合するよう構成される可変電圧源と、前記負荷端子と前記基準端子との間に接続され、略一定の電流を保ちながら前記負荷電位と前記基準電位との間の可変電圧降下を維持するよう構成される自己バイアス能動負荷回路とを有する。
【００１１】
更なる他の実施形態に従って、負荷回路装置について記載する。負荷回路装置は、第１の電位にある第１回路ノードと第２の電位にある第２回路ノードとの間に接続されるよう構成され、略一定の電流を保ちながら前記第１の電位と前記第２の電位との間の可変電圧降下を維持するよう構成される自己バイアス能動負荷回路を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態によれば、荷電粒子ビーム処理システムで光学部品にバイアスをかけるよう構成される高電圧電源、更に、バイアス機能を提供するために高電圧電源とともに使用されるよう構成される負荷回路装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＧＣＩＢ処理システムの実例である。
【図２】ＧＣＩＢ処理システムの他の実例である。
【図３】ＧＣＩＢ処理システムの更なる他の実例である。
【図４】ＧＣＩＢ処理システムのためのイオン源の実例である。
【図５】実施例に従う高電圧電源の略図を与える。
【図６】他の実施例に従う自己バイアス能動負荷回路における能動負荷要素の略図を与える。
【図７】自己バイアス能動負荷回路を通る電流及び抵抗に係るデータの例を与える。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
例えばガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）処理システム等の荷電粒子ビーム処理システムで光学部品にバイアスをかけるよう構成される高電圧電源が様々な実施例で開示される。光学部品にバイアスをかけるよう高電圧電源を構成すべく高電圧電源に付加され得る自己バイアス能動負荷回路を有する負荷回路装置も、様々な実施例で開示される。なお、当業者には当然のことながら、様々な実施例は、具体的詳細のうち１又はそれ以上を用いずに、あるいは、他の代替品及び／又は付加的な方法、材料、若しくは構成要素を有して、実施されてよい。他の事例で、よく知られている構成、材料、又は動作は、本発明の様々な実施例の態様を不明りょうにすることを回避するために詳細には図示又は記載をされない。同様に、説明のために、具体的な数、材料、及び構造が、本発明の全体的な理解を提供するために挙げられている。このような次第ではあるが、本発明は、本発明の具体的詳細を用いずに実施されてよい。更に、図面に示されている様々な実施例は例示であって、必ずしも実寸で描かれていないことが認識される。
【００１５】
明細書及び特許請求の範囲で、語“結合される”及び“接続される”が、それらの派生語とともに、使用される。当然、これらの語は、お互いに同義語として意図されない。むしろ、特定の実施例で、“接続される”は、２又はそれ以上の要素がお互いと直接的な物理的又は電気的接触状態にあることを示すために用いられ、一方、“結合される”は、更に、２又はそれ以上の要素がお互いと直接的な接触状態になく、それにも関わらず依然としてお互いと協働し又は相互作用することを意味する。
【００１６】
本明細書全体を通して“一実施例”又は“実施例”への言及は、その実施例に関連して記載される特定の特徴、構成、材料、又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味するが、それらが全ての実施形態に存在することを表してはない。従って、本明細書の様々な箇所でのフレーズ“一実施例で”又は“実施例で”の出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態を参照しているわけではない。更に、特定の特徴、構成、材料、又は特性は、１又はそれ以上の実施例において何らかの適切な方法で組み合わされてよい。様々な付加的なレイヤ及び／又は構成が含まれてよく、且つ／あるいは、記載される特徴は他の実施例では除かれてよい。
【００１７】
上述されるように、数ある中でも荷電粒子ビーム、すなわちＧＣＩＢを取り出し、加速し及び集束するよう、例えばＧＣＩＢ処理システム等の荷電粒子ビーム処理システムで１又はそれ以上の光学部品に電気的にバイアスをかける一般的な必要性が存在する。しかし、電圧の範囲にわたって光学部品にバイアスをかけるための従来のビームオプティクスは、抵抗負荷を通る過剰な電流の短絡に起因する高い電力損失を欠点とする。然るに、荷電粒子ビーム処理システムで光学部品にバイアスをかけるよう構成される高電圧電源についてここで記載する。光学部品にバイアスをかけるよう高電圧電源を構成すべく高電圧電源に付加され得る自己バイアス能動負荷回路を有する負荷回路装置についてもここで記載する。負荷回路装置は如何なる荷電粒子ビーム処理システム（イオン注入装置処理システム、イオンビーム処理システム、及びＧＣＩＢ処理システムを含むが、これらに限定されない。）で光学部品とともに利用されてもよいが、ＧＣＩＢ処理システムとの関連で負荷回路装置について記載する。
【００１８】
