(57)【要約】  イオナイザーからガスジェット発生器に向かうイオンの後方抽出を防止するため、シールド用コンダクターと、別個のコンポーネント電気バイアスを利用することでイオナイザーの近辺で発生する過渡現象の頻度を減少させて高電流ガスクラスターイオンビームシステムのビーム安定性を向上させる装置と方法。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電流ガスクラスターイオンビーム装置であって、
減圧チャンバーと、
中性ガスクラスターを含んだガスジェットを発生させるために前記減圧チャンバー内に設置されたガスジェット発生器と、
ガスクラスターイオンを形成するため、前記ガスジェット内の中性ガスクラスターの少なくとも一部をイオン化させるイオナイザーと、
エネルギーが付与されたガスクラスターイオンビームを形成するよう前記ガスクラスターイオンを加速させるため、前記減圧チャンバー内に設置された加速器と、
前記ガスジェット発生器と前記イオナイザーとの間での電子の移動を実質的に妨害しつつ、該イオナイザーにまで前記中性ガスクラスターを実質的に通過させるために前記ガスジェット発生器と前記イオナイザーとの間に設けられた電子抑制器と、を含んでいることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ガスジェット発生器は、
加圧ガスソースと、
前記加圧ガスソースから減圧チャンバーに加圧ガスを膨張させるノズルと、
スキマー開口部と、をさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記イオナイザーはガスジェットを受容する入口を有していることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記ガスジェットは実質的に筒状で、軸を有し、
前記イオナイザー形状は実質的に筒状で、入口は実質的に直径Ｄの円形であることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記イオナイザー入口と前記ガスジェット発生器との間に設けられ、ガスジェットの軸と同軸方向に整列された管状コンダクターをさらに含んでいることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記ガスジェット発生器の少なくとも一部は電気的に導電性であり、第１電圧で電気的にバイアスされており、
前記イオナイザーの少なくとも一部は電気的に導電性であり、第２電圧でバイアスされており、
管状コンダクターは第２電圧と同様の電圧でバイアスされており、イオナイザーからガスジェット発生器へのイオンの後方抽出を防止していることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
第２電圧は第１電圧に対して略１ｋＶから略６０ｋＶ正電圧であることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記管状コンダクターは実質的に直径Ｄ１で長さＬの筒状であり、ＬはＤ１より大きいことを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項９】
０．５Ｄ＜Ｄ１＜１．５Ｄであることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記ガスジェット発生器の少なくとも一部は電気的に導電性であり、第１電圧で電気的にバイアスされており、
イオナイザーの少なくとも一部は電気的に導電性であり、異なる第２電圧でバイアスされていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記電子抑制器は、異なる第３電圧で電気的にバイアスされた導電性電子抑制電極と、
第１電圧でバイアスされた導電性電極とを含んでおり、
前記導電性電子抑制電極と前記導電性電極はそれぞれガスジェットの搬送用開口部を有していることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
