ガスクラスタ・イオン・ビームを測定しかつ制御する方法とそのための装置
平均クラスタ・イオン速度ｖ、平均クラスタ・イオン質量ｍ、平均クラスタ・イオン・エネルギーＥ、平均クラスタ・イオン電荷状態ｑ、電荷当たりの平均クラスタ・イオン質量（ｍ／ｑ）ａｖｅｒａｇｅ及び電荷当たりの平均エネルギー（Ｅ／ｑ）ａｖｅｒａｇｅを含むクラスタ・イオン・ビーム（３０６）におけるクラスタの特性を測定／制御するための方法と装置（３００）が開示されている。測定値は、ガスクラスタ・イオン・ビーム照射によるワークピースの最適処理にとって極めて重要なガスクラスタ・イオン・ビームの特性を監視しかつ制御するためにガスクラスタ・イオン・ビームのプロセス・システムにおいて使用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してクラスタ・イオン・ビームの特性の測定及び制御に関し、より特定的にはガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均電荷状態、平均クラスタ・イオン質量及び／または平均クラスタ・イオン・エネルギーを測定しかつ／または制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面処理のためのクラスタ・イオン・ビームの使用は、技術上周知である（例えば本参照により開示に含まれるデグチ外の米国特許第５，８１４，１９４号参照）。本論の目的に添って、ガスクラスタは、標準温度及び標準気圧の条件下で気体である物質のナノサイズの集合体である。このようなガスクラスタは、典型的には千、二千乃至数千個に達する緩く結合されてクラスタを形成する分子の集合体で構成される。クラスタは、電子ボンバードメントまたは他の手段によってイオン化されることが可能であり、制御可能なエネルギーの配向されたビームへと形成されることが可能にされる。
【０００３】
このようなイオンは各々、典型的にはｑ・ｅの正電荷を帯びる（但し、ｅは電子電荷であり、ｑはクラスタ・イオンの電荷状態を表す１乃至５，６程度までの整数である）。クラスタ・イオン・ビーム内には、非イオン化クラスタも存在する可能性がある。より大きいサイズのクラスタ・イオンは、クラスタ・イオン当たりでかなりのエネルギーを運ぶその能力に起因して最も有効である場合が多いが、それでも分子単位ではそこそこのエネルギーしか保有しない。クラスタは衝撃で壊変され、個々の分子は各々、クラスタ・イオンの合計エネルギーの僅かな部分しか運ばない。その結果、大きなクラスタ・イオンの衝撃による影響は甚大であるが、極めて浅い表面領域に限定される。これはクラスタ・イオンを、従来のモノマー・イオン・ビーム・プロセシングに特徴的な表面下のより深い損傷をもたらす傾向のない、様々な表面改質プロセスにとって有効なものにする。
【０００４】
このようなガスクラスタ・イオン・ビーム（ＧＣＩＢ）を生成しかつ加速するための手段は、先に引用した引例（米国特許第５，８１４，１９４号）に説明されている。現時点で入手可能なクラスタ・イオン・ソースは、広範なサイズ分布Ｎを有するクラスタ・イオンを生成する（但し、Ｎは各クラスタ・イオン内の分子の数であり、本論を通じて、アルゴン等の単原子気体の場合、単原子気体の原子を分子と呼び、このような単原子気体のイオン化原子を分子イオンまたは単にモノマー・イオンと呼ぶ）。
【０００５】
多くの有益な表面処理効果は、ＧＣＩＢで表面を衝撃することにより達成されることが可能である。これらの処理効果には、クリーニング、スムージング、エッチング及び膜成長が含まれるが、必ずしもこれらに限定されない。表面の処理速度に影響するガスクラスタ・イオン・ビームの物理学を予測しかつ制御し、よってこれらの速度が最適化されることを可能にする改良された診断測定に対するニーズが存在する。ＧＣＩＢ表面の相互作用の基本は、表面を衝撃し、直接スパッタリングにより、及び／または溶融及び蒸着を介して物質を移動／射出させ、様々な深さ及び直径のナノスケールのクレータを生成する個々のクラスタ・イオンである。ＧＣＩＢクレータは、何十乃至何百オングストロームの規模である可能性があり、クラスタ・イオンの質量及び速度に依存する。ＧＣＩＢによって形成されるクレータの性質（延ては表面処理特性）は、クラスタ・イオンの質量及びその衝撃速度に依存する。
【０００６】
クラスタ・イオンの速度は、（本参照により開示に含まれる、例えばＪｅｒａｌｄ Ｐ．Ｄｙｋｓｔｒａの米国特許出願公報２００２−００３６２６１Ａ１及びＭａｃｋ外の２００２−００７０３６１Ａ１に教示されているような）飛行時間形の技術を使用して測定されることが可能である。また、イオンが主として個々に帯電されるようにイオン化条件を使用する場合、よってｑがほぼ１であることが周知であったとすれば、質量／電荷状態比（ｍ／ｑ）を検出する様々な磁気及び静電測定技術により、イオン化クラスタのモーメント、エネルギー及び質量を決定することができる。さらに、平均質量／電荷状態比、即ち〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅを測定するための技術が存在すること、または（本参照により開示に含まれる、例えばＴｏｒｔｉ外の米国特許出願公報２００１−００５４６８６Ａ１に教示されているような）従来技術が基礎とされ得ることは周知である。
【０００７】
多くの場合、ＧＣＩＢ処理において産業上実際的なスループットを達成するためには、約何百乃至何千マイクロアンペアものＧＣＩＢ電流を必要とすることが発見されている。最近は、ＧＣＩＢの強度及びイオン化を増大させるために、より高い追加的な電荷状態クラスタ（ｑ＞１）を生成することに努力が傾倒されている。イオン化が電子ボンバードメントによって実行される場合、イオン化はランダムな電子衝撃によって生成される。高い割合のイオン化対非イオン化クラスタを生成するためには、電子衝撃の確率は高くなければならず、結果的に生じる電荷状態分布はほぼポワソン統計学に準じ、電荷状態ｑの近似確率Ｐ（ｑ）は、
（式１）
で与えられる。但し、〈ｑ〉はイオナイザを出た後の平均イオン化クラスタの電荷状態である。従って、高イオン化分数を有するイオン化されたクラスタ・ビームは、幾重にも帯電されたビームともなる。
【０００８】
例えば理論上、クラスタの９５％がイオン化されているＧＣＩＢビームの平均クラスタ電荷状態は３になり、８％を超えるビームは電荷状態６及びそれ以上になる。しかしながら、このような高電荷クラスタは分断され、異なる電荷状態で分布する結果となる可能性がある。真空システムにおけるクラスタ・イオンと残留ガスとの相互作用もまた電荷交換反応及びクラスタ・イオンの断片化を引き起こす可能性があり、よって実際のビームでは、正確な電荷状態は容易に予測されない。高電荷状態クラスタの存在は、全てｍ／ｑまたはエネルギー／電荷状態比Ｅ／ｑの何れかを測定する磁気分析計、静電スペクトロメータ、ＲＦ四極質量スペクトロメータ、飛行時間形減速電位質量スペクトロメータ及び圧力計測定値等の現在の計装の使用によっては決定され得ない。
【０００９】
約１００００ＡＭＵ以下のイオン化クラスタｍ／ｑの場合、異なる電荷状態ファミリをｍ／ｑスペクトルに分解することが可能であるが、ｍ／ｑ状態を実際には分解または重ねることができないより大規模なクラスタ・イオンにとってこれが実際的でないことは留意されるべきである。電子スプレー技術によって生成される巨大超高電荷（ｑ＞１０００）分子に関しては、及び太陽風または静電加速された塵粒における高電荷原子に関しても、これらのパラメータは他の方法を使用して決定されている。これらの技術は、前者の場合には電荷状態が低すぎることから、また後者技術の場合にはクラスタ・イオンの衝突エネルギーがほぼ全て熱蒸着され、故に実際的な周知方法の使用では検出され得ないことから、ＧＣＩＢには適用不可である。従って、これらのクラスタ・イオンのｍ、ｑ及びＥを測定しかつ制御する改良された方法及び装置が必要とされる。
【００１０】
従って本発明の目的は、クラスタ・イオン・ビームの平均電荷状態〈ｑ〉を測定するための方法及び装置を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、ビーム内の高エネルギー、イオン化ラスタの平均質量〈ｍ〉及び／または平均エネルギー〈Ｅ〉を測定するための方法及び装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、ワークピースの改良されたＧＣＩＢ処理のためのＧＣＩＢ処理システムにおいてガスクラスタ・イオン・ビームの特性を測定しかつ制御するための改良された方法及び装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の上述の目的及びさらなる、及び他の目的及び優位点は、以下で説明する本発明の実施形態によって達成される。
【００１４】
第１の実施形態では、本発明は、クラスタ・イオン・ビームのサンプルに関する電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ、平均速度〈ｖ〉及び平均電荷状態〈ｑ〉の個々の測定値を包含する方法を提供する。電荷当たりの平均エネルギーは静電スペクトロメータを使用して測定され、速度は飛行時間を使用して測定される。平均電荷状態〈ｑ〉は測定され、イオン化クラスタ分布のｍ及びＥの平均値を決定するために他の測定値と組み合わせて使用される。平均電荷状態は、イオン・ビームの小さいサンプルに関して、高速粒子カウンタを使用して粒子（クラスタ）の流量Γを測定することにより、かつ好適にはファラデー・カップである電流センサを使用して電気ビーム電流Ｉを測定することにより計算される。（下記の式２による）粒子の流れに対する電流の割合は、クラスタの平均電荷状態〈ｑ〉の測定値をもたらす。平均電荷状態のこの測定値は、下記の式２、式３及び式５が示すように、〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅの静電スペクトロメータ測定値と組み合わされて平均クラスタ・イオン・エネルギーを決定し、かつ平均速度〈ｖ〉の飛行時間形測定値と組み合わされて平均質量〈ｍ〉を決定する。
【００１５】
第２の実施形態では、本発明は、クラスタ・イオン・ビームのサンプルに関するビームの電荷当たりの平均質量〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ、及び電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ及び平均電荷状態〈ｑ〉の測定を行う方法を提供する。電荷当たりの平均エネルギーは静電スペクトロメータを使用して測定され、電荷当たりの平均質量は圧力チャージ・センサを使用して測定される。平均電荷状態〈ｑ〉は測定され、イオン化クラスタ分布のｍ及びＥの平均値を決定するために他の測定値と組み合わせて使用される。第１の実施形態の場合と同様に、平均電荷状態は、イオン・ビームの小さいサンプルに関して、高速粒子カウンタを使用して粒子（クラスタ）の流量Γを測定することにより、かつ好適にはファラデー・カップである電流センサを使用して電気ビーム電流Ｉを測定することにより測定される。（式２による）粒子の流れに対する電流の割合は、クラスタの平均電荷状態〈ｑ〉の測定値をもたらす。平均電荷状態のこの測定値は、下記の式２、式３及び式４が示すように、〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅの静電スペクトロメータ測定値と組み合わされて平均クラスタ・イオン・エネルギーを決定し、かつ電荷当たりの平均質量〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ測定値と組み合わされて平均質量〈ｍ〉を決定する。
【００１６】
式２におけるα及びβは、各々電流及び粒子検出器の検出効率である。
（式２）
（式３）
（式４）
（式５）
本発明及び本発明の他の、及びさらなる目的をより良く理解するために、添付の図面及び詳細な説明を参照する。
【００１７】
図１は、ＧＣＩＢプロセッサ１００の典型的な構成の基本エレメントを略示したものであり、これは、真空容器１０２が３つの連絡するチャンバ、即ちソース・チャンバ１０４、イオン化／加速チャンバ１０６及びプロセス・チャンバ１０８に分割されると説明することができる。３つのチャンバは、真空ポンプ・システム１４６ａ、１４６ｂ及び１４６ｃによって各々適切な動作圧力まで空気を抜かれる。