ここで、図面を参照すると、基材を処理するためのＧＣＩＢ処理システム１００が実施例に従って図１に表されている。なお、図面において、同じ参照番号は対応する部分を表す。ＧＣＩＢ処理システム１００は、真空容器１０２と、処理される基材１５２が取り付けられている基材ホルダ１５０と、真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃとを有する。基材１５２は、半導体基材、ウェハー、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、又は何らかの他の加工中の製品（workpiece）であってよい。ＧＣＩＢ処理システム１００は、基材１５２を処理するＧＣＩＢを生成するよう構成される。
【００１９】
引き続き図１のＧＣＩＢ処理システム１００を参照すると、真空容器１０２は３つの連絡チェンバ、すなわち、ソースチェンバ１０４、イオン化／加速チェンバ１０６、及び処理チェンバ１０８を有して、減圧エンクロージャーを提供する。３つのチェンバは、夫々、真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃによって適切な動作圧力へ真空排気される。３つの連絡チェンバ１０４、１０６及び１０８で、ガスクラスタビームは第１のチェンバ（ソースチェンバ１０４）で形成され得、一方、ガスクラスタイオンビームは第２のチェンバ（イオン化／加速チェンバ１０６）で形成され得る。第２のチェンバ１０６で、ガスクラスタビームはイオン化され加速される。次いで、第３のチェンバ（処理チェンバ１０８）で、加速されたガスクラスタイオンビームは、基材１５２を処理するために利用されてよい。
【００２０】
図１に示されるように、ＧＣＩＢ処理システム１００は、１若しくはそれ以上のガス又はガスの混合を真空容器１０２へ導くよう構成される１又はそれ以上のガス源を有することができる。例えば、第１のガス源１１１に蓄えられている第１のガス組成は、圧力下で第１のガス制御バルブ１１３Ａを通ってガス計測バルブ１１３に入ることを許される。更に、例えば、第２のガス源１１２に蓄えられている第２のガス組成は、圧力下で第２のガス制御バルブ１１３Ｂを通ってガス計測バルブ１１３に入ることを許される。更に、例えば、第１のガス組成若しくは第２のガス組成又はその両方は、皮膜形成用ガス組成、エッチング用ガス組成、ドーパント用組成等を有してよい。また更に、例えば、第１のガス組成若しくは第２のガス組成又はその両方は、凝縮不活性ガス、搬送ガス又は希釈ガスを含んでよい。例えば、不活性ガス、搬送ガス又は希釈ガスは希ガス、すなわち、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、又はＲｎを含んでよい。
【００２１】
第１のガス組成若しくは第２のガス組成又はその両方を有する高圧凝縮ガスは、ガス供給管１１４を通ってスタグネイション・チェンバ１１６に導かれ、適切に成形されたノズル１１０を通って実質上より低い圧力真空へと排出される。ソースチェンバ１０４のスタグネイション・チェンバ１１６からより低い圧力領域への高圧凝縮ガスの拡散の結果として、ガス速度は音速に加速し、ガスクラスタビーム１１８はノズル１１０から出てくる。
【００２２】
静的エンタルピーとしての噴出の固有の冷却は、運動エネルギに交換される。これは噴出の拡大に起因し、ガス噴出の一部を凝縮させて、夫々が数個から数千の疎結合の原子又は分子から成るクラスタを有するガスクラスタビーム１１８を形成させる。ソースチェンバ１０４と印加／加速チェンバ１０６との間でノズル１１０の出口から下流に位置するガス・スキマー１２０は、ガスクラスタビーム１１８の周辺端部にあってクラスタに凝縮していないガス分子を、ガスクラスタビーム１１８の中心にあってクラスタを形成しているガス分子から部分的に分離する。他にも理由はあるが、ガスクラスタビーム１１８の一部のこのような分離は、より高い圧力が不利となりうる下流領域（例えば、イオナイザ１２２及び処理チェンバ１０８）での圧力の低下をもたらしうる。更に、ガス・スキマー１２０は、イオン化／加速チェンバ１０６に入るガスクラスタビームの最初のディメンジョンを画定する。
【００２３】
ガスクラスタビーム１１８がソースチェンバ１０４で形成された後、ガスクラスタビーム１１８に含まれる組成ガスクラスタは、ＧＣＩＢ１２８を形成するようイオナイザ１２２によってイオン化される。イオナイザ１２２は、１又はそれ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有してよい。生成された電子は、イオン化／加速チェンバ１０６の内部でガスクラスタビーム１１８に含まれるガスクラスタとぶつかるよう加速され方向付けられる。ガスクラスタとの衝突効果の下、十分なエネルギの電子は、イオン化された分子を発生させるよう、ガスクラスタに含まれる分子から電子を取り出す。ガスクラスタのイオン化は、概して正味の正電荷を有する、帯電されたガスクラスタイオンの集まりをもたらす。
【００２４】
図１に示されるように、ビームオプティクス１３０は、ＧＣＩＢ１２８をイオン化し、取り出し、加速し、及び集束するために用いられる。ビームオプティクス１３０は、イオナイザ・フィラメント１２４を熱する電圧ＶＦを供給するフィラメント電源１３６を有する。
【００２５】
然るに、ビームオプティクス１３０は、イオン化／加速チェンバ１０６において、適切にバイアスをかけられた高電圧電極の組１２６を有する。これらの高電圧電極１２６は、イオナイザ１２２からクラスタイオンを取り出す。次いで、高電圧電極１２６は、取り出されたクラスタイオンを所望のエネルギへ加速し、それらをＧＣＩＢ１２８を画定するよう集束させる。通常、ＧＣＩＢ１２８に含まれるクラスタイオンの運動エネルギは約１０００電子ボルト（１ｋｅＶ）から数十ｋｅＶの範囲にある。例えば、ＧＣＩＢ１２８は１〜１００ｋｅＶへ加速され得る。