第２電圧は第１電圧に対して略１ｋＶから略６０ｋＶ正電圧であり、
第３電圧は該第１電圧に対して略１ｋＶから略５ｋＶ負電圧であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１３】
前記電子抑制器は磁性電子抑制器であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１４】
減圧チャンバー内に中性ガスクラスターのガスジェットを形成するガスジェット発生器と、ガスクラスターイオンを形成するために前記ガスジェット内の中性ガスクラスターの少なくとも一部をイオン化するイオナイザーと、エネルギーを付与されたガスクラスターイオンビームを形成するために前記ガスクラスターイオンを加速する加速器とを含んだ高電流ガスクラスターイオンビームシステムにおける、ビーム安定性を向上させ、高電流ガスクラスターイオンビーム発生時の過渡現象を減少させる装置であって、
前記ガスジェット発生器と前記イオナイザーとの間に設けられた電子抑制器が、イオナイザーへの中性ガスクラスターの通過を実質的に許し、ガスジェット発生器とイオナイザーとの間の電子の通過を実質的に防止することを特徴とする装置。
【請求項１５】
高電流ガスクラスターイオンビーム装置であって、
減圧チャンバーと、
中性ガスクラスターを含み、軸を有したガスジェットを発生させるために該減圧チャンバー内に設置されたガスジェット発生器と、
ガスクラスターイオンを形成するため、前記ガスジェット内の中性ガスクラスターの少なくとも一部をイオン化させ、ガスジェットを受容する入口を有したイオナイザーと、
前記イオナイザー入口と前記ガスジェット発生器との間に露出して、前記ガスジェットの軸と同軸方向に整列された筒状コンダクターと、
エネルギーが付与されたガスクラスターイオンビームを形成するために前記ガスクラスターイオンを加速させる、前記減圧チャンバー内に設置された加速器と、
を含んでおり、本装置は前記イオナイザーから前記ガスジェット発生器に向かうイオンの後方抽出を防止するように調整されていることを特徴とする装置。
【請求項１６】
ガスジェット発生器は、
加圧ガスソースと、
該加圧ガスソースから減圧チャンバーに加圧ガスを膨張させるノズルと、
スキマー開口部とをさらに含んでいることを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
ガスジェットは実質的に筒状であり、イオナイザー形状は実質的に筒状で、入口は実質的に直径Ｄの円形であることを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１８】
ガスジェット発生器の少なくとも一部は導電性であり、第１電圧で電気的にバイアスされており、
イオナイザーの少なくとも一部は導電性であり、異なる第２電圧でバイアスされており、
筒状コンダクターは第２電圧でバイアスされて、前記イオナイザーからガスジェット発生器へのイオンの後方抽出を防止していることを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１９】
管状コンダクターは実質的に筒状であり、直径Ｄ１と長さＬを有し、ＬはＤ１よりも大きいことを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
０．５Ｄ＜Ｄ１＜１．５Ｄであることを特徴とする請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
減圧チャンバー内で中性ガスクラスターのガスジェットを形成するガスジェット発生器と、
ガスクラスターイオンを形成するために前記ガスジェット内の中性ガスクラスターの少なくとも一部をイオン化する、入口を有したイオナイザーと、
エネルギーを付与されたガスクラスターイオンビームを形成するために前記ガスクラスターイオンを加速する加速器とを含んだ高電流ガスクラスターイオンビームシステムにおける、ビーム安定性を向上させ、高電流ガスクラスターイオンビーム処理時の過渡現象を減少させる装置であって、