【００１８】
ガス貯蔵シリンダ１１１に貯蔵された凝縮可能なソース・ガス１１２（例えばアルゴンまたはＮ2）は、ガスメータの栓１１３及びガス供給管１１４を介して圧力下で滞留チャンバ１１６へ入り、適正に成形されたノズル１１０を介して実質的により低い圧力である真空内へと噴出される。その結果、超音速ガスジェット１１８が生じる。ジェットの膨張の結果として生じる冷却は、ガスジェット１１８の一部を、各々が数個乃至数千個の結合の弱い原子または分子より成るクラスタに凝縮させる。ガス・スキマ開口１２０は、クラスタ・ジェットとクラスタ・ジェットに凝縮されていない気体分子とを部分的に分離し、このようなより高い圧力は好ましくないと思われる下流領域（例えば、イオナイザ１２２、高電圧電極１２６及びプロセス・チャンバ１０８）における圧力を最小限に抑える。凝縮可能なソース・ガス１１２として適切なものには、アルゴン、窒素、二酸化炭素、酸素及び他の気体が含まれるが、必ずしもこれらに限定されない。
【００１９】
ガスクラスタを含む超音速ガスジェット１１８が形成された後、クラスタはイオナイザ１２２においてイオン化される。イオナイザ１２２は典型的には、１つまたは複数の白熱フィラメント１２４から熱電子を生成しかつ上記電子がガスジェット１１８内のガスクラスタと衝突するように加速して方向づける電子衝撃イオナイザであり、ジェットはこのイオナイザ１２２を通過する。電子衝撃はクラスタから電子を噴出させ、これによりクラスタの一部は陽イオンを帯びるようになる。適切にバイアスされた高電圧電極セット１２６はイオナイザからクラスタ・イオンを抽出してビームを形成し、次にこれらを所望されるエネルギー（典型的には１ｋｅＶ乃至数十ｋｅＶ）まで加速しかつＧＣＩＢ軸１２９を有するＧＣＩＢ１２８を形成すべく集束させる。
【００２０】
フィラメント電源１３６は、イオナイザ・フィラメント１２４を加熱するためのフィラメント電圧Ｖfを供給する。陽極電源１３４は、フィラメント１２４から放射される熱電子を加速し、これらにガスジェット１１８を含むクラスタを照射させてイオンを生成させるための陽極電圧ＶAを供給する。抽出電源１３８は、高電圧電極をバイアスしてイオナイザ１２２のイオン化領域からイオンを抽出し、ＧＣＩＢ１２８を形成するための抽出電圧ＶEを供給する。加速器電源１４０は、高電圧電極をイオナイザ１２２に対してバイアスし、最終的にＶAcc電子ボルト（ｅＶ）に等しい合計ＧＣＩＢ加速エネルギーにするための加速電圧ＶAccを供給する。１つまたは複数のレンズ電源（１４２及び１４４が例示されている）は、高電圧電極を集束電圧（例えばＶＬ1及びＶＬ2）でバイアスしてＧＣＩＢ１２８を集束させるために供給されることが可能である。
【００２１】
ＧＣＩＢプロセスによって処理されるべき半導体ウェーハまたは他のワークピースである可能性のあるワークピース１５２は、ＧＣＩＢ１２８の経路内に配置されたワークピースホルダ１５０上に保持される。大部分のアプリケーションは、空間的に一様な結果を伴う大型ワークピースの処理を企図することから、走査システムはＧＣＩＢ１２８を広い領域に渡って一様に走査し、空間的に均一な結果を生成することが望ましい。２対の直交して方向づけられる静電走査プレート１３０及び１３２は、所望されるプロセス・エリアに渡ってラスタまたは他の走査パターンを生成するために使用されることが可能である。ビーム走査が実行されると、ＧＣＩＢ１２８は走査ＧＣＩＢ１４８に変換され、これがワークピース１５２の全表面を走査する。
【００２２】
図２は、機械的に走査されるワークピース１５２を伴う固定ビームを有し、かつビーム測定用の従来型のファラデー・カップ及び従来型の熱イオン中和物を有する先行技術による機械走査式のＧＣＩＢプロセス装置２００の基本エレメントを略示したものである。ＧＣＩＢの生成は図１に示したものに類似しているが、図２の機械的走査式ＧＣＩＢプロセス装置２００では、ＧＣＩＢ１２８は固定式であり（走査されない）、ワークピース１５２はＧＣＩＢ１２８を介して機械式に走査され、ＧＣＩＢ１２８の効果がワークピース１５２の表面に渡って分散される。Ｘ走査アクチュエータ２０２は、（用紙面内外への）Ｘ走査動作２０８の方向へワークピースホルダ１５０の線形動作を供給する。Ｙ走査アクチュエータ２０４は、典型的にはＸ走査動作２０８に直交するＹ走査動作２１０の方向へワークピースホルダ１５０の線形動作を供給する。Ｘ走査動作及びＹ走査動作の組合わせは、ワークピースホルダ１５０によって保持されるワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８を介してラスタのような走査動作で移動させ、ワークピース１５２の一様なプロセスのためのＧＣＩＢ１２８によるワークピース１５２の表面の一様な照射を生じさせる。
【００２３】
ワークピースホルダ１５０は、ＧＣＩＢ１２８がワークピース１５２の表面に対してあるビーム入射角２０６を有するように、ワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８のＧＣＩＢ軸１２９に対して角度をつけて配置する。ビーム入射角２０６は９０度または他の何らかの角度である可能性があるが、典型的には９０度であり、または９０度に極めて近い。Ｙ走査の間、ワークピースホルダ１５０によって保持されるワークピース１５２は、図示された位置から各々指示子１５２Ａ及び１５０Ａで表示された代替位置「Ａ」まで移動する。２つの位置間の移動において、ワークピース１５２はＧＣＩＢ１２８を介して走査され、かつ両極限位置においてはＧＣＩＢ１２８の経路から完全に外れて移動される（オーバースキャン）ことに留意されたい。
【００２４】
図２には明示されていないが、類似の走査及びオーバースキャンが（典型的には）直交するＸ走査動作２０８の方向（用紙面内外）でも実行される。合計ビーム電流センサ２１８は、ワークピースホルダ１５０がＧＣＩＢ１２８の経路を外れて走査されるとＧＣＩＢ１２８の合計ＧＣＩＢビーム電流ＩTのサンプルを傍受するように、ＧＣＩＢ１２８の経路内にワークピースホルダ１５０を超えて配置される。ビーム電流センサ２１８は、典型的にはビーム入口開口以外は閉止されたファラデー・カップまたはこれに類似するものであって、電気絶縁されたマウント２１２により真空容器１０２の壁に付着される。マイクロコンピュータ・ベースのコントローラである可能性のあるコントローラ２２０は電気ケーブル２１６を介してＸ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４を接続し、Ｘ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４を制御してワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８の内側または外側へ配置させ、かつＧＣＩＢ１２８によりワークピース１５２の一様なプロセスを達成させるべくワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８に対して一様に走査させる。
【００２５】
コントローラ２２０は、ビーム電流センサ２１８によって収集されるサンプリングされたビーム電流をリード２１４を経由して受信し、これによりＧＣＩＢを監視し、かつ予め決められた所望される線量が送られるとＧＣＩＢ１２８からワークピース１５２を除去することによりワークピース１５２によって受信されるＧＣＩＢ線量を制御する。
【００２６】
図３Ａ及び３Ｂは、本発明によるＧＣＩＢ１２８のビーム測定を行うためのＧＣＩＢ測定装置３００の第１の実施形態を略示したものである。図３Ａは、分析器の電圧がゼロである事例を描いたものであり、図３Ｂは分析器の電圧が非ゼロである事例を描いたものである。ＧＣＩＢ測定装置３００は、例えば図２に示すような走査されていないＧＣＩＢ１２８を有するＧＣＩＢプロセス装置２００（図２）の真空容器１０２（図２）内に位置決めされることが意図されている（任意選択として、サポート電子回路、電源及び制御装置のうちの幾つかまたは全てを除く）。ＧＣＩＢ測定装置３００は、ＧＣＩＢ減衰サブシステム、ＧＣＩＢ視準サブシステム、ＧＣＩＢ交換サブシステム、ＧＣＩＢエネルギー・スペクトル測定サブシステム、ＧＣＩＢ粒子フロー測定サブシステム、ＧＣＩＢ電流測定サブシステム、ＧＣＩＢ飛行時間形測定システム、測定対象であるガスクラスタ・イオン・ビームに対して様々なエレメントを再配置するための再配置アクチュエータ及び様々な電子、電力及び制御システムを備える。
【００２７】
図３Ａを参照すると、ＧＣＩＢ減衰サブシステムは、ビーム減衰器３０２と、関連のアクチュエータ及び制御装置とを備える。ビーム減衰器３０２は（例えば）小さい円形の減衰器開口３０３を有する金属板であり、ＧＣＩＢ１２８の減衰されたサンプル（減衰されたＧＣＩＢ３０６）はこの開口を介して通過されることが可能である。減衰器開口３０３は（例えば）小さい円形の開口である場合もあれば長方形のスリット開口である場合もあり、また円形開口のアレイである場合すらあり、絞りまたは調整可能なスリット等の調整可能な開口である可能性があることは認識される。ある好適な、非限定的実施形態では、減衰器開口３０３は１ミリメートルの直径を有する円形のナイフエッジ・ホールである。
【００２８】
ビーム減衰器３０２は分析器取付け及びアライメント・プレート３２４に堅固に取り付けられ、これにより電気的に接地されかつ放熱される。分析器取付け及びアライメント・プレート３２４は、ビーム減衰器３０２をＧＣＩＢ軸１２９に位置合わせされた減衰器開口３０３によりＧＣＩＢ１２８内へ挿入する、またはＧＣＩＢ減衰器サブシステムをＧＣＩＢ１２８から完全に取り外すための双方向性の動作（矢印３８０の方向）を供給すべく、機械的リンク機構３２６により機械的アクチュエータ３２８へ接続される。
【００２９】
引き続き図３Ａを参照すると、ＧＣＩＢ視準サブシステムはビーム減衰器３０２と、減衰器開口３０３と、コリメータ開口３０５を有するビーム・コリメータ３０４と、関連のアクチュエータ及び制御装置とを備える。ビーム減衰器３０２及びビーム・コリメータ３０４は分析器取付け及びアライメント・プレート３２４へ堅固に取り付けられ、これにより電気的に接地され、放熱されかつこれにより位置合わせされて保持される。減衰器開口３０３及びコリメータ開口３０５は、実質上ＧＣＩＢ軸１２９に平行に位置合わせされるように、分析器取付け及びアライメント・プレート３２４により位置合わせされて固定される。コリメータ開口３０５は（例えば）小さい円形の開口である場合もあれば長方形のスリット開口である場合もあり、また円形開口のアレイである場合すらあり、絞りまたは調整可能なスリット等の調整可能な開口である可能性があることは認識される。好適には、コリメータ開口は減衰器開口３０３と同じ形状（円形またはスリット）であり、かつ減衰器開口３０３とほぼ同じサイズであり、またはこれより小さい。従ってコリメータ開口は、減衰されたＧＣＩＢ３０６を視準しかつ減衰されたＧＣＩＢ３０６をさらに減衰させる働きをする。
【００３０】
ある好適な実施形態では、コリメータ開口３０５は２０乃至１６０マイクロメートルの範囲の直径を有する円形のナイフエッジ・ホールである。分析器取付け及びアライメント・プレート３２４は、ＧＣＩＢ視準サブシステムを共にＧＣＩＢ軸１２９に位置合わせされた減衰器開口３０３及びコリメータ開口３０５によりＧＣＩＢ１２８内へ挿入する、またはＧＣＩＢ視準サブシステムをＧＣＩＢ１２８から完全に取り外すための双方向性の動作（矢印３８０の方向）を供給すべく、機械的リンク機構３２６により機械的アクチュエータ３２８へ接続される。ＧＣＩＢ視準サブシステムが挿入されると、図３Ａに示すように、ビーム減衰器３０２及びビーム・コリメータ３０４は（各々）減衰されたＧＣＩＢ３０６及び減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７を送信する。従って、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７は、ＧＣＩＢ１２８のサンプルである。
【００３１】