【００２６】
図１に表されるように、ビームオプティクス１３０は、更に、フィラメント１２４から発せられる電子を加速して、それらの電子をガスクラスタビーム１１８に含まれるガスクラスタに衝突させるために、イオナイザ１２２の陽極に電圧ＶＡを供給する陽極電源１３４を有する。衝突により、クラスタイオンが生成される。
【００２７】
更に、図１に表されるように、ビームオプティクス１３０は、イオナイザ１２２のイオン化領域からイオンを取り出し且つＧＣＩＢ１２８を形成するよう高電圧電極１２６のうち少なくとも１つにバイアスをかけるために電圧ＶＥを供給する抽出電源１３８を有する。例えば、抽出電源１３８は、イオナイザ１２２の陽極電圧に等しいか又はそれより小さい高電圧電極１２６の第１電極への電圧を供給する。
【００２８】
更に、ビームオプティクス１３０は、約ＶＡｃｃ電子ボルト（ｅＶ）に等しい全体的なＧＣＩＢ加速エネルギを得るようにイオナイザ１２２に対して高電圧電極１２６の１つにバイアスをかけるために電圧ＶＡｃｃを供給する加速器電源１４０を有することができる。例えば、加速器電源１４０は、イオナイザ１２２の陽極電圧及び第１電極の抽出電圧に等しいか又はそれより小さい高電圧電極１２６の第２電極への電圧を供給する。
【００２９】
更にまた、ビームオプティクス１３０は、ＧＣＩＢ１２８を集束させるよう電位（例えば、ＶＬ１及びＶＬ２）を高電圧電極１２６の幾つかに供給するレンズ電源１４２及び１４４を有することができる。例えば、レンズ電源１４２は、イオナイザ１２２の陽極電圧、第１電極の抽出電圧、及び第２電極の加速器電圧に等しいか又はそれより小さい高電圧電極１２６の第３電極への電圧を供給することができる。また、レンズ電源１４４は、イオナイザ１２２の陽極電圧、第１電極の抽出電圧、第２電極の加速器電圧、及び第３電極の第１レンズ電圧に等しいか又はそれより小さい高電圧電極１２６の第４電極への電圧を供給することができる。
【００３０】
イオン化及び抽出に係る両スキームに対する多数の変形が使用されてよい点に留意すべきである。ここに記載されるスキームは説明上有用である一方で、他の抽出スキームはイオナイザ及び抽出電極（又は抽出オプティクス）の第１要素をＶＡｃｃに置くことを伴う。通常、このことはイオナイザ電源の制御電圧の光ファイバ・プログラミングを必要とするが、全体としてより簡単なオプティクス列を作る。ここで記載される本発明は、イオナイザ及び抽出レンズのバイアス印加の詳細に関わらず有用である。
【００３１】
後述されるように、上記の電源（例えば、抽出電源１３８、加速器電源１４０、及び／又はレンズ電源１４２、１４４）のうちいずれか１つは、可変電圧源と、この可変電圧源の負荷端子と基準端子との間に接続される自己バイアス能動負荷回路とを有する高電圧電源を有してよい。自己バイアス能動負荷回路は、略一定の電流を保ちながら負荷電位と基準電位との間の可変電圧降下を維持するよう構成されてよい。
【００３２】
高電圧電極１２６の下流のイオン化／加速チェンバ１０６に含まれるビームフィルタ１４６は、処理チェンバ１０８に入るフィルタ処理ＧＣＩＢ１２８Ａを画定するようＧＣＩＢ１２８からモノマー、又はモノマー及び光クラスタイオンを除くために用いられ得る。一実施例で、ビームフィルタ１４６は、１００又はそれより少ない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らす。ビームフィルタ１４６は、フィルタ処理に寄与するようＧＣＩＢ１２８に磁界をかける磁石アセンブリを有してよい。
【００３３】
引き続き図１を参照すると、ビームゲート１４８が、イオン化／加速チェンバ１０６内のＧＣＩＢ１２８の経路に配置される。ビームゲート１４８は、ＧＣＩＢ１２８が、処理ＧＣＩＢ１２８Ａを画定するようイオン化／加速チェンバ１０６から処理チェンバ１０８に進むことを可能にされる開状態と、ＧＣＩＢ１２８が処理チェンバ１０８に入ることを妨げられる閉状態とを有する。制御ケーブルは制御システム１９０からビームゲート１４８へ制御信号を伝える。制御信号は、開状態又は閉状態の間でビームゲート１４８を制御可能に切り替える。
【００３４】
基材１５２は、ウェハー若しくは半導体ウェハー、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処理によって加工される他の基材であってよく、処理チェンバ１０８内の処理ＧＣＩＢ１２８Ａの経路に配置される。大部分の用途が空間的に均一な結果を伴う大きな基材の処理を意図することから、走査システムは、空間的に均一な結果を作り出すよう大きな面積にわたって処理ＧＣＩＢ１２８Ａを一様に走査することが望ましい。
【００３５】
Ｘ走査アクチュエータ１６０は、（紙面の内外への）Ｘ走査運動の方向での基材ホルダ１５０の直線運動を提供する。Ｙ走査アクチュエータ１６２は、Ｙ走査運動の方向での基材ホルダ１５０の直線運動を提供する。Ｙ走査運動は、通常、Ｘ走査運動に直交する。Ｘ走査運動及びＹ走査運動の組み合わせは、基材１５２の加工のために処理ＧＣＩＢ１２８Ａによる基材１５２の表面の一様な（又は別なふうにプログラミングされた）照射を引き起こすよう、処理ＧＣＩＢ１２８Ａによるラスター状の走査運動において、基材ホルダ１５０によって保持される基材１５２を平行移動させる。
【００３６】