前記イオナイザーの入口とガスジェット発生器との間に、ガスジェット軸と同軸方向に整列されている管状コンダクターを含んでいることを特徴とする装置。
【請求項２２】
５００から１０００マイクロアンペアのビーム電流を有したガスクラスターイオンビームの安定性を高める方法であって、減圧チャンバー内で実施される以下のステップ：
中性ガスクラスターのガスジェットをガスジェット発生器で発生させるステップ；
ガスジェット内の放電可能性を減少させるために、前記ガスジェット発生器とイオナイザーとの間で電子の通過を実質的に防止しつつ、該イオナイザーへの前記中性ガスクラスターの通過を許可するステップ；
ガスクラスターイオンを形成するために、ガスジェット内の中性ガスクラスターの少なくとも一部をイオン化するステップ；及び
エネルギーが付与されたガスクラスターイオンビームを形成するために、ガスクラスターイオンを加速するステップ、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２３】
５００から１０００マイクロアンペアのビーム電流を有したガスクラスターイオンビームの安定性を高める方法であって、減圧チャンバー内で実施される以下のステップ：
ガスジェット発生器により、ガスジェット軸を有し、中性ガスクラスターを含む実質的に筒状のガスジェット発生させるステップ；
ガスジェットを受容する入口と、イオナイザー入口とガスジェット発生器との間に設けられ、前記ガスジェット軸と同軸方向に整列された管状コンダクターとを有するイオナイザーを提供するステップ；
ガスジェットの放電可能性を減少させるために、ガスジェット発生器とは異なる電圧で前記管状コンダクターと前記イオナイザーの少なくとも一部を電気的にバイアスするステップ；
ガスクラスターイオンを形成するために、ガスジェット内の中性ガスクラスターの少なくとも一部をイオン化するステップ；及び
エネルギーが付与されたガスクラスターイオンビームを形成するためにガスクラスターイオンを加速するステップ、
を含んでいることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は対象物体の表面処理のための増加電流（高電流）ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）に関し、特に、高電流ＧＣＩＢのビーム安定性を改善し、高電流ＧＣＩＢでの妨害現象及び過渡現象（トランジェント）を減少させる、さらに信頼性が高く、さらに高品質であるＧＣＩＢを利用した産業システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面のエッチング、クリーニング及びスムージングのためにガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）を利用することは知られている（例えば、デグチ他の米国特許５８１４１９４）。ＧＣＩＢはまた、蒸発炭素質材料による気相成膜する方法に採用されている（例えば、ヤマダ他の米国特許６４１６８２０）。ここでガスクラスターとは常温・常圧においてはガス相（気相）であるナノサイズの凝集物である。そのようなクラスターは数個から数千個、あるいはそれ以上の分子が緩く結束した凝集体である。クラスターは電子衝撃あるいは他の手段でイオン化が可能である。それを方向付けし、制御可能なエネルギーのビームにすることができる。典型的にはそのようなイオンはｑ・ｅの正電荷を有する（ｅは電荷、ｑは１から数程度のクラスターイオンの電荷状態を表す）。クラスターイオン単位では相当なるエネルギーを運搬できるが、分子単位では適度なエネルギーであるため、大型サイズのクラスターは最も利用性が高い。クラスターは衝撃で分裂し、それぞれの分子は全クラスターエネルギーのほんの一部を運搬するのみである。その結果、大型クラスターの衝撃の影響は大きいものの、影響は非常に浅い表面領域に限定される。従って、従来のイオンビームプロセスでは表面下深くまで損傷を発生させていたが、イオンクラスターを多様な表面改質プロセスに利用できる。
【０００３】