引き続き図３Ａを参照すると、ＧＣＩＢ交換サブシステムはビーム減衰器３０２と、減衰器開口３０３と、コリメータ開口３０５を有するビーム・コリメータ３０４と、静電偏向板３９４と、関連のアクチュエータ、電源及び制御装置とを備える。ビーム減衰器３０２及びビーム・コリメータ３０４は分析器取付け及びアライメント・プレート３２４へ堅固に取り付けられ、これにより電気的に接地され、放熱されかつ位置合わせされて保持される。減衰器開口３０３及びコリメータ開口３０５は、実質上ＧＣＩＢ軸１２９に平行に位置合わせされるように、分析器取付け及びアライメント・プレート３２４により位置合わせされて固定される。
【００３２】
分析器取付け及びアライメント・プレート３２４は、ＧＣＩＢ視準サブシステムを共にＧＣＩＢ軸１２９に位置合わせされた減衰器開口３０３及びコリメータ開口３０５によりＧＣＩＢ１２８内へ挿入する、ＧＣＩＢ１２８の減衰されかつ視準されたサンプル（減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７）を送信する、またはＧＣＩＢ視準サブシステムをＧＣＩＢ１２８から完全に取り外すための双方向性の動作３８０を供給すべく、機械的リンク機構３２６により機械的アクチュエータ３２８へ接続される。静電偏向板３９４は、減衰されたＧＣＩＢ３０６に近接しかつ実質上これに平行してＧＣＩＢ３０６が通るビーム減衰器３０２及びビーム・コリメータ３０４間に位置決めされ、図示されていない電気絶縁手段により分析器取付け及びアライメント・プレート３２４へ堅固に固定される。
【００３３】
電気リード線３９６は、ビーム・ゲーティング・コントローラ３９８からのビーム・ゲート電位を静電偏向板３９４へ導くために、静電偏向板３９４をビーム・ゲーティング・コントローラ３９８へ接続する。ビーム・ゲーティング・コントローラ３９８は、減衰されたＧＣＩＢ３０６をビーム減衰器３０２とビーム・コリメータ３０４との間の範囲で制御可能式に偏向する、または偏向しない電気信号を供給する。ビーム・ゲーティング・コントローラ３９８は、静電偏向板３９４へ偏向信号を制御可能式に供給するために、より高位の制御システム（本図には示されていない）によって遠隔制御され得ることは認識される。減衰されたＧＣＩＢ３０６を偏向する、または偏向しないことにより、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７はゲートオフまたはゲート・オンされることが可能である。
【００３４】
従って、ＧＣＩＢ交換サブシステムがＧＣＩＢ１２８へ挿入されると、これは、後にさらに詳述するように飛行時間形のビーム測定のためのビーム・スイッチを形成することができる。
【００３５】
引き続き図３Ａを参照すると、ＧＣＩＢエネルギー・スペクトル測定サブシステム（エネルギー・スペクトロメータ）はビーム減衰器３０２と、減衰器開口３０３と、ビーム・コリメータ３０４と、コリメータ開口３０５と、接地された電極３１２と、エネルギー分析器電極３０８と、分析スリット３１８と、電流センサ３２２と、関連のアクチュエータ、電源及び制御装置とを備える。接地された電極３１２は３つの開口、即ち減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７を受け入れるための第１の接地された電極開口３１３と、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’の伝送を許容する第２の接地された電極開口３１４と、分析されたビームレット３１６（図３Ｂに示されている）を伝送するための第３の接地された電極開口３１５とを有する。
【００３６】
ビーム・エネルギー分析器は、接地された電極３１２と、エネルギー分析器電極３０８とを備える。接地された電極３１２及びエネルギー分析器電極３０８は、減衰されたＧＣＩＢ３０６の経路（従って、ＧＣＩＢ軸１２９）に対してある角度（好適には約４５度）を成して配置される。接地された電極３１２は分析器取付け及びアライメント・プレート３２４に堅固に固定され、これにより電気的に接地される。エネルギー分析器電極３０８は、図示されていない電気絶縁手段によって分析器取付け及びアライメント・プレート３２４に堅固に固定される。
【００３７】
電気リード線３３６は、分析器電圧ＶAnをエネルギー分析器電極３０８へ供給するために、エネルギー分析器電極３０８を分析器電源３８６へ接続する。分析器電源３８６は調整可能であり、かつ好適には本図には示されていないより高位のコントローラによる遠隔制御が可能である。分析電圧ＶAnは、ゼロからＧＣＩＢ１２８の加速に使用される最大加速電圧ＶAccにほぼ等しい電圧までの範囲で制御可能である。例えば、ＶAccの予測される最大値が２５ｋＶであれば、ＶAnはゼロから２５ｋＶの範囲で制御可能であるように選択されることが可能である。エネルギー分析器電極３０８は、電極を介して減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７の伝送を可能にするエネルギー分析器電極開口３１０を有する。エネルギー分析器電極開口３１０を介して伝送されると、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７の続きは減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’で示される。
【００３８】
エネルギー分析器電極開口３１０は、分析器取付け及びアライメント・プレート３２４によって減衰器開口３０３及びコリメータ開口３０５と固定式に位置合わせされて保持される。ＶAnがゼロのとき、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’は、減衰器開口３０３及びコリメータ開口３０５及び第１の接地された電極開口３１３及びエネルギー分析器電極開口３１０及び第２の接地された電極開口３１４を通って直進する。
【００３９】
図３Ｂを参照してＧＣＩＢエネルギー・スペクトル測定サブシステム（エネルギー・スペクトロメータ）の論議を続けると、ＶAnがゼロより大きいとき、エネルギー分析器電極３０８と接地された電極３１２との間には、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７が偏向されて分散されるように静電界勾配が存在し、クラスタ・イオンはそれらの関数Ｅ／ｑ（電荷当たりのエネルギー）として分散される。分析スリット３１８は電流センサ３２２のための受容開口を形成し、電流センサ３２２は好適には電子サプレッサ電極３２０を有するファラデー・カップである。
【００４０】
電気リード線３３０は、電流センサ３２２内の二次電子を抑制するためにサプレッサ電圧ＶS1をサプレッサ電極３２０へ供給すべくサプレッサ電極３２０をサプレッサ電源３８４に接続する。ＶS1は、好適には５００ボルトから１５００ボルトの範囲である。周知の原理により、ＶAnの異なる値は結果的に特定範囲のエネルギーのクラスタ・イオンを、第３の接地された電極開口３１５を通過しかつ電流センサ３２２による測定のために分析スリット３１８を通過する分析ビームレット３１６を形成するように、ＶAnに依存して偏向させることになる。分析ビームレット３１６におけるクラスタ・イオンのＥ／ｑの範囲とは異なるＥ／ｑを有するクラスタ・イオンは、分析ビームレット３１６より大きく、または少なく偏向され、分散されたビームレット３１７を形成する。分散されたビームレット３１７は分析スリット３１８を通過せず、電流センサ３２２によって測定されない。電流センサ３２２は、電流センサ３２２を電流測定システム３３４へ接続するための電気リード線３３２を有する。
【００４１】
静電エネルギー分光学の周知の原理に従って、ＶAnのその電圧範囲を介する調整を電流センサ３２２内の電流測定値に調和させることにより、ＧＣＩＢ１２８の減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７サンプルのエネルギー・スペクトル（クラスタ・イオン・エネルギーの関数としてのビーム電流形式、或いはビーム電流の関数としてのクラスタ・イオン・エネルギー形式のデータ）が測定され、Ｅ／ｑの平均値（式３の〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅに相当する）が計算される。
【００４２】
さらに、クラスタ・イオン・エネルギーに対しては、クラスタ・イオン・エネルギーの関数としてのビーム電流の測定値を積分することにより、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７における合計クラスタ・イオン電流Ｉを得ることができる。クラスタ・イオン電流Ｉのこのような測定値は、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７の平均電荷状態を計算するために流量Γと組み合わせて使用されることが可能である。
【００４３】
再度図３Ａを参照すると、ＧＣＩＢ粒子フロー測定サブシステムは、ビーム減衰器３０２と、減衰器開口３０３と、ビーム・コリメータ３０４と、コリメータ開口３０５と、エネルギー分析器電極開口３１０と、第４の接地された電極開口３４３を有する接地された電極３４２と、ダイノード３３８と、任意選択である電子レンズ・アッセンブリ３４４と、シンチレーション測定システムと、関連のアクチュエータ、電源及び制御装置とを備える。ＧＣＩＢ粒子フロー測定サブシステムは、ＧＣＩＢ１００のサンプルにおけるクラスタの流量Γを測定する。
【００４４】
ビーム減衰器３０２及びビーム・コリメータ３０４は分析器取付け及びアライメント・プレート３２４へ堅固に取り付けられ、これにより電気的に接地され、放熱されかつ位置合わせされて保持される。分析器電圧ＶAnは、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７がエネルギー分析器電極開口３１０を介して減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’として伝送されるようにゼロに設定される。第４の接地された電極開口を有する接地された電極３４２、ダイノード３３８、使用される場合は好適にはアインツェル・レンズである任意選択の電子レンズ・アッセンブリ３４４、シンチレータ３４８及び光電子増倍管（ＰＭＴ）３５０は全て、粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２へ堅固に取り付けられる。電子レンズ・アッセンブリが使用される場合、電気リード線３５８は、二次電子軌道３４６をシンチレータ３４８上へ集束させる集束電圧ＶL3を供給するために、電子レンズ・アッセンブリをレンズ電源３８８へ接続する。
【００４５】
粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２はこれに取り付けられるエレメントを支持しかつその位置合わせを維持し、これらのグループとしての位置決めを可能にする。粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２は、クラスタ・イオン流量測定のためにダイノード３４０を減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’へ挿入するための双方向性の動作（矢印３８２の方向）を供給すべく、機械的リンク機構３６２により機械的アクチュエータ３６０へ接続される。接地された電極３４２は粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２へ堅固に取り付けられ、これにより電気的に接地される。ダイノードは、図示されていない電気絶縁手段によって粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２へ堅固に取り付けられる。接地された電極３４２及びダイノードは共に、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’の経路（従って、ＧＣＩＢ軸１２９）に対してある角度（好適には約４５度）を成して配置される。
【００４６】