基材ホルダ１５０は、処理ＧＣＩＢ１２８Ａの軸に対して或る角度をなして基材１５２を配置する。これにより、処理ＧＣＩＢ１２８Ａは、基材１５２の表面に対するビーム入射角１６６を有する。ビーム入射角１６６は９０度又は他の何らかの角度であってよいが、通常は９０度であるか又は９０度に近い。Ｙ走査の間、基材１５２及び基材ホルダ１５０は、夫々、図示されている位置から、参照符号１５２Ａ及び１５０Ａによって示される代替位置“Ａ”へ移動する。２つの位置の間の移動において、基材１５２は処理ＧＣＩＢ１２８Ａにより走査され、両方の端の位置で、完全に処理ＧＣＩＢ１２８Ａの経路の外に動かされる（過走査）。図１に明示されてはいないが、同様の走査及び過走査が（通常）直交するＸ走査運動方向（紙面の内外）で行われる。
【００３７】
ビーム電流センサ１８０は、基材ホルダ１５０が処理ＧＣＩＢ１２８Ａの経路外へ走査される場合に処理ＧＣＩＢ１２８Ａのサンプルをインターセプトするように、処理ＧＣＩＢ１２８Ａの経路で基材ホルダ１５０を越えて配置されてよい。ビーム電流センサ１８０は、一般的にはファラデーカップ又は同様のものであり、ビーム入射開口部を除いて閉じられており、通常は電気絶縁架台１８２により真空容器１０２の壁に取り付けられている。
【００３８】
図１に示されるように、制御システム１９０は、電気ケーブルによりＸ走査アクチュエータ１６０及びＹ走査アクチュエータ１６２へ接続し、基材１５２を処理ＧＣＩＢ１２８Ａの内又は外に位置付けるとともに、処理ＧＣＩＢ１２８Ａによる基材１５２の所望の加工を達成するよう処理ＧＣＩＢ１２８Ａに関して均一に基材１５２を走査するためにＸ走査アクチュエータ１６０及びＹ走査アクチュエータ１６２を制御する。制御システム１９０は、ビーム電流センサ１８０によって集められたサンプルビーム電流を電気ケーブルを経由して受け取り、それによって、ＧＣＩＢをモニタするとともに、所定のＧＣＩＢ線量が伝えられた場合に処理ＧＣＩＢ１２８Ａから基材１５２を外すことによって基材１５２が受けるＧＣＩＢ線量を制御する。
【００３９】
図２に示される実施例で、ＧＣＩＢ処理システム１００’は図１の実施例と同じであり、更に、処理ＧＣＩＢ１２８Ａに関して有効に基材２５２を走査しながら２つの軸において基材２５２を保持し動かすよう動作可能なＸ−Ｙポジショニング・テーブル２５３を有してよい。例えば、Ｘ方向の運動は紙面の内外への運動を有してよく、Ｙ方向の運動は方向２６４に沿った運動を有してよい。
【００４０】
処理ＧＣＩＢ１２８Ａは、基材２５２の表面での投影衝撃領域２８６において基材２５２の表面に対してビーム入射角２６６をなして基材２５５に衝突する。Ｘ−Ｙ運動によって、Ｘ−Ｙポジショニング・テーブル２５３は、基材２５２の表面の各部分を処理ＧＣＩＢ１２８Ａの経路に位置付けることができる。これにより、全ての表面領域は、処理ＧＣＩＢ１２８Ａによる処理のために、投影衝撃領域２８６と一致するよう作られてよい。Ｘ−Ｙコントローラ２６２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の夫々で位置及び速度を制御するために、電気ケーブルによりＸ−Ｙポジショニング・テーブル２５３へ電気信号を供給する。Ｘ−Ｙコントローラ２６２は、電気ケーブルを通して制御システム１９０から制御信号を受信し、また、電気ケーブルを通して制御システム１９０によって操作可能である。Ｘ−Ｙポジショニング・テーブル２５３は、投影衝撃領域２８６内に基材２５２の様々な領域を位置付けるよう、従来のＸ−Ｙポジショニング技術に従って、連続的な運動によって又は段階的な運動によって移動する。一実施例で、Ｘ−Ｙポジショニング・テーブル２５３は、処理ＧＣＩＢ１２８ＡによるＧＣＩＢ処理のために、投影衝撃領域２８６を通る基材２５２のあらゆる位置をプログラム可能な速度を有して走査するよう、制御システム１９０によってプログラム的に操作可能である。
【００４１】
ポジショニング・テーブル２５３の基材保持面２５４は導電性であり、制御システム１９０によって操作される線量測定プロセッサへ接続されている。ポジショニング・テーブル２５３の絶縁レイヤ２５５は、基材２５２及び基材保持面２５４をポジショニング・テーブル２５３のベース部２６０から絶縁する。衝突処理ＧＣＩＢ１２８Ａによって基材２５２で生ずる電荷は基材２５２及び基材保持面２５４を介して導かれ、信号は線量測定のためにポジショニング・テーブル２５３を介して制御システム１９０へ結合される。線量測定は、ＧＣＩＢ処理線量を決定するようＧＣＩＢ電流を積分する積分手段を有する。或る環境下では、電子（時々「電子フラッド」とも呼ばれる。）のターゲット中和（target-neutralizing）源（図示せず。）が、処理ＧＣＩＢ１２８Ａを無効にするために使用されてよい。斯かる場合に、ファラデーカップ（図示せず。なお、これは図１のビーム電流センサ１８０と同じであってよい。）が、付加された電荷源に関わらず正確な線量測定を確かにするために使用されてよい。この理由は、典型的なファラデーカップは、高エネルギの正イオンのみが入り測定されることを可能にするからである。
【００４２】
動作において、制御システム１９０は、処理ＧＣＩＢ１２８Ａにより基材２５２を照射するようビームゲート１４８の開放を信号により伝える。制御システム１９０は、基材２５２が受ける累積線量を計算するために、基材２５２によって集められるＧＣＩＢ電流の測定をモニタする。基材２５２が受ける線量が所定線量に達する場合に、制御システム１９０はビームゲート１４８を閉じ、基材２５２の加工は完了する。基材２５２の所与の面積について受けたＧＣＩＢ線量の測定に基づいて、制御システム１９０は、基材２５２の様々な領域を処理する適切なビーム・ドウェル時間（dwell  time）を達成するために、走査速度を調整することができる。