そのようなＧＣＩＢの発生及び加速の手段は前述の従来技術文献（米国特許５８１４１９４）で詳述されている。現在利用できるイオンクラスターソース（源）は数千までの広範囲のサイズＮ（Ｎは各クラスター内の分子数、アルゴンのような単原子ガスの場合には、単原子ガスの原子は原子あるいは分子と呼ばれ、そのような単原子ガスのイオン化原子はイオン化原子または分子イオンあるいは単にモノマーイオンと称される）を有する。
【０００４】
多くの有用な表面処理効果がＧＣＩＢで表面を衝撃することで達成できる。これら処理効果には限定するわけではないが、スムージング、エッチング、膜成長、表面下へのイオン注入が含まれる。多くの場合、そのようなプロセスにおいて産業上実用的な成果を達成させるために、数百あるいは数千マイクロアンペア程度のＧＣＩＢ電流が必要である。実験レベルでのＧＣＩＢビーム電流は、短期間のトランジェントビームバースト形態では、数百から数千マイクロアンペアの程度であることが報告されている。しかし産業上の高効率と高品質の表面処理結果を得るには、エッチング、スムージング、クリーニング、インフュージョンまたは膜形成処理のためのＧＣＩＢ装置は、着実で長時間安定したビームを発生させねばならず、中断やビーム過渡電流を発生させることなく物体表面のＧＣＩＢ処理を分単位あるいは時間単位で実施しなければならない。そのような長時間安定性を備えたＧＣＩＢ処理装置は数百マイクロアンペア程度のビーム電流に限定されていた。より高いビーム電流を形成する試みは、一般的に長時間安定性を有さず、ビームライン中の他の過渡現象に起因するアークや頻繁なビーム過渡電流（“グリッチ”と呼称）の発生源であるビームを発生させた。そのような過渡現象は様々な形態で現れ、対象物体の不安定な処理結果をもたらした。アーク現象の場合にはＧＣＩＢ処理システムの制御システムに対して物理的な損傷または過渡性誤作用の原因となった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、高電流ＧＣＩＢ対象物体処理システムのビーム安定性を改善する方法と装置が求められており、本発明の一つの目的はそのような要求に応えることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記の目的並びに他の目的と利点は本発明の以下記載の実施例で達成される。
【０００７】
ＧＣＩＢ処理システムにおいて、対象物体の処理のための安定した高電流ＧＣＩＢを達成するため、ＧＣＩＢイオン化ソースの開発、ビーム空間電荷の制御並びに対象物体電荷の制御は全て重要な改善対象領域であった。ディクストラの米国特許６６２９５０８、マック他の米国特許６６４６２７７、及び共願米国特許出願１０/６６７００６は、それぞれ、前記領域での成果を開示する。それら成果には、少なくとも数百マイクロアンペアから数ミリアンペアのビーム電流のＧＣＩＢビームを発生させる能力が含まれる。しかしこれらビームは、場合によって産業上での最良の利用性を制限する不安定性を示す。一般的に、高ＧＣＩＢビーム電流の発生により、さらに多量のガスがビームラインに導入される。本質的にガスクラスターイオンビームはガスを搬送する。ビーム電流ＩＢを有するアルゴンビームでは、ビームのガス流Ｆ（ｓｃｃｍ:標準立方センチ/分）は以下の式で表される。
（式１）
2007529877.tif 000003
【０００８】
従って、４００μＡでＮ／ｑ比５０００のビーム電流に対しては、ビームは相当量のガス流である約２７ｓｃｃｍを導く。典型的なＧＣＩＢ処理ツールでは、イオナイザーと対象物体はそれぞれ典型的には別々のチャンバーに収容される。これでシステム圧力の管理が容易になる。しかし、優れた真空システムデザインおよび装置の様々な領域の差圧遮断が存在しても、大量のガスを搬送するビームに関わる主たる困難性としては、圧力がビームライン全体を通じて増加することである。ビームの全体的なガス搬送量はガスクラスターイオンビームが標的領域を衝撃するときに放出され、このガスの一部はＧＣＩＢ処理システムの真空チャンバー全体の圧力に影響を及ぼす。ＧＣＩＢの形成と加速に高電圧がしばしば使用されるため、増加したビームライン圧力はアーク、放電、及び他のビーム不安定性の発生原因となる。ビーム電流が増加すると、ビームによるガス搬送量は増加し、ビームライン全体の圧力制御はさらに困難になる。ビームラインを通じたＧＣＩＢによる大量ガスの搬送と放出の能力は従来のイオンビームと較べて特異であるため、圧力に関連したビーム不安定性と放電は高電流ＧＣＩＢでは従来のイオンビームよりもさらに深刻な問題となる。典型的なＧＣＩＢイオンソースでは、ビームの中性ガスクラスターは電子衝撃でイオン化される。イオナイザー領域は一般的に真空度が劣り、典型的には周囲の構造と較べて高電圧である。