ダイノード３３８は導電体であって好適にはアルミニウムであり、ダイノード面３４０、好適には天然酸化アルミニウム薄膜を有する。電気リード線３６４は、ダイノード３３８へダイノード電圧ＶDyを供給するために、ダイノード３３８をダイノード電源３９０へ接続する。ダイノード電源３９０は、好適には、粒子検出が行われていないときはＶDyをゼロボルトに設定し、粒子検出が実行されているときはこれを好適には２０乃至４５ｋＶの範囲かつ典型的には３０ｋＶである一定の値に設定するように、より高位のコントローラによって遠隔制御が可能である。作動中、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’は接地された電極３４２内の第４の接地された電極開口３４３を通過する。ダイノード３３８と接地された電極３４２との間の電位勾配は、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’をダイノード３３８内へと加速する。加速されたクラスタ・イオンがダイノード面３４０に突き当たるにつれて、１つまたは複数の二次電子の放出が誘発される。
【００４７】
二次電子は、ダイノード３３８と接地された電極３４２との間の電場勾配により軌道３４６沿いにダイノード面３４０に対して実質上直角の方向へ加速され、電子レンズ・アッセンブリ３４４によりシンチレータ３４８上へ集束される。電子レンズ・アッセンブリ３４４は任意選択であるが、シンチレータにおける電子の検出を比較的小さいシンチレータの使用によって確実にする上で有用である。ダイノード面に到達する各クラスタ・イオンは１つまたは複数の二次電子のバーストを放出し、これはシンチレータ３４８により光子パルスに変換される。シンチレータ３４８は、技術上周知の従来型粒子検出シンチレータ（好適にはプラスチック・シンチレータ）である。
【００４８】
シンチレータ３４８は薄いアルミ蒸着マイラー・フィルムにより外部光源から遮蔽され、任意選択で高速ＰＭＴ３５０に結合される。電気ケーブル３５４は、ＰＭＴ３５０を従来型のＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６へ接続する。ＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６はさらに後述するように、ＰＭＴへ電源電位を供給しかつこれを制御し、パルスレート測定値を供給すべくＰＭＴ出力パルスを処理し、また飛行時間形測定の間の信号減退を測定するためにＰＭＴ出力信号の周期的サンプルを収集すべくＰＭＴ出力を処理する。ＰＭＴ３５０は、検出された各光子パルスに対応する、従ってダイノード面３４０に突き当たる各クラスタ・イオンに対応するパルス出力を生成する。ＰＭＴは、少なくとも１００ＭＨｚの光子パルスレートを計数する能力のあるものが市販されている。
【００４９】
ＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６は遠隔制御が可能であり、遠隔からの読取り用にそのパルスレート及びサンプリング測定値を出力することができる。ビーム減衰器開口３０３は、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’におけるクラスタ・イオン流量がＰＭＴ３５０によって正確に計数され得る流量であることを確実にするために、ＧＣＩＢ１２８の全体的な減衰を供給し得る直径を有するように予め選択される。ＧＣＩＢ１００の現時点での典型例の場合、この減衰定数は約１０-6乃至１０-7であり、これは直径約２０マイクロメートルの減衰器開口の使用により達成されることが可能である。減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’におけるクラスタ・イオン流量の測定値はΓで示され、式２におけるΓに相当する。
【００５０】
引き続き図３Ａを参照すると、本発明を実装するためのＧＣＩＢ電流測定サブシステムの第１の例は、接地された開口３７２と、二次電子サプレッサ３７４と、ビーム電流センサ３７６とを備える。開口３７２、二次電子サプレッサ及びビーム電流センサ３７６は、ＧＣＩＢ１２８のＧＣＩＢ軸１２９に位置合わせされる（従って、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’にも位置合わせされる）ように、堅固に取り付けられる（本図には示されていない）。ＧＣＩＢ１２８またはＧＣＩＢ１２８のサンプル（例えば減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’）は、仲介エレメントなしに電流センサ３７６によって収集され、測定される。電流センサ３７６は、好適にはファラデー・カップである。電気リード線３６６は、電流センサ３７６内の二次電子を抑制するために、サプレッサ電圧ＶS2を二次電子サプレッサ３７４へ供給すべく二次電子サプレッサ３７４をサプレッサ電源３９２へ接続する。ＶS2は、好適には５００乃至１５００ボルトの範囲である。電気リード線３６８は、電流測定のために電流センサ３７６を電流測定システム３７０へ接続する。
【００５１】
再度図３Ｂを参照すると、本発明を実装するためのＧＣＩＢ電流測定サブシステムの第２の好適な例は、エネルギー・スペクトル測定サブシステムの電流センサ３２２（好適にはファラデー・カップ）を使用して減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７のビーム電流Ｉを測定する。ＶAnがゼロより大きいとき、エネルギー分析器電極３０８と接地された電極３１２との間には電場勾配が存在して減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７は偏向されかつ分散され、クラスタ・イオンはそれらのＥ／ｑ（電荷当たりのエネルギー）の関数として分散される。分析スリット３１８は電流センサ３２２のための受容開口を形成し、電流センサ３２２は好適には電子サプレッサ電極３２０を有するファラデー・カップである。
【００５２】
電気リード線３３０は、電流センサ３２２内の二次電子を抑制するためのサプレッサ電極３２０へサプレッサ電圧ＶＳ1を供給すべくサプレッサ電極３２０をサプレッサ電源３８４へ接続する。ＶS1は、好適には５００ボルト乃至１５００ボルトの範囲である。ＶAnのその電圧範囲を介する調整を電流センサ３２２内の電流測定値に調和させることにより、ＧＣＩＢ１２８の減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７サンプルのエネルギー・スペクトル（クラスタ・イオン・エネルギーの関数としてのビーム電流形式が測定され、かつクラスタ・イオン・エネルギーに対しては、クラスタ・イオン・エネルギーの関数としてのビーム電流の測定値を積分することにより、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７におけるクラスタ・イオン電流Ｉを得ることができる。
【００５３】
Γは、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７における対応するクラスタ・イオン流量測定値である。収集効率α及びβは従来の校正技術によって決定され、よって〈ｑ〉は式２に従って計算される。電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅもまた、先に説明したように測定され、従って、〈Ｅ〉は式３に従って計算される。減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’はＧＣＩＢ１２８のサンプルであることから、〈ｑ〉及び〈Ｅ〉の計算値はＧＣＩＢ１２８のそれらに相当する。
【００５４】
図４は、第１の例の電ＧＣＩＢ流測定サブシステムを使用してサンプル・ビームの電流測定を行うように構成されたＧＣＩＢ測定装置の第１の実施形態４００の略図である。機械的アクチュエータ３６０は、粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２をＧＣＩＢ１２８のサンプルである減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’の経路から外している。（図４に示すように）ＧＣＩＢ減衰及び視準サブシステムがＧＣＩＢ１２８内へ挿入されかつ粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２が減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’の経路から外されるように分析器取付け及びアライメント・プレート３２４が位置決めされると、ＧＣＩＢ１２８のサンプルである減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’は、測定用の電流センサ３７６により、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’における電流である式２のサンプル・ビーム電流値Ｉとして収集され、Γは減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’における対応するクラスタ・イオン流量の測定値となる。収集効率α及びβは従来の校正技術によって決定され、よって〈ｑ〉は式２に従って計算される。電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅもまた先に説明したように測定され、従って〈Ｅ〉は式３に従って計算される。減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’はＧＣＩＢ１２８のサンプルであることから、〈ｑ〉及び〈Ｅ〉の計算値はＧＣＩＢ１２８のそれらに相当する。
【００５５】
図５は、ビーム・サンプルの飛行時間形測定を行うためにＧＣＩＢ１２８のサンプルをゲーティングするように構成された、本発明によるＧＣＩＢ測定装置の第１の実施形態４１０の略図である。分析器取付け及びアライメント・プレート３２４と粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２とは共に、（図３に示したように）ＧＣＩＢ減衰及び視準サブシステムがＧＣＩＢ１２８内へ挿入されかつ粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２が減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’の経路内にあるように位置決めされる。飛行時間形測定は図３Ａに示したビーム条件で開始されることによって行われ、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’はダイノード３３８に突き当たり、ＰＭＴ３５０によって検出される。
【００５６】
再度図５を参照すると、ビーム・ゲーティング・コントローラ３９８は電気信号を供給し、減衰されたＧＣＩＢ３０６をビーム減衰器３０２とビーム・コリメータ３０４の間の領域で制御可能式に偏向する。その結果、減衰されたＧＣＩＢ３０６（図３Ａ）は減衰されかつ偏向されたＧＣＩＢ４１２（図５）として偏向されることになる。偏向は結果的に先に（図３Ａが示したように）減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７−３０７’の急激なゲート・オフをもたらし、これにより、ＰＭＴ３５０における信号の減退が（減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７−３０７’に様々なエネルギーを有する成分クラスタの飛行時間によって）遅延される。電気ケーブル３５４は、ＰＭＴ３５０を、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７−３０７’のゲーライング・オフ後に発生するＰＭＴ３５０における遅延された減退信号を測定するためのＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６へ接続する。
【００５７】