【００４３】
代替的に、処理ＧＣＩＢ１２８Ａは、基材２５２の表面にわたって一定パターンで一定速度で走査され得る。なお。ＧＣＩＢの強さは、意図的に不均一な線量を試料に供給するよう変調される（Ｚ軸変調とも呼ばれる。）。ＧＣＩＢの強さは、ＧＣＩＢ供給源からのガスフローを変えること、フィラメント電圧ＶＦを変えるか又は陽極電圧ＶＡを変えることによりイオナイザ１２２を変調すること、レンズ電圧ＶＬ１及び／又はＶＬ２を変えることによりレンズ焦点を変調すること、あるいは、可変なビームブロック、調整可能なシャッター、若しくは可変な開口によりガスクラスタイオンビームの一部を機械的に遮ることを含む様々な方法のいずれかによって、ＧＣＩＢ処理システム１００’で変調されてよい。変調変化は、連続的なアナログ変化であってよく、あるいは、時間変調スイッチング又はゲーティングであってよい。
【００４４】
処理チェンバ１０８は、インシツ（in-situ）計測システムを更に有してよい。例えば、インシツ計測システムは光送信器２８０及び光受信器２８２を有し、それらは夫々、入射光信号２８４により基材２５２を照射し、基材２５２から散乱光信号２８８を受信する。光診断システムは、処理チェンバ１０８の内外への入射光信号２８４及び散乱光信号２８８の通過を可能にする光窓を有する。更に、光送信器２８０及び光受信器２８２は、夫々、送信オプティクス及び受信オプティクスを有してよい。光送信器２８０は、制御システム１９０から制御電気信号を受信し、それに応答する。光受信器２８２は測定信号を制御システム１９０へ返す。
【００４５】
インシツ計測システムは、ＧＣＩＢ処理の進行をモニタするよう構成される何らかの手段を有してよい。一実施例に従って、インシツ計測システムは光散乱計測（optical  scatterometry）システムを構成してよい。光散乱計測システムは、Therm-Wave  Inc.（１２５０  リライアンス  ウェイ、フレモント、カリフォルニア州９４５３９）又はNanometrics  Inc.（１５５０  バッカイ  ドライブ、ミルピタス、カリフォルニア州９５０３５）から市販されている、ビーム・プロフィール偏光解析（エリプソメータ）及びビーム・プロフィール反射率計測（反射率計）を組み込む光散乱計測器を有してよい。
【００４６】
例えば、インシツ計測システムは、ＧＣＩＢ処理システム１００’での処理加工の実行から得られる処理性能データを測定するよう構成される集積光デジタル表面形状測定（integrated  Optical  Digital  Profilometry（ｉＯＤＰ））散乱計測モジュールを有してよい。計測システムは、例えば、処理加工から得られる計測データを測定し又はモニタしてよい。計測データは、例えば、処理レート、相対処理レート、外観プロフィール角度、限界寸法、外観厚さ又は深さ、外観形状等の、処理加工を特徴付ける処理性能データを決定するために利用され得る。例えば、基材に材料を方向的に沈着させる処理では、処理性能データには、限界寸法（ＣＤ）（外観（すなわち、ビア、ライン等）における上端、中間又は下端ＣＤ）、外観深さ、材料の厚み、側壁角度、側壁形状、沈着レート、相対沈着レート、それらのいずれかのパラメータの空間分布、それらのいずれかの空間分布の均一性を特徴付けるパラメータ等が含まれる。制御システム１９０からの制御信号を介してＸ−Ｙポジショニング・テーブル２５３を操作する場合に、インシツ計測システムは基材２５２の１又はそれ以上の特性をマッピングすることができる。
【００４７】
図３に示される実施例で、ＧＣＩＢ処理システム１００”は図１の実施例と同じであり、例えば、イオン化／加速チェンバ１０６の出口領域に又はその近くに位置付けられる圧力セル・チェンバ３５０を更に有する。圧力セル・チェンバ３５０は、圧力セル・チェンバ３５０で圧力を高めるために圧力セル・チェンバ３５０にバックグラウンド・ガスを供給するよう構成される不活性ガス源３５２と、圧力セル・チェンバ３５０内で高められた圧力を測定するよう構成される圧力センサ３５４とを有する。
【００４８】
圧力セル・チェンバ３５０は、変性した処理ＧＣＩＢ１２８Ａ’を生成すべくＧＣＩＢ１２８のビームエネルギ分布を変更するよう構成されてよい。ビームエネルギ分布の斯かる変更は、圧力セル・チェンバ３５０内で圧力増大領域を通ってＧＣＩＢ経路に沿ってＧＣＩＢ１２８を方向付けることによって達成される。これにより、ＧＣＩＢの少なくとも一部は圧力増大領域を横断する。ビームエネルギ分布に対する変更の限界は、ＧＣＩＢ経路の少なくとも一部に沿った圧力−距離積分によって特徴付けられてよい。ここで、距離（又は圧力セル・チェンバ３５０の長さ）は経路長（ｄ）によって示される。圧力−距離積分の値が（圧力及び／又は経路長（ｄ）を大きくすることによって）大きくなる場合に、ビームエネルギ分布は広がり、ピークエネルギは減少する。圧力−距離積分の値が（圧力及び／又は経路長（ｄ）を小さくすることによって）小さくなる場合に、ビームエネルギ分布は狭まり、ピークエネルギは増大する。圧力セルの設計に係る更なる詳細は、“Method  and  Apparatus  for  Improved  Processing  with  a  Gus-cluster  Ion  Beam”と題された米国特許番号７，０６０，９８９号から決定されてよい。なお、この特許文献はその全体を参照により本願に援用される。