【０００９】
本発明は、ＧＣＩＢ対象物体処理システムで利用するイオンソースを備えたイオナイザーの周辺で発生する過渡現象の頻度を減少させるために、電気バイアス技術とシールド技術の組み合わせを利用している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は従来技術で知られた形態である典型的なデザインのＧＣＩＢ処理装置１００の基本要素を示す概略図であり、以下の事項を開示する。真空容器１０２は３つの連通チャンバー（ソースチャンバー１０４、イオン化/加速チャンバー１０６及び処理チャンバー１０８）に分割されている。３つのチャンバーは真空ポンプシステム１４６a、１４６b、１４６cでそれぞれ適した作動圧力に減圧される。ガス保存シリンダー１１１に保存された濃縮可能なソースガス１１２（例えばアルゴンまたは窒素）は加圧下でガスメータバルブ１１３とガス供給チューブ１１４を通って滞留チャンバー１１６に導入され、適正に形状化されたノズル１１０を介して実質的にさらに低い圧力内に放出される。よって超音速ガスジェット１１８が発生する。ジェットの膨張による冷却はガスジェット１１８の一部をクラスター状態に濃縮する。それぞれのクラスターは数個から数千個の弱く結合した原子または分子を含む。ガススキマー開口部１２０は、高い圧力が有害である下流領域（例：イオナイザー１２２、高電圧電極１２６、処理チャンバー１０８）を減圧するため、クラスタージェットに濃縮加工されなかったガス分子を部分的に分割する。濃縮可能なソースガス１１２に適するものとしてアルゴン、窒素、炭素、二酸化炭素、酸素、等々がある。スキマー開口部１２０は好ましくは円形であり、ほぼ円筒状のクラスタージェットを形成する。
【００１１】
ガスクラスターを含む超音速ガスジェット１１８がガスジェット発生器（すなわち、ソースチャンバー１０４のコンポーネントでスキマー開口部１２０を含む）により形成された後、クラスターはイオナイザー１２２内でイオン化される。イオナイザー１２２は好適には実質的にクラスターガスジェット１１８と同軸に整合された円筒状である。イオナイザー１２２は典型的には電子衝撃イオナイザーであり、一以上の白熱フィラメント１２４から熱電子を発生させ、ジェットがイオナイザー１２２を通過する際に、ガスジェット１１８内のガスクラスターと衝突させることで、電子を加速して指向させる。電子衝撃はクラスターから電子を弾き出し、クラスターの一部を正にイオン化させる。適正にバイアス処理された高圧電極セット１２６はイオナイザーからクラスターイオンを抽出してビームを形成し、それを加速して望むエネルギーを付与し（典型的には１ｋｅＶから数十ｋｅＶ）、集束させてＧＣＩＢ１２８を形成する。フィラメント電源１３６はフィラメント電圧Ｖｆを供給し、イオナイザーフィラメント１２４を加熱する。陽極電源１３４は陽極電圧ＶＡを与え、フィラメント１２４から放出された熱電子を加速してガスジェット混入クラスター１１８を照射し、イオンを発生させる。抽出電源１３８は抽出電圧ＶＥを与え、高電圧電極をバイアスしてイオナイザー１２２のイオン化領域からイオンを抽出し、ＧＣＩＢ１２８を形成する。加速電源１４０は加速電圧ＶＡＣＣを与え、イオナイザー１２２に関して高圧電極をバイアスし、ＶＡＣＣに等しい加速を全ＧＣＩＢに与える。一つ以上のレンズ電源（例えば１４２と１４４）が、ＧＣＩＢ１２８を集束させるための集束電圧（例えばＶＬ１とＶＬ２）で高圧電極をバイアスするために設けられる。
【００１２】