飛行時間形分析制御システム４１４は、各々電気ケーブル４１６及び４１８によりビーム・ゲート・コントローラ３９８及びＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６の双方へ制御可能式に接続される。飛行時間形分析制御システム４１４はまた、電気ケーブル４１８を介してＰＭＴ３５０における遅延された減退信号に関する測定情報を受信する。クラスタ・イオンの飛行時間を測定するためのプロセスは先の図３Ａが示すように構成されるＧＣＩＢ測定装置３００で開始され、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’がビーム電流センサ３７６によって収集される。飛行時間形分析制御システム４１４はＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６へ制御信号を送り、これにＰＭＴ３５０で検出された周期的な信号サンプルを収集させかつ送信させる。
【００５８】
時間Ｔ０において、飛行時間形分析制御システム４１４はビーム・ゲーティング・コントローラ３９８へ制御信号を送り、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’に図５が示すようにゲートオフされるように命令する。結果的に生じるビームＰＭＴ３５０における信号の減退は周期的にサンプリングされ、ＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６により飛行時間形分析制御システム４１４へ送られる。ＰＭＴ３５０における信号減退の速度及びタイミングは、例えばＤｙｋｓｔｒａの米国特許出願公報２００２−００３６２６１Ａ１及びＭａｃｋ外の２００２−００７０３６１Ａ１に教示されているような原理に従って、ビーム・ゲーティング・コントローラ３９８によりビーム・ゲーティングの時間Ｔ0に関連して分析される。Ｄｙｋｓｔｒａの米国特許出願公報２００２−００３６２６１Ａ１及びＭａｃｋ外の２００２−００７０３６１Ａ１は、本参照により開示に含まれる。
【００５９】
従って、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７−３０７’の飛行時間形分布が測定される。従来の平均化技術により、飛行時間形分布から平均飛行時間が計算され、平均速度〈ｖ〉は平均飛行時間の逆数である。平均速度〈ｖ〉のこの計算値は、式５の値〈ｖ〉である。〈ｖ〉のこの値と式３によって計算される〈Ｅ〉の値を組み合わせて、次は式５により平均質量〈ｍ〉が計算される。従って、本発明の第１の実施形態の方法及び装置により、ビーム・サンプルの、従ってＧＣＩＢ１２８の平均質量〈ｍ〉、平均速度〈ｖ〉、平均エネルギー〈Ｅ〉、平均電荷状態〈ｑ〉及び電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅが決定される。飛行時間形分析制御システム４１４は、任意選択としてより高位の、またはより一般的な制御システム、マイクロコンピュータ・システムまたはＧＣＩＢプロセス・システムの全体的な制御システムの一部である可能性のある他の汎用コンピュータ・システムの一部として実装される可能性もあることは認識される。
【００６０】
図６は、本発明によるＧＣＩＢ測定装置の第１の実施形態４２０の略図であるが、測定の改良点はＧＣＩＢ１２８全体の電流測定を可能にするためにビーム経路から外されている。分析器取付け及びアライメント・プレート３２４は、それが支持するサブシステムがＧＣＩＢ１２８から完全に外れるように位置決めされ、粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２もまた、それが支持するサブシステムがＧＣＩＢ１２８から完全に外れるように位置決めされる。ＧＣＩＢ１２８は中断されることなく電流センサ３７６へと進み、ここで測定のために収集される。これは、ワークピースの処理線量測定を目的とするＧＣＩＢ１２８の合計ビーム電流ＩTの測定を可能にする。
【００６１】
図７は、ＧＣＩＢ１２８に対して本発明のビーム測定を行うためのＧＣＩＢ測定装置の第２の実施形態４３０の略図である。本第２の実施形態では、本方法は飛行時間形測定を含まず、代わりにクラスタ・イオン・ビームのサンプルに対してビームの電荷当たりの平均質量〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ、電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ及び平均電荷状態〈ｑ〉の測定を行う。電荷当たりの平均エネルギー及び平均電荷状態は同じ方法で、かつ第１の実施形態で使用された、先に述べたものと同じ装置で測定される。電荷当たりの平均質量は、周知技術による圧力−電荷センサを使用して測定される。この測定装置は先に述べた第１の実施形態の装置に類似するものであるが、飛行時間形測定は不要であることから、先に述べたＧＣＩＢ交換サブシステムの静電偏向板３９４、電気リード線３９６及びビーム・ゲーティング・コントローラ３９８は不要である。
【００６２】
同様に、先に述べた別個の二次電子サプレッサ３７４、ビーム電流センサ３７６、電気リード線３６８及び電流測定システム３７０も不要である。ビーム電流及び電荷当たりの平均質量の測定は、これから説明する装置及び方法を使用して実行される。（ｍ／ｑ）センサ４３２は、二次電子サプレッサ４３６を有する有孔ファラデー・カップ４３４と、圧力センサ４４２とを備える。接地された開口３７２及び（ｍ／ｑ）センサ４３２は、ＧＣＩＢ１２８のＧＣＩＢ軸１２９と位置合わせされるように堅固に取り付けられる（本図には示されていない）。有孔ファラデー・カップ４３４は、仲介エレメントなしに電流を測定するためのＧＣＩＢ１２８を収集する。ＧＣＩＢ１２８内のガスクラスタ・イオンは、有孔ファラデー・カップ４３４に衝突して完全に解離され、逃げる際に（ｍ／ｑ）センサ４３２内の圧力を上げる。圧力センサ４４２は解離されたガスクラスタ・イオンに起因する圧力の上昇を測定し、かつセンサの温度を測定する。
【００６３】
電気リード線３６６は、有孔ファラデー・カップ４３４内の二次電子を抑制すべくサプレッサ電圧ＶS2を二次電子サプレッサ４３６へ供給するために、二次電子サプレッサ４３６をサプレッサ電源３９２へ接続する。ＶS2は、好適には５００乃至１５００ボルトの範囲である。電気リード線４４８は、電流を測定するために、有孔ファラデー・カップを従来型の電流測定システム４４６へ接続する。電気ケーブル４３８は、圧力及び温度信号及びセンサ電力を伝送するために、圧力センサ４４２を（ｍ／ｑ）測定システム４４０へ接続する。電気リード線４４４は、電流測定システム４４６から（ｍ／ｑ）測定システム４４０へ電流測定信号を伝送する。電流測定システム４４６及び（ｍ／ｑ）測定システム４４０は共に遠隔制御が可能であり、データ信号を本図には示されていないより高位のコントローラへ供給することができる。（ｍ／ｑ）センサ４３２、電流測定システム４４６及び（ｍ／ｑ）測定システム４４０は、例えばＴｏｒｔｉ外の米国特許出願公報２００１−００５４６８６Ａ１に教示されている原理に従って動作する。Ｔｏｒｔｉ外の米国特許出願公報２００１−００５４６８６Ａ１は、本参照により開示に含まれる。Ｔｏｒｔｉ外の２００１−００５４６８６Ａ１の式１０は、クラスタ当たりの平均分子数〈Ｎ〉の測定について記述している。
【００６４】
こうして取得される〈Ｎ〉に４０（アルゴンの原子量）及び原子質量単位ｋｇの値を乗算すれば、ＧＣＩＢ１２８におけるクラスタの電荷当たりの平均質量〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅが得られる。電荷当たりの平均質量のこの値が、式４に必要な〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅである。電流測定システム４４６からのＧＣＩＢ１２８の電流測定値はＧＣＩＢ１２８の合計ビーム電流ＩTであり、ＧＣＩＢ処理線量測定に使用される。電荷当たりの平均質量のこの値を、先に述べた本発明の第１の実施形態の方法及び装置によって取得されるΓ、Ｉ及び電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅの測定値と組み合わせることにより、かつ式２、式３及び式４を適用すれば、本発明の第２の実施形態によりＧＣＩＢ１２８の平均質量〈ｍ〉、平均電荷状態〈ｑ〉及び平均エネルギー〈Ｅ〉が決定される。
【００６５】
図８は、本発明によるＧＣＩＢ測定装置の第１の実施形態４５０の略図であるが、測定の改良点は、ＧＣＩＢ１２８全体を使用するＧＣＩＢ照射によるワークピースの処理を可能にするためにビーム経路から外されている。分析器取付け及びアライメント・プレート３２４は、それが支持するサブシステムがＧＣＩＢ１２８から完全に外れるように位置決めされ、粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２もまた、それが支持するサブシステムがＧＣＩＢ１２８から、及びワークピース１５２を伴う機械走査用ワークピースホルダ１５０の走査経路から完全に外れるように位置決めされる。ＧＣＩＢ１２８は中断されることなくワークピース１５２へと進み、ここでワークピース１５２をＧＣＩＢ処理するためにワークピースを照射する。ワークピースホルダ１５０及びワークピース１５２は、機械的走査式ＧＣＩＢプロセス装置２００に関する論議において先により詳細に説明したものと等価の装置及び方法（先の図２に関する論議参照）を使用して、Ｘ走査及びＹ走査動作２０８及び２１０によりＧＣＩＢ１２８を介して走査される。
【００６６】
図９は、本発明の第１の好適な実施形態による改良されたＧＣＩＢ測定及びプロセス装置５００を示す略図である。ＧＣＩＢ測定及びプロセス装置５００は先行技術である機械的走査式ＧＣＩＢプロセス装置２００に類似しているが、本発明の第１の実施形態を実装するためのＧＣＩＢ測定、監視及び制御改良点を有する。先行技術プロセス・システムのガスメータの栓１１３は、電子制御が可能なガスメータの栓５１２に代わっている。先行技術システムのビーム電流センサ２１８とその電気リード線２１４は、先に説明したＧＣＩＢ測定装置３００の開口３７２、二次電子サプレッサ３７４、ビーム電流センサ３７６及び電気リード線３６８に代わっている。先行技術システムのコントローラ２２０は、先に述べたコントローラ２２０及び飛行時間形分析制御システム４１４の全ての機能性を含む、但しこれらに限定されない改良されたケイパビリティ及び機能を有するデジタル・プロセス及び制御システム５１０に代わっている。
【００６７】
デジタル・プロセス及び制御システム５１０はまた、分析器電源３８６を制御し、電流測定システム３３４から信号を受信し、ＶAnの調整をビーム・エネルギー・スペクトル測定を実行すべく電流センサ３２２からの電流信号測定値に、かつＧＣＩＢ１２８のサンプルである減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７の、クラスタ・イオン・エネルギーの関数としてのビーム電流形式の、或いはビーム電流の関数としてのクラスタ・イオン・エネルギー形式のデータに調和させ、かつ減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７におけるクラスタ・イオン電流Ｉを決定すべくクラスタ・イオン・エネルギーに関してビーム電流の測定値をクラスタ・イオン・エネルギーの関数として積分するケイパビリティを含む。
【００６８】
デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、例えばＧＣＩＢプロセス・システムの一般制御のための小型汎用コンピュータであることが可能である。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、他のデバイス及び／またはサブシステムと通信しかつこれらを制御するための制御バス５０４を有する。陽極電源１３４、フィラメント電源１３６及び加速器電源１４０は各々遠隔制御ケイパビリティを装備し、デジタル・プロセス及び制御システム５１０による制御バス５０４を介する制御のためにデジタル・プロセス及び制御システム５１０へ制御可能式に接続される。電子制御が可能なガスメータの栓５１２もまた、デジタル・プロセス及び制御システム５１０による制御バス５０４を介する制御のためにデジタル・プロセス及び制御システム５１０へ制御可能式に接続される。電気リード線５０８は、電流センサ３２２からの電流測定信号を伝送するために、電流測定システム３３４をデジタル・プロセス及び制御システム５１０へ接続する。
【００６９】