【００４９】
制御システム１９０は、ＧＣＩＢ処理システム１００（又は１００’、１００”）への入力を伝送しアクティブにするとともに、ＧＣＩＢ処理システム１００（又は１００’、１００”）からの出力をモニタするのに十分な制御電圧を発生させることができるマイクロプロセッサ、メモリ、及びデジタルＩ／Ｏポートを有する。更に、制御システム１９０は、真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃ、第１ガス源１１１、第２ガス源１１２、第１ガス制御バルブ１１３Ａ、第２ガス制御バルブ１１３Ｂ、ビームオプティクス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、並びにビーム電流センサ１８０へ結合され、それらと情報を交換することができる。例えば、メモリに記憶されているプログラムは、基材１５２（又は２５２）でＧＣＩＢ加工を実行するために、加工レシピに従ってＧＣＩＢ処理システム１００の上記コンポーネントへの入力をアクティブにするために利用されてよい。
【００５０】
なお、制御システム１９０は、プロセッサが、メモリに含まれている１又はそれ以上の命令の１又はそれ以上のシーケンスを実行することに応答して、本発明の処理ステップに基づいてマイクロプロセッサの一部又は全てを実行する汎用のコンピュータシステムとして実施されてよい。斯かる命令は、例えばハードディスク又はリムーバブル・メディア・ドライブ等の他のコンピュータ読取可能な媒体からコントローラ・メモリに読み出されてよい。マルチプロセッシング配置に含まれる１又はそれ以上のプロセッサは、また、メインメモリに含まれている命令のシーケンスを実行するようコントローラ・マイクロプロセッサとして用いられてもよい。代替の実施例で、ハードワイヤー回路は、ソフトウェア命令の代わりに又はそれと共に使用されてよい。このように、実施例は、ハードウェア及びソフトウェアのいずれかの特定の組み合わせに限定されない。
【００５１】
制御システム１９０は、任意の数の上述される処理コンポーネントを構成するために用いられてよく、制御システム１９０は、処理コンポーネントからのデータを収集し、供給し、処理し、記憶し、及び表示することができる。制御システム１９０は、処理コンポーネントのうち１又はそれ以上を制御するために、多数のコントローラのみならず、多数のアプリケーションを有してよい。例えば、制御システム１９０は、ユーザが１又はそれ以上の処理コンポーネントをモニタし及び／又は制御することを可能にするインターフェースを提供することができるグラフィック・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）コンポーネント（図示せず。）を有してよい。
【００５２】
制御システム１９０は、ＧＣＩＢ処理システム１００（１００’，１００”）に対して局所的に配置されてよく、あるいは、それは、ＧＣＩＢ処理システム１００（１００’，１００”）に対して遠隔で配置されてよい。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（すなわち、装置メーカ等）にあるイントラネットへ結合されてよく、あるいは、それは、例えばベンダーサイト（すなわち、機器製造者）にあるイントラネットへ結合されてよい。代替的に、又は付加的に、制御システム１９０はインターネットへ結合されてよい。更に、他のコンピュータ（すなわち、コントローラ、サーバ等）は、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データを交換するよう制御システム１９０にアクセスすることができる。
【００５３】
基材１５２（又は２５２）は、例えば、機械クランピングシステム又は電気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を介して基材ホルダ１５０（又は基材ホルダ２５０）に取り付けられてよい。更に、基材ホルダ１５０（又は２５０）は、基材ホルダ１５０（又は２５０）及び基材１５２（又は２５２）の温度を調整し及び／又は制御するよう構成される加熱システム（図示せず。）又は冷却システム（図示せず。）を有してよい。
【００５４】
真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃは、最大で毎秒約５０００リットルまで速度を上げることができるターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）と、チェンバ圧力を絞ることができるゲートバルブとを有してよい。従来の真空処理装置では、毎秒１０００〜３０００リットルのＴＭＰが用いられ得る。ＴＭＰは、通常は約５０ミリトール（ｍＴｏｒｒ）より小さい低圧処理にとって有用である。図示されてはいないが、圧力セル・チェンバ３５０も真空ポンプシステムを有してよいことが認識され得る。更に、チェンバ圧力をモニタする装置（図示せず。）が、真空容器１０２又は３つの真空チェンバ１０４、１０６及び１０８のいずれかへ結合されてよい。圧力測定装置は、例えば、容量マノメータ（manometer）又はイオン化ゲージであってよい。
【００５５】