半導体ウェハーまたはＧＣＩＢ処理により処理される他の対象物体である物体１５２は物体保持ホルダー１５０で保持され、ＧＣＩＢ１２８の通路内に置かれる。ほとんどの利用が空間的に均等な結果を要する大型対象物の処理を想定するので、空間的に均質な結果を与えるために広い範囲にわたってＧＣＩＢ１２８を均質にスキャン処理するスキャニングシステムの利用が望ましい。２対の直交静電スキャニングプレート１３０と１３２が、ラスターまたは他のスキャニングパターンを望む処理領域全体に提供するために利用することができる。ビームスキャン処理が実行されるとき、ＧＣＩＢ１２８はスキャン処理されたＧＣＩＢ１４８に変換される。これは対象物体１５２の全表面をスキャン処理する。
【００１３】
図２は、従来技術による機械式スキャニングＧＣＩＢ処理装置２００の基本要素の概略図である。対象物体１５２を機械的にスキャン処理する固定ビーム式と、ビーム測定用の従来型ファラディカップ並びに従来型熱イオンニュートラライザーを有している。ガスメータバルブ２２３を備え、滞留チャンバー１１６にガス供給管１１４を介して連結されたガス貯蔵シリンダー２２１に貯蔵されるオプションの第２ソースガス２２２（典型的にはソースガス１１２とは別）を追加的に含有することを除いて、ＧＣＩＢ構成は図１で示すものに類似する。図示はしないが、当業者であれば理解するように、ガス貯蔵シリンダー、配管及バルブを追加することで３個以上のソースガスが容易にアレンジできる。この複数のガスアレンジによって、２つの異なるソースガス１１２と２２２間で制御可能に選択でき、ガスクラスターを形成するために、２以上のソースガスの混合物を制御可能にアレンジできる。ソースガス１１２と２２２はそれ自体がガスの混合物でもよい。さらに、図２の機械的にスキャン処理するＧＣＩＢ処理装置２００において、ＧＣＩＢ１２８は静止状態であり（ＧＣＩＢ処理装置１００でのようには静電的にスキャニングされない）、対象物体１５２はＧＣＩＢ１２８によって機械的にスキャン処理され、ＧＣＩＢ１２８の効果を対象物体１５２の表面に提供する。
【００１４】
Ｘスキャンアクチュエータ２０２はＸスキャン動作２０８方向（紙面に対し垂直）に対象物ホルダー１５０の線状動作を与える。Ｙスキャンアクチュエータ２０４はＹスキャン動作２１０方向に対象物ホルダー１５０の線状動作を与える。この方向は典型的にはＸスキャン動作２０８に直交する。Ｘスキャン動作とＹスキャン動作の組み合わせで対象物ホルダー１５０に保持された対象物体１５２をラスター様のスキャニング動作にてＧＣＩＢ１２８を通過移動させ、ＧＣＩＢ１２８により対象物体１５２の表面に均質な照射をし、対象物体１５２を均質に処理する。対象物ホルダー１５０は対象物体１５２をＧＣＩＢ１２８の軸に対して傾斜させ、ＧＣＩＢ１２８が対象物体１５２の表面に対してビーム入射角２０６を有するように配置する。ビーム入射角２０６は９０°その他であるが、典型的には９０°または約９０°である。Ｙスキャニング中に、対象物ホルダー１５０に保持された対象物体１５２は図示の１５２Ａと１５０Ａでそれぞれ示されたポジションから別ポジションＡに移動する。これら２ポジション間で移動するとき、対象物体１５２はＧＣＩＢ１２８を通ってスキャン処理され、両端でＧＣＩＢ１２８の通路から完全に外れる（オーバースキャン）。図２では明示されないが、同様なスキャニングとオーバースキャンが（典型的には）直交Ｘスキャン動作２０８方向（紙面に垂直）で実行される。
【００１５】
ビーム電流センサー２１８はＧＣＩＢ１２８の通路内に対象物体ホルダー１５０後ろに設置され、対象物ホルダー１５０がＧＣＩＢ１２８の通路を外れてスキャン処理されるとき、ＧＣＩＢ１２８のサンプルを受信する。ビーム電流センサー２１８は典型的にはファラディカップ等であり、ビーム進入口以外は閉じており、真空容器１０２の壁に電気絶縁マウント２１２で固定されている。
【００１６】
マイクロコンピュターベースのコントローラーのような、コントローラー２２０はＸスキャンアクチュエーター２０２とＹスキャンアクチュエーター２０４とに電気ケーブル２１６を介して接続され、Ｘスキャンアクチュエーター２０２とＹスキャンアクチュエーター２０４とを制御し、対象物体１５２をＧＣＩＢ１２８光路の内外に設置し、対象物体１５２をＧＣＩＢ１２８に対して均質にスキャン処理し、ＧＣＩＢ１２８による対象物体１５２の均質な処理を達成する。コントローラー２２０はリード線２１４を介してビーム電流センサー２１８で収集されたサンプルビーム電流を受容し、ＧＣＩＢをモニターして所望の量が搬送されたとき、ＧＣＩＢ１２８から対象物体１５２を外すことで対象物体１５２によって受容されるＧＣＩＢ量を制御する。