改良型ＧＣＩＢ測定及びプロセス装置５００はさらに、先に述べたＧＣＩＢ測定装置３００のエレメントを全て組み込んでいる。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、少なくとも下記のデバイス、即ちＶS1をオンまたはオフ切換するためのサプレッサ電源３８４と、ビーム・ゲーティング・コマンドを送るためのビーム・ゲーティング・コントローラ３９８と、分析器取付け及びアライメント・プレート３２４及び粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２のＧＣＩＢ軸１２９に対する位置決めを命令するための機械的アクチュエータ３２８及び３６０と、ＶAを制御するための陽極電源１３４と、ＶFを制御するためのフィラメント電源１３６と、ＶAccを制御するための加速器電源１４０と、ノズル１１０を介するソース・ガス１１２の流れ及び／または滞留チャンバ１１６におけるソース・ガスの圧力を制御するための電子制御が可能なガスメータの栓５１２と、ＶAnを制御するための分析器電源３８６と、任意選択として、包含されていればＶL3を制御するためのレンズ電源３８８と、ＶDyを制御するためのダイノード電源３９０と、ＶS2をオンまたはオフ切換するためのサプレッサ電源３９２と、ＰＭＴ３５０への供給電圧を制御するためと、ＰＭＴ３５０によるパルスの検出及び信号サンプリングを有効化または無効化するためと、電気リード線５０６を介するＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６から５１０へのパルス・カウント（Γ測定値）情報の伝送を制御するためのＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６と通信しかつ（制御バス５０４を介して）これらを制御する。
【００７０】
デジタル・プロセス及び制御システム５１０は電気ケーブル２１６を介してＸ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４に制御可能式に接続し、Ｘ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４を、ワークピース１５２をＧＣＩＢ軸１２９の経路の内外へ配置するように制御しかつワークピースホルダ１５０を図９に示すような、それが粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２上に取り付けられるコンポーネントの機能に衝突もせず妨害もしない場所まで外すことができる。分析器取付け及びアライメント・プレート３２４、粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２及びワークピースホルダ１５０が図９に示すように位置決めされると、〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ及びΓはデジタル・プロセス及び制御システム５１０により先に述べた方法に従って測定される。デジタル・プロセス及び制御システム５１０が粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２のＧＣＩＢ軸１２９からの後退を命令すると、図４に示す構成が得られ、先に述べた方法に従ってビーム電流値Ｉが測定される。図４及び５に示す構成を使用して、デジタル・プロセス及び制御システム５１０はビーム・ゲーティング・コントローラ３９８にビームをゲートオフするように命令し、先に述べた方法の時間により平均速度〈ｖ〉を測定する。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、式２により〈ｑ〉を計算し、式３により〈Ｅ〉を計算しかつ式５により〈ｍ〉を計算する。
【００７１】
図１０は、ワークピースの処理を可能にするためにビーム測定装置がビームから外されている、本発明の第１の好適な実施形態による改良されたＧＣＩＢ測定及びプロセス装置５５０を示す略図である。図が示すように、分析器取付け及びアライメント・プレート３２４及び粒子検出器取付け及びアライメント・プレートは共に、デジタル・プロセス及び制御システム５１０のコマンドによりＧＣＩＢ１２８の経路から後退されている。半導体ウェーハである可能性のあるワークピース１５２は、ワークピースホルダ１５０により保持される。ワークピースホルダは、ワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８の経路の内外へ配置しかつＧＣＩＢ１２８によるワークピース１５２の一様な処理を達成すべくワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８に対して一様に走査するように、デジタル・プロセス及び制御システム５１０の制御下でＸ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４によって操縦される。
【００７２】
コントローラ５１０は、ビーム電流センサ３７６によって収集されるサンプリングされたビーム電流をリード線３６８及び電流測定システム３７０を経由して受信し、これによりＧＣＩＢ１２８を監視しかつ予め決められた所望の線量が送られていればＧＣＩＢ１２８からワークピース１５２を外すことによりワークピース１５２が受け入れるＧＣＩＢ線量を制御する。ＧＣＩＢによるワークピース処理の開始に先立って、〈Ｅ〉、ＩT、〈ｍ〉及び〈ｑ〉の何れか、または全てについて所望される目標値または限界値が選定され、デジタル・プロセス及び制御システム５１０内に格納される。目標値または限界値が格納されるＧＣＩＢパラメータについて、デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、ＧＣＩＢ１２８に対し先に述べたようなＧＣＩＢパラメータを測定する。格納されている限界または目標に適合しないとして測定されるＧＣＩＢパラメータは何れも、デジタル・プロセス及び制御システム５１０の制御下で調整される。
【００７３】
〈Ｅ〉は、例えばＶAccを調整することによって調整される。ＩTは、例えば電子制御が可能なガスメータの栓５１２を調整することにより、かつ／またはＶAを調整することにより、かつ／またはＶFを調整することにより調整される。〈ｍ〉は、例えば電子制御が可能なガスメータの栓５１２を調整することにより調整される。〈ｑ〉は、例えばＶA及び／またはＶFを調整することにより調整される。所望される目標値または限界値が格納されているＧＣＩＢパラメータが自動調整により全て取得されていれば、デジタル・プロセス及び制御システム５１０はワークピース１５２の処理に進む。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、各ワークピースの処理に先行して、所望される目標値または限界値が格納されているＧＣＩＢパラメータを監視しかつ必要であればこれを調整する。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、システム調整により格納されたビームの目標値または限界値を達成することができなければ処理を中断してオペレータに（図示されていないディスプレイ手段を介して）信号を送り、こうして１つまたは複数のワークピースの誤った処理を回避する。
【００７４】
図１１は、本発明の第２の好適な実施形態による改良型ＧＣＩＢ測定及びプロセス装置６００を示す略図である。ＧＣＩＢ測定及びプロセス装置６００は先行技術による機械的走査式ＧＣＩＢプロセス装置２００に類似するものであるが、本発明の第２の実施形態を実装するためのＧＣＩＢ測定、監視及び制御改良点を有する。先行技術のプロセス・システムのガスメータの栓１１３は、電子制御が可能なガスメータの栓５１２に代わっている。先行技術システムのビーム電流センサ２１８とその電気リード線２１４は、開口３７２、（ｍ／ｑ）センサ４３２及び電気リード線４４８に代わっている。先行技術システムのコントローラ２２０は、先に述べたコントローラ２２０の全ての機能性を含む、但しこれらに限定されない改良されたケイパビリティ及び機能を有するデジタル・プロセス及び制御システム５１０に代わっている。
【００７５】
デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、例えばＧＣＩＢプロセス・システムの一般制御のための小型汎用コンピュータであることが可能である。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、他のデバイス及び／またはサブシステムと通信しかつこれらを制御するための制御バス５０４を有する。陽極電源１３４、フィラメント電源１３６及び加速器電源１４０は各々遠隔制御ケイパビリティを装備し、デジタル・プロセス及び制御システム５１０による制御バス５０４を介する制御のためにデジタル・プロセス及び制御システム５１０へ制御可能式に接続される。電子制御が可能なガスメータの栓５１２もまた、デジタル・プロセス及び制御システム５１０による制御バス５０４を介する制御のためにデジタル・プロセス及び制御システム５１０へ制御可能式に接続される。改良型ＧＣＩＢ測定及びプロセス装置５００はさらに、先に述べたＧＣＩＢ測定装置３００のエレメントを全て組み込んでいるが、先に述べたＧＣＩＢ交換サブシステムの静電偏向板３９４、電気リード線３９６及びビーム・ゲーティング・コントローラ３９８は使用されない。
【００７６】
同じく、先に述べた別個の二次電子サプレッサ３７４、ビーム電流センサ３７６、電気リード線３６８及び電流測定システム３７０も使用されない。（ｍ／ｑ）センサ４３２は、二次電子サプレッサ４３６を有する有孔ファラデー・カップ４３４と、圧力センサ４４２とを備える。電気リード線４４８は、電流を測定するために、有孔ファラデー・カップを従来型の電流測定システム４４６へ接続する。電気ケーブル４３８は、圧力及び温度信号及びセンサ電力を伝送するために、圧力センサ４４２を（ｍ／ｑ）測定システム４４０へ接続する。電気リード線４４４は、電流測定システム４４６から（ｍ／ｑ）測定システム４４０へ電流測定信号を伝送する。電流測定システム４４６及び（ｍ／ｑ）測定システム４４０は共に遠隔制御が可能であり、データ信号をデジタル・プロセス及び制御システム５１０へ供給することができる。
【００７７】
デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、少なくとも下記のデバイス、即ちＶS1をオンまたはオフ切換するためのサプレッサ電源３８４と、分析器取付け及びアライメント・プレート３２４及び粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２のＧＣＩＢ軸１２９に対する位置決めを命令するための機械的アクチュエータ３２８及び３６０と、ＶAを制御するための陽極電源１３４と、ＶFを制御するためのフィラメント電源１３６と、ＶAccを制御するための加速器電源１４０と、ノズル１１０を介するソース・ガス１１２の流れ及び／または滞留チャンバ１１６におけるソース・ガスの圧力を制御するための電子制御が可能なガスメータの栓５１２と、ＶAnを制御するための分析器電源３８６と、任意選択として、包含されていればＶL3を制御するためのレンズ電源３８８と、ＶDyを制御するためのダイノード電源３９０と、ＶS2をオンまたはオフ切換するためのサプレッサ電源３９２と、圧力センサの電力を制御するためと（ｍ／ｑ）の測定及び送信を命令するための（ｍ／ｑ）測定システム４４０と、ＰＭＴ３５０への供給電圧を制御するためと、ＰＭＴ３５０によるパルスの検出を有効化または無効化するためと、電気リード線５０６を介するＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６から５１０へのパルス・カウント（Γ測定値）情報の伝送を制御するためのＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６と通信しかつ（制御バス５０４を介して）これらを制御する。電流測定システム４４６は、合計ビーム電流ＩTの測定信号を電気リード線４４４を介して（ｍ／ｑ）測定システム４４０へ供給し、また電気リード線６０４を介してデジタル・プロセス及び制御システム５１０へも供給する。（ｍ／ｑ）測定システム４４０は、（ｍ／ｑ）測定信号を電気リード線６０２を介してデジタル・プロセス及び制御システム５１０へ供給する。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は電気ケーブル２１６を介してＸ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４に制御可能式に接続し、Ｘ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４を、ワークピース１５２をＧＣＩＢ軸１２９の経路の内外へ配置するように制御しかつワークピースホルダ１５０を図が示すような、ＧＣＩＢ１２８の合計ビーム電流ＩTの測定を容易にする、または他のＧＣＩＢパラメータの測定を容易にする場所まで外すことができる。