図４を参照すると、ガスクラスタビーム（図１、２及び３のガスクラスタビーム１１８）をイオン化するガスクラスタ・イオナイザ（図１、２及び３のイオナイザ１２２）の部分３００が示されている。部分３００は、ＧＣＩＢ１２８の軸の法線である。典型的なガスクラスタサイズ（２０００〜１５０００の原子）に関して、スキマー開口（図１、２及び３のガス・スキマー１２０）を出てイオナイザ（図１、２及び３のイオナイザ１２２）に入るクラスタは、約１３０〜１０００電子ボルト（ｅＶ）の運動エネルギを有して移動する。このような低いエネルギでは、イオナイザ１２２内の空間電荷の中立性からの如何なる偏差も、有意なビーム電流損失を伴って噴出の急速な拡散を引き起こしうる。図４は自己中和イオナイザを表す。他のイオナイザと同様に、ガスクラスタは電子衝突によってイオン化される。斯かる設計では、熱電子（参照符号３１０によって示される７つの例）が複数の線形熱イオン・フィラメント３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃ（通常タングステン）から発せられ、電子反射電極３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃ並びにビーム成形電極３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃによって提供される適切な電界の作用で取り出されて焦点を合わせられる。熱電子３１０は、ガスクラスタ噴出及び噴出軸を通り、次いで、低エネルギの（例えば、参照符号３１２、３１４及び３１６で示される）二次電子を生成するよう、対向するビーム成形電極３０４ｂにぶつかる。
【００５６】
（簡単のために）図示されていないが、線形熱イオン・フィラメント３０２ｂ及び３０２ｃは、また、その後に低エネルギの二次電子を生成する熱電子を生成する。全ての二次電子は、イオン化されたクラスタ噴出が、空間電荷の中立性を保つために必要とされる正にイオン化されたガスクラスタ噴出に引き付けられ得る低エネルギ電子を提供することによって、空間電荷の中立性を残す。ビーム成形電極３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃは、線形熱イオン・フィラメント３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃに対して正バイアスをかけられ、電子反射電極３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃは、線形熱イオン・フィラメント３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃに対して負バイアスをかけられる。絶縁体３０８ａ、３０８ｂ、３０８ｃ、３０８ｄ、３０８ｅ及び３０８ｆは電極３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃを電気的に絶縁するとともに支持する。例えば、この自己中和イオナイザは有効であり、１０００マイクロアンペア超のアルゴンＧＣＩＰを達成する。
【００５７】
代替的に、イオナイザは、クラスタをイオン化するためにプラズマからの電子抽出を使用してよい。斯かるイオナイザの形状は、ここに記載される３フィラメント・イオナイザとは相違するが、動作及びイオナイザ制御の原理は極めて類似する。例えば、イオナイザ設計は、“Ionizer  and  Method  for  Gas-Cluster  Ion-Beam  Formation”と題された米国特許番号７，１７３，２５２に記載されるイオナイザと同様である。この特許文献はその全体を参照により本願に援用される。
【００５８】
ガスクラスタ・イオナイザ（図１、２及び３のイオナイザ１２２）は、ＧＣＩＢ１２８の電荷状態を変えることによってＧＣＩＢ１２８のビームエネルギ分布を変更するよう構成されてよい。例えば、電荷状態は、ガスクラスタの電子衝突により引き起こされるイオン化で用いられる電子について電子フラックス、電子エネルギ、又は電子エネルギ分布を調整することによって変更され得る。
【００５９】
ここで図５を参照すると、高電圧電源５００が実施例に従って記載されている。高電圧電源５００は、可変電圧源５１０と、過剰な電流を短絡するよう構成される自己バイアス能動負荷回路５２０とを有する。
【００６０】
可変電圧源５１０は、負荷電位にある負荷端子と、基準電位にある基準端子とを有する。このとき、可変電圧源５１０は、負荷電位で光学部品５１０（例えば、高電圧電極）にバイアスをかけるよう構成される。図５に表されるように、高電圧電源５００は、基準電位に対して負電圧で光学部品５３０にバイアスをかけるよう構成される。自己バイアス能動負荷回路５２０は、負荷端子と基準端子との間に接続され、略一定の電流を保ちながら負荷電位と基準電位との間の可変電圧降下を維持（sustain）するよう構成される。自己バイアス能動負荷回路５２０は、更に、１又はそれ以上の能動負荷要素５２５を有する。このとき、各能動負荷要素５２５は、最大電圧降下まで耐えるよう設計され得る。例えば、図５に表されるように、自己バイアス能動負荷回路５２０は、直列接続されている能動負荷要素５２５のアレイを有する。
【００６１】
本発明に従って、自己バイアス能動負荷回路５２０を有する負荷回路装置は、高電圧電源５００を形成するよう既存の電源に付加されてよく、あるいは、高電圧電源５００は、最初から自己バイアス能動負荷回路５２０を有するよう製造されてよい。このように、本発明の実施例は、負荷回路装置自体及び自己バイアス能動負荷回路を有する高電圧電源の両方を対象とする。負荷回路装置自体について、自己バイアス能動負荷回路は、第１の電位にある第１回路ノードと第２の電位にある第２回路ノードとの間に接続されるよう構成され、略一定の電流を保ちながらこの第１の電位と第２の電位との間の可変な電圧降下を維持するよう構成される。