【００１７】
図３は図２で示す従来技術によるＧＣＩＢ処理装置の一部３００のさらに詳細な概略図である。図示部分３００はガススキマー開口部１２０、イオナイザー１２２及び超音速ガスジェット１１８を含んで表され、イオナイザー１２２のイオン化作用でＧＣＩＢ１２８に変換されている。望ましいＧＣＩＢソースの操作によれば、中性ガスクラスターの超音速ガスジェット１１８はイオナイザー入口３１６からイオナイザー１２２に入り、イオナイザー１２２内で進行する電子衝撃イオン化によって少なくとも部分的にイオン化され、ＧＣＩＢ１２８としてイオナイザー出口３１８から放出される。イオナイザー本体は真空容器及び他のシステムコンポーネントに対して絶縁電圧ＶＡＣＣでバイアスされる。よってイオン化されたＧＣＩＢ１２８は対象物体１５２（図２に示す）に到達する前に電圧ＶＡＣＣで加速される。ガス発生器の少なくとも一部（すなわちガススキマー開口部１２０）は導電性であり、イオナイザー１２２から絶縁された真空容器（図２の１０２）に取り付けられているため、ガス発生器の導電部分（すなわちイオナイザー入口３１６）と、ガススキマー開口部１２０との間には電位差ＶＡＣＣが存在する。ＶＡＣＣは典型的には約１ｋＶから６０ｋＶの範囲である。イオナイザー入口３１６は直径Ｄを有しており、典型的には２ｃｍから３ｃｍの直径を有している。イオナイザー入口３１６近辺のイオナイザー１２２内の正イオン３０２の一部は不可避的にイオナイザー入口３１６に向かって後方にドリフトし、イオナイザー１２２とスキマー開口部１２０との間の高電位差によりイオナイザー入口を通って後方に抽出される。これらイオンはイオン化された残留ガス、または電子衝撃等によるクラスター分裂で発生した分解生成物であり得る。
【００１８】
イオナイザー１２２を出ると、これらイオンはそれらを高エネルギーに加速するイオナイザー１２２の電圧ＶＡＣＣで強力に反発される。それらは、それらをガススキマー開口部１２０及び近辺領域に搬送させる軌道３０４を通って衝突し、第２電子３０６を放出する。第２電子３０６はイオナイザーの正電圧ＶＡＣＣによってイオナイザー１２２に向かって加速され、軌道３０８を通る。ガスとガスクラスター３１０を含んだ超音速ガスジェット１１８内の加速された第２電子３０６は、超音速ガスジェット１１８内のガス及び／又はガスクラスターをイオン化して正イオン３１２を形成し、ガススキマー開口部１１８近辺並びにガススキマー開口部１１８とイオナイザー入口３１６との間にプラズマ領域３１４を創出させる。これによりガススキマー開口部１２０とイオナイザー１２２との間で放電を開始させることができる。この放電によってクラスターを分解してさらに高い電流を導き出し、瞬間的に過負荷状態にして加速器電源（図２の１４０）を遮断し、ＧＣＩＢ１２８の過渡妨害すなわち“グリッチ”を引き起こす。増加したＧＣＩＢ電流の創出は超音速ガスジェット１１８内の高速ガス流や、イオナイザー１２２内の増加電子流を必要とし、ＧＣＩＢが対象物体から分離されているとき、ビーム搬送ガスのさらに増加した放出を必要とする。これら全要素は上述メカニズムの発生可能性増大の要因となり、ＧＣＩＢビーム電流が増加するときに増加するグリッチ率を有したビームの“グリッチ”を発生させる。
【００１９】
図４は図３で示すＧＣＩＢ処理装置に類似した領域３５０の概略図であるが、“グリッチ”を減少あるいは最小化させつつＧＣＩＢ電流を増加させる機構を含んでいる。例えば延長チューブ３５２のような管状導体が、イオナイザー１２２の入口に提供されたイオナイザー１２２の一体部分として図示されている。しかし、延長チューブはさほど一体的に連結させる必要はない。延長チューブ３５２は導電性であり、イオナイザー１２２に通電状態に取り付けられて、イオナイザーの電圧を有する。延長チューブ３５２とイオナイザー１２２との間にほぼ同一の電圧関係を達成させる他の形態でも採用可能である。