【００７８】
デジタル・プロセス及び制御システム５１０が分析器取付け及びアライメント・プレート３２４、粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２及びワークピースホルダ１５０に図９に類似する位置へ位置決めするように命令すると、〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ及びΓがデジタル・プロセス及び制御システム５１０により先に述べた方法に従って測定される。デジタル・プロセス及び制御システム５１０が分析器取付け及びアライメント・プレート３２４、粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２及びワークピースホルダ１５０に図１１に示すように位置決めすべく命令すると、先に述べた方法に従ってＩT及び（ｍ／ｑ）が測定される。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、式２により〈ｑ〉を計算し、式３により〈Ｅ〉を計算しかつ式４により〈ｍ〉を計算する。
【００７９】
図１１が示すように、分析器取付け及びアライメント・プレート３２４及び粒子検出器取付け及びアライメント・プレートは共に、ＧＣＩＢ照射によってワークピースを処理するために、デジタル・プロセス及び制御システム５１０のコマンドによりＧＣＩＢ１２８の経路から後退されている。半導体ウェーハである可能性のあるワークピース１５２は、ワークピースホルダ１５０により保持される。ワークピースホルダは、ワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８の経路の内外へ配置しかつＧＣＩＢ１２８によるワークピース１５２の一様な処理を達成すべくワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８に対して一様に走査するように、デジタル・プロセス及び制御システム５１０の制御下でＸ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４によって操縦される。
【００８０】
コントローラ５１０は、有孔ファラデー・カップ４３４によって収集されるサンプリングされたビーム電流をリード線４４８及び電流測定システム４４６及び電気リード線６０４を経由して受信し、これによりＧＣＩＢ１２８の合計ビーム電流ＩTを監視しかつ予め決められた所望の線量が送られていればＧＣＩＢ１２８からワークピース１５２を外すことによりワークピース１５２が受け入れるＧＣＩＢ線量を制御する。
【００８１】
ＧＣＩＢによるワークピース処理の開始に先立って、〈Ｅ〉、ＩT、〈ｍ〉及び〈ｑ〉の何れか、または全てについて所望される目標値または限界値が選定され、デジタル・プロセス及び制御システム５１０内に格納される。目標値または限界値が格納されているＧＣＩＢパラメータについて、デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、ＧＣＩＢ１２８に対し先に述べたようなＧＣＩＢパラメータを測定する。格納されている限界または目標に適合しないとして測定されるＧＣＩＢパラメータは何れも、デジタル・プロセス及び制御システム５１０の制御下で調整される。〈Ｅ〉は、例えばＶAccを調整することによって調整される。ＩTは、例えば電子制御が可能なガスメータの栓５１２を調整することにより、かつ／またはＶAを調整することにより、かつ／またはＶFを調整することにより調整される。
〈ｍ〉は、例えば電子制御が可能なガスメータの栓５１２を調整することにより調整される。〈ｑ〉は、例えばＶA及び／またはＶFを調整することによって調整される。所望される目標値または限界値が格納されているＧＣＩＢパラメータが自動調整により全て取得されていれば、デジタル・プロセス及び制御システム５１０はワークピース１５２の処理に進む。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、各ワークピースの処理に先行して、所望される目標値または限界値が格納されているＧＣＩＢパラメータを監視しかつ必要であればこれを調整する。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、システム調整により格納されたビームの目標値または限界値を達成することができなければ処理を中断してオペレータに（図示されていないディスプレイ手段を介して）信号を送り、こうして１つまたは複数のワークピースの誤った処理を回避する。
【００８２】
以上、ガスクラスタ・イオン・ビームの測定に関連して本発明を説明したが、発明者は、本発明が標準温度及び標準気圧の条件下で気体である原料物質を含まないクラスタ・イオン・ビームのパラメータの測定にも適用可能であり、従って、ガスクラスタ・イオン・ビーム及び例えば金属クラスタ・イオン・ビーム等の非ガスクラスタ・イオン・ビームを含むクラスタ・イオン・ビームのより一般的な測定事例において有用であるものと認識している。発明者はさらに、本発明がかなり重い分子を含む分子イオン・ビームのパラメータの測定に有用であるものと認識している。様々な実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は本発明の精神の範囲内にある広範なさらなる、及び他の実施形態においても可能であることは認識されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】静電走査ビームを使用する先行技術によるＧＣＩＢプロセス装置の基本エレメントを示す略図である。
【図２】ワークピースの機械的走査を有する固定ビームを使用するＧＣＩＢプロセス装置の基本エレメントを示す略図である。
【図３Ａ】分析器の電圧がゼロである事例を描いた、本発明によるビーム測定を行うための装置の第１の実施形態を示す略図である。
【図３Ｂ】分析器の電圧が非ゼロである事例を描いた、本発明によるビーム測定を行うための装置の第１の実施形態を示す略図である。
【図４】ビーム・サンプルの電流Ｉを測定すべく構成された本発明によるビーム測定を行うための装置の第１の実施形態を示す略図である。
【図５】ビーム・サンプルに関する飛行時間形測定のためのビーム・ゲーティングを示す、本発明によるビーム測定を行うための装置の第１の実施形態を示す略図である。
【図６】ビーム全体の電流を測定できるようにビーム経路から外して改良された、ビーム測定を行うための本発明による装置の第１の実施形態を示す略図である。
【図７】ビーム測定を行うための本発明による装置の第２の実施形態の略図である。
【図８】ビームから外して改良されかつ処理のためにワークピースがビームへと挿入された、ビーム測定を行うための本発明による装置の第１の実施形態を示す略図である。
【図９】本発明の第１の実施形態によるＧＣＩＢプロセス装置を示す略図である。
【図１０】ワークピースを処理できるようにビーム測定装置がビームから外されている、本発明の第１の実施形態によるＧＣＩＢプロセス装置を示す略図である。
【図１１】ワークピースを処理できるようにビーム測定装置がビームから外されている、本発明の第２の実施形態による改良されたＧＣＩＢプロセス装置を示す略図である。
【符号の説明】
【００８４】
１００ ＧＣＩＢプロセッサ（飛行時間測定手段）
１０２ 真空容器
１０４ チャンバ
１０６ チャンバ
１０８ チャンバ
１５０ ワークピースホルダ（ワークピース保持手段）
３０２ イオン・ビーム減衰器
３７６ 電流センサ（電流測定手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してクラスタ・イオン・ビームの特性の測定及び制御に関し、より特定的にはガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均電荷状態、平均クラスタ・イオン質量及び／または平均クラスタ・イオン・エネルギーを測定しかつ／または制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面処理のためのクラスタ・イオン・ビームの使用は、技術上周知である（例えば本参照により開示に含まれるデグチ外の米国特許第５，８１４，１９４号参照）。本論の目的に添って、ガスクラスタは、標準温度及び標準気圧の条件下で気体である物質のナノサイズの集合体である。このようなガスクラスタは、典型的には千、二千乃至数千個に達する緩く結合されてクラスタを形成する分子の集合体で構成される。クラスタは、電子ボンバードメントまたは他の手段によってイオン化されることが可能であり、制御可能なエネルギーの配向されたビームへと形成されることが可能にされる。
【０００３】
このようなイオンは各々、典型的にはｑ・ｅの正電荷を帯びる（但し、ｅは電子電荷であり、ｑはクラスタ・イオンの電荷状態を表す１乃至５，６程度までの整数である）。クラスタ・イオン・ビーム内には、非イオン化クラスタも存在する可能性がある。より大きいサイズのクラスタ・イオンは、クラスタ・イオン当たりでかなりのエネルギーを運ぶその能力に起因して最も有効である場合が多いが、それでも分子単位ではそこそこのエネルギーしか保有しない。クラスタは衝撃で壊変され、個々の分子は各々、クラスタ・イオンの合計エネルギーの僅かな部分しか運ばない。その結果、大きなクラスタ・イオンの衝撃による影響は甚大であるが、極めて浅い表面領域に限定される。これはクラスタ・イオンを、従来のモノマー・イオン・ビーム・プロセシングに特徴的な表面下のより深い損傷をもたらす傾向のない、様々な表面改質プロセスにとって有効なものにする。
【０００４】
このようなガスクラスタ・イオン・ビーム（ＧＣＩＢ）を生成しかつ加速するための手段は、先に引用した引例（米国特許第５，８１４，１９４号）に説明されている。現時点で入手可能なクラスタ・イオン・ソースは、広範なサイズ分布Ｎを有するクラスタ・イオンを生成する（但し、Ｎは各クラスタ・イオン内の分子の数であり、本論を通じて、アルゴン等の単原子気体の場合、単原子気体の原子を分子と呼び、このような単原子気体のイオン化原子を分子イオンまたは単にモノマー・イオンと呼ぶ）。
【０００５】
多くの有益な表面処理効果は、ＧＣＩＢで表面を衝撃することにより達成されることが可能である。これらの処理効果には、クリーニング、スムージング、エッチング及び膜成長が含まれるが、必ずしもこれらに限定されない。表面の処理速度に影響するガスクラスタ・イオン・ビームの物理学を予測しかつ制御し、よってこれらの速度が最適化されることを可能にする改良された診断測定に対するニーズが存在する。ＧＣＩＢ表面の相互作用の基本は、表面を衝撃し、直接スパッタリングにより、及び／または溶融及び蒸着を介して物質を移動／射出させ、様々な深さ及び直径のナノスケールのクレータを生成する個々のクラスタ・イオンである。ＧＣＩＢクレータは、何十乃至何百オングストロームの規模である可能性があり、クラスタ・イオンの質量及び速度に依存する。ＧＣＩＢによって形成されるクレータの性質（延ては表面処理特性）は、クラスタ・イオンの質量及びその衝撃速度に依存する。
【０００６】
クラスタ・イオンの速度は、（本参照により開示に含まれる、例えばＪｅｒａｌｄ Ｐ．Ｄｙｋｓｔｒａの米国特許出願公報２００２−００３６２６１Ａ１及びＭａｃｋ外の２００２−００７０３６１Ａ１に教示されているような）飛行時間形の技術を使用して測定されることが可能である。また、イオンが主として個々に帯電されるようにイオン化条件を使用する場合、よってｑがほぼ１であることが周知であったとすれば、質量／電荷状態比（ｍ／ｑ）を検出する様々な磁気及び静電測定技術により、イオン化クラスタのモーメント、エネルギー及び質量を決定することができる。さらに、平均質量／電荷状態比、即ち〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅを測定するための技術が存在すること、または（本参照により開示に含まれる、例えばＴｏｒｔｉ外の米国特許出願公報２００１−００５４６８６Ａ１に教示されているような）従来技術が基礎とされ得ることは周知である。