【００６２】
ここで図６を参照すると、電気回路図が、実施例に従う能動負荷要素６００について与えられている。能動負荷要素６００は、能動付加要素６００の第１端子６０１に結合されているコレクタ６１１と、能動付加要素６００の第２端子６０２に結合されているエミッタ６１２と、ゲート６１５とを有する絶縁ゲートバイポーラトランジスタ６１０を有する。絶縁ゲートバイポーラトランジスタ６１０は、International  Rectifier（エル  セグンド、カリフォルニア州）から市販されているＩＲＧ４ＰＨ５０Ｕモデルの絶縁ゲートバイポーラトランジスタを有してよい。
【００６３】
更に、能動付加要素６００は、ゲート６１５へ結合されており、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ６１０を通る電流を検知して、検知した電流が増大する場合はより低い電位へゲート６１５に自己バイアスをかけ、検知した電流が減少する場合はより高い電位へゲート６１５に自己バイアスをかけるよう構成される電流検知回路６２０を有する。電流検知回路６２０は、検知素子６２２と、電流分配器として働く第１抵抗６２４及び第２抵抗６２６とを有する。検知素子６２２は、Fairchild  Semiconductor（サウスポートランド、メイン州）から市販されている２Ｎ３９０４モデルのＮＰＮ汎用増幅器を有してよい。第１抵抗６２４は１０ｋΩ抵抗を有してよく、第２抵抗６２６は１．５ｋΩ抵抗を有してよい。
【００６４】
また更に、能動付加要素６００は、第１端子６０１と、コレクタ６１１及びゲート６１５との間に接続されており、可変電圧降下が第１端子６０１及び第２端子６０２で能動付加要素６００に印加されると最初にゲート６１５を充電するよう構成される起動回路要素６３０を有する。起動回路要素６３０は、電流分配器として働く第１抵抗６３２及び第２抵抗６３４を有してよい。第１抵抗６３２は１０ＭΩ抵抗を有してよく、第２抵抗６３４は１００ｋΩ抵抗を有してよい。
【００６５】
更に、能動付加要素６００は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ６１０と並列に接続されており、可変電圧降下が第１端子６０１及び第２端子６０２の間に印加されると能動付加要素６００の最初のトランジェントの間絶縁ゲートバイポーラトランジスタ６１０を保護するよう構成されるバリスタ６４０を有する。バリスタ６４０は、Littlefuse（デスプレーンズ、イリノイ州）から市販されているＬＡシリーズのバリスタを有してよい。
【００６６】
また更に、能動付加要素６００は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ６１０と並列に接続されており、能動付加要素６００を通る逆電流が生じる場合に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ６１０を保護するよう構成される逆電流ダイオード６５０を有する。
【００６７】
ここで図７を参照すると、抵抗（メガオーム（ＭΩ））及び電流（ミリアンペア（ｍＡ））が、直列接続されている能動付加要素（例えば、５２５、６００）のアレイに供給される。このとき、各能動付加要素は、約１ｋＶの最大電圧降下に耐えるよう上記特徴に従って設計される。図７に示されるように、電流は３０ｋＶの電圧範囲にわたっておおよそ一定である。
【００６８】
以上本発明の特定の実施形態についてのみ記載してきたが、当業者には当然のことながら、多数の変形が、実質的に本発明の新規の教示及び利点から外れることなく斯かる実施形態で可能である。然るに、全ての斯かる変形は、本発明の適用範囲内に含まれるよう意図される。
【符号の説明】
【００６９】
１００，１００’，１００”  ＧＣＩＢ処理システム
１０２  真空容器
１０４  
１０６  イオン化加速チェンバ
１０８  処理チェンバ
１１１，１１２  ガス源
１１３Ａ〜Ｂ  ガス制御バルブ
１１８  ガスクラスタビーム
１２０  ガス・スキマー
１２８  ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）
１３０  ビームオプティクス
１４６  ビームフィルタ
１４８  ビームゲート
１５０，２５０  基材ホルダ
１５２，２５２  基材
１６０，１６２  走査アクチュエータ
１７０Ａ〜Ｃ  真空ポンプシステム
１８０  ビーム電流センサ
１９０  制御システム
２５３  Ｘ−Ｙポジショニング・テーブル
３５０  圧力セル・チェンバ
３５２  不活性ガス源
３５４  圧力センサ
５００  高電圧電源
５１０  可変電圧源
５２０  自己バイアス能動負荷回路
５２５，６００  能動負荷要素
５３０  光学部品
６１０  絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
６２０  電流検知回路
６３０  起動回路要素
６４０  バリスタ
６５０  逆電流ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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