延長チューブ３５２は内径Ｄ１を有しており、イオナイザー１２２のイオナイザー入口（図３の３１６）の径Ｄとほぼ同一である。延長チューブ３５２は長さＬを有し、好適にはＤ１よりも大きく、さらに好適にはＤ１の２倍よりも大きい。延長チューブ３５２の壁は導電性であり、好適には金属製で、ガスコンダクタンスを向上させるために、打ち抜きがされたり（perforated）、あるいは複数の連結された共軸リング形態であったり、またはスクリーン材料製である。延長チューブ３５２はイオナイザー１２２の内部を外部電界から遮蔽し、イオナイザー１２２の入口近辺で形成された正イオン（例えば３５４）がイオナイザーから後方に抽出され、ガススキマー開口部１２０側に加速される可能性を減少させている。
【００２０】
電子抑制装置３６６は第１電圧の導電性電子抑制電極３５８と、第２電圧の第２電極３５６と、抑制電極バイアス電源３６０とを含んでいる。従来の“接地”記号が図１、図２、図４及び図５で採用されているが、当業者であれば、それら記号は特定の電圧に接続されていることを意味せず、共通の基準電圧への接続を示していることを理解する。抑制電極バイアス電源３６０はグリッチ抑制電圧ＶＧＳ（好適には約１ｋＶから約５ｋＶ）を第２電極３５６とガススキマー開口部１２０に対して電子抑制電極３５８を負にバイアスするように設けられる。第２電極とスキマーはほぼ同じ電圧である。電子抑制電極３５８と第２電極３５６はそれぞれ共軸に整列した開口部を中性超音速ガスジェット１１８の搬送のために有する。負にバイアスされた電子抑制装置はガススキマー開口部１２０と電子抑制電極３５８との間の領域に電界を提供する。
【００２１】
この電子抑制電極は、ガススキマー開口部内で放出された第２電子３６２を、ガススキマー開口部１２０または通電状態に接続された隣接領域に戻す軌道３６４に従わせる。また電子抑制装置は、ガススキマー開口部１２０とイオナイザー１２２との間の領域の超音速ガスジェット１１８内でそれらを加速させず、イオン化させない。延長チューブ３５２と電子抑制装置３６６は、ガススキマー開口部１２０とイオナイザー１２２との間の領域で放電やアークによるビームグリッチの減少に貢献する。図４で示す組み合わせで使用されているように、それらを独立に使用した貢献度の合計よりもさらに効果的である。その組み合わせによって、ビームグリッチングの原因であるスキマーとイオナイザーの放電を無視できる程度に減少させる。また、全ての原因によるグリッチ率を１時間あたり１回程度にして５００から１０００マイクロアンペア程度の安定したＧＣＩＢビーム電流の発生を可能にする。これは従来システムで得られる結果の１０倍から１００倍の改善である。以上、静電電子抑制装置３６６を説明したが、磁性電子抑制装置及び他の電子ゲートも同様に効果的であると予測される。
【００２２】
図５は図４で示す本発明の改良を含んだ産業規模の対象物処理のための完成ＧＣＩＢ処理装置５００の概略図である。
【００２３】
以上、本発明を種々な実施例を基にして解説したが、本発明の範囲内でそれらに様々な変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、静電スキャンビームを利用する従来のＧＣＩＢ処理装置の基本要素を示す概略図である。
【図２】図２は、対象物の機械的スキャニングを実行する静止ビームを利用し、ソースガスを混合させる従来のＧＣＩＢ処理装置の基本要素を示す概略図である。
【図３】図３は、図２で示す従来のＧＣＩＢ処理装置の一部のさらに詳細な概略図である。
【図４】図４は、図３に示すＧＣＩＢ処理装置の同一領域に本発明の改良を含んだ概略図である。
【図５】図５は、本発明のＧＣＩＢ処理装置の概略図であり、対象物の産業処理のために完成ＧＣＩＢ処理装置に改良を加えたものである。
【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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【国際調査報告】
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