【０００７】
多くの場合、ＧＣＩＢ処理において産業上実際的なスループットを達成するためには、約何百乃至何千マイクロアンペアものＧＣＩＢ電流を必要とすることが発見されている。最近は、ＧＣＩＢの強度及びイオン化を増大させるために、より高い追加的な電荷状態クラスタ（ｑ＞１）を生成することに努力が傾倒されている。イオン化が電子ボンバードメントによって実行される場合、イオン化はランダムな電子衝撃によって生成される。高い割合のイオン化対非イオン化クラスタを生成するためには、電子衝撃の確率は高くなければならず、結果的に生じる電荷状態分布はほぼポワソン統計学に準じ、電荷状態ｑの近似確率Ｐ（ｑ）は、
（式１）
で与えられる。但し、〈ｑ〉はイオナイザを出た後の平均イオン化クラスタの電荷状態である。従って、高イオン化分数を有するイオン化されたクラスタ・ビームは、幾重にも帯電されたビームともなる。
【０００８】
例えば理論上、クラスタの９５％がイオン化されているＧＣＩＢビームの平均クラスタ電荷状態は３になり、８％を超えるビームは電荷状態６及びそれ以上になる。しかしながら、このような高電荷クラスタは分断され、異なる電荷状態で分布する結果となる可能性がある。真空システムにおけるクラスタ・イオンと残留ガスとの相互作用もまた電荷交換反応及びクラスタ・イオンの断片化を引き起こす可能性があり、よって実際のビームでは、正確な電荷状態は容易に予測されない。高電荷状態クラスタの存在は、全てｍ／ｑまたはエネルギー／電荷状態比Ｅ／ｑの何れかを測定する磁気分析計、静電スペクトロメータ、ＲＦ四極質量スペクトロメータ、飛行時間形減速電位質量スペクトロメータ及び圧力計測定値等の現在の計装の使用によっては決定され得ない。
【０００９】
約１００００ＡＭＵ以下のイオン化クラスタｍ／ｑの場合、異なる電荷状態ファミリをｍ／ｑスペクトルに分解することが可能であるが、ｍ／ｑ状態を実際には分解または重ねることができないより大規模なクラスタ・イオンにとってこれが実際的でないことは留意されるべきである。電子スプレー技術によって生成される巨大超高電荷（ｑ＞１０００）分子に関しては、及び太陽風または静電加速された塵粒における高電荷原子に関しても、これらのパラメータは他の方法を使用して決定されている。これらの技術は、前者の場合には電荷状態が低すぎることから、また後者技術の場合にはクラスタ・イオンの衝突エネルギーがほぼ全て熱蒸着され、故に実際的な周知方法の使用では検出され得ないことから、ＧＣＩＢには適用不可である。従って、これらのクラスタ・イオンのｍ、ｑ及びＥを測定しかつ制御する改良された方法及び装置が必要とされる。
【００１０】
従って本発明の目的は、クラスタ・イオン・ビームの平均電荷状態〈ｑ〉を測定するための方法及び装置を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、ビーム内の高エネルギー、イオン化ラスタの平均質量〈ｍ〉及び／または平均エネルギー〈Ｅ〉を測定するための方法及び装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、ワークピースの改良されたＧＣＩＢ処理のためのＧＣＩＢ処理システムにおいてガスクラスタ・イオン・ビームの特性を測定しかつ制御するための改良された方法及び装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の上述の目的及びさらなる、及び他の目的及び優位点は、以下で説明する本発明の実施形態によって達成される。
【００１４】
第１の実施形態では、本発明は、クラスタ・イオン・ビームのサンプルに関する電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ、平均速度〈ｖ〉及び平均電荷状態〈ｑ〉の個々の測定値を包含する方法を提供する。電荷当たりの平均エネルギーは静電スペクトロメータを使用して測定され、速度は飛行時間を使用して測定される。平均電荷状態〈ｑ〉は測定され、イオン化クラスタ分布のｍ及びＥの平均値を決定するために他の測定値と組み合わせて使用される。平均電荷状態は、イオン・ビームの小さいサンプルに関して、高速粒子カウンタを使用して粒子（クラスタ）の流量Γを測定することにより、かつ好適にはファラデー・カップである電流センサを使用して電気ビーム電流Ｉを測定することにより計算される。（下記の式２による）粒子の流れに対する電流の割合は、クラスタの平均電荷状態〈ｑ〉の測定値をもたらす。平均電荷状態のこの測定値は、下記の式２、式３及び式５が示すように、〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅの静電スペクトロメータ測定値と組み合わされて平均クラスタ・イオン・エネルギーを決定し、かつ平均速度〈ｖ〉の飛行時間形測定値と組み合わされて平均質量〈ｍ〉を決定する。
【００１５】
第２の実施形態では、本発明は、クラスタ・イオン・ビームのサンプルに関するビームの電荷当たりの平均質量〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ、及び電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ及び平均電荷状態〈ｑ〉の測定を行う方法を提供する。電荷当たりの平均エネルギーは静電スペクトロメータを使用して測定され、電荷当たりの平均質量は圧力チャージ・センサを使用して測定される。平均電荷状態〈ｑ〉は測定され、イオン化クラスタ分布のｍ及びＥの平均値を決定するために他の測定値と組み合わせて使用される。第１の実施形態の場合と同様に、平均電荷状態は、イオン・ビームの小さいサンプルに関して、高速粒子カウンタを使用して粒子（クラスタ）の流量Γを測定することにより、かつ好適にはファラデー・カップである電流センサを使用して電気ビーム電流Ｉを測定することにより測定される。（式２による）粒子の流れに対する電流の割合は、クラスタの平均電荷状態〈ｑ〉の測定値をもたらす。平均電荷状態のこの測定値は、下記の式２、式３及び式４が示すように、〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅの静電スペクトロメータ測定値と組み合わされて平均クラスタ・イオン・エネルギーを決定し、かつ電荷当たりの平均質量〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ測定値と組み合わされて平均質量〈ｍ〉を決定する。
【００１６】
式２におけるα及びβは、各々電流及び粒子検出器の検出効率である。
（式２）
（式３）
（式４）
（式５）
本発明及び本発明の他の、及びさらなる目的をより良く理解するために、添付の図面及び詳細な説明を参照する。
【００１７】
図１は、ＧＣＩＢプロセッサ１００の典型的な構成の基本エレメントを略示したものであり、これは、真空容器１０２が３つの連絡するチャンバ、即ちソース・チャンバ１０４、イオン化／加速チャンバ１０６及びプロセス・チャンバ１０８に分割されると説明することができる。３つのチャンバは、真空ポンプ・システム１４６ａ、１４６ｂ及び１４６ｃによって各々適切な動作圧力まで空気を抜かれる。
【００１８】
ガス貯蔵シリンダ１１１に貯蔵された凝縮可能なソース・ガス１１２（例えばアルゴンまたはＮ2）は、ガスメータの栓１１３及びガス供給管１１４を介して圧力下で滞留チャンバ１１６へ入り、適正に成形されたノズル１１０を介して実質的により低い圧力である真空内へと噴出される。その結果、超音速ガスジェット１１８が生じる。ジェットの膨張の結果として生じる冷却は、ガスジェット１１８の一部を、各々が数個乃至数千個の結合の弱い原子または分子より成るクラスタに凝縮させる。ガス・スキマ開口１２０は、クラスタ・ジェットとクラスタ・ジェットに凝縮されていない気体分子とを部分的に分離し、このようなより高い圧力は好ましくないと思われる下流領域（例えば、イオナイザ１２２、高電圧電極１２６及びプロセス・チャンバ１０８）における圧力を最小限に抑える。凝縮可能なソース・ガス１１２として適切なものには、アルゴン、窒素、二酸化炭素、酸素及び他の気体が含まれるが、必ずしもこれらに限定されない。
【００１９】
ガスクラスタを含む超音速ガスジェット１１８が形成された後、クラスタはイオナイザ１２２においてイオン化される。イオナイザ１２２は典型的には、１つまたは複数の白熱フィラメント１２４から熱電子を生成しかつ上記電子がガスジェット１１８内のガスクラスタと衝突するように加速して方向づける電子衝撃イオナイザであり、ジェットはこのイオナイザ１２２を通過する。電子衝撃はクラスタから電子を噴出させ、これによりクラスタの一部は陽イオンを帯びるようになる。適切にバイアスされた高電圧電極セット１２６はイオナイザからクラスタ・イオンを抽出してビームを形成し、次にこれらを所望されるエネルギー（典型的には１ｋｅＶ乃至数十ｋｅＶ）まで加速しかつＧＣＩＢ軸１２９を有するＧＣＩＢ１２８を形成すべく集束させる。
【００２０】
フィラメント電源１３６は、イオナイザ・フィラメント１２４を加熱するためのフィラメント電圧Ｖfを供給する。陽極電源１３４は、フィラメント１２４から放射される熱電子を加速し、これらにガスジェット１１８を含むクラスタを照射させてイオンを生成させるための陽極電圧ＶAを供給する。抽出電源１３８は、高電圧電極をバイアスしてイオナイザ１２２のイオン化領域からイオンを抽出し、ＧＣＩＢ１２８を形成するための抽出電圧ＶEを供給する。加速器電源１４０は、高電圧電極をイオナイザ１２２に対してバイアスし、最終的にＶAcc電子ボルト（ｅＶ）に等しい合計ＧＣＩＢ加速エネルギーにするための加速電圧ＶAccを供給する。１つまたは複数のレンズ電源（１４２及び１４４が例示されている）は、高電圧電極を集束電圧（例えばＶＬ1及びＶＬ2）でバイアスしてＧＣＩＢ１２８を集束させるために供給されることが可能である。
【００２１】
ＧＣＩＢプロセスによって処理されるべき半導体ウェーハまたは他のワークピースである可能性のあるワークピース１５２は、ＧＣＩＢ１２８の経路内に配置されたワークピースホルダ１５０上に保持される。大部分のアプリケーションは、空間的に一様な結果を伴う大型ワークピースの処理を企図することから、走査システムはＧＣＩＢ１２８を広い領域に渡って一様に走査し、空間的に均一な結果を生成することが望ましい。２対の直交して方向づけられる静電走査プレート１３０及び１３２は、所望されるプロセス・エリアに渡ってラスタまたは他の走査パターンを生成するために使用されることが可能である。ビーム走査が実行されると、ＧＣＩＢ１２８は走査ＧＣＩＢ１４８に変換され、これがワークピース１５２の全表面を走査する。
【００２２】
図２は、機械的に走査されるワークピース１５２を伴う固定ビームを有し、かつビーム測定用の従来型のファラデー・カップ及び従来型の熱イオン中和物を有する先行技術による機械走査式のＧＣＩＢプロセス装置２００の基本エレメントを略示したものである。ＧＣＩＢの生成は図１に示したものに類似しているが、図２の機械的走査式ＧＣＩＢプロセス装置２００では、ＧＣＩＢ１２８は固定式であり（走査されない）、ワークピース１５２はＧＣＩＢ１２８を介して機械式に走査され、ＧＣＩＢ１２８の効果がワークピース１５２の表面に渡って分散される。Ｘ走査アクチュエータ２０２は、（用紙面内外への）Ｘ走査動作２０８の方向へワークピースホルダ１５０の線形動作を供給する。Ｙ走査アクチュエータ２０４は、典型的にはＸ走査動作２０８に直交するＹ走査動作２１０の方向へワークピースホルダ１５０の線形動作を供給する。Ｘ走査動作及びＹ走査動作の組合わせは、ワークピースホルダ１５０によって保持されるワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８を介してラスタのような走査動作で移動させ、ワークピース１５２の一様なプロセスのためのＧＣＩＢ１２８によるワークピース１５２の表面の一様な照射を生じさせる。
【００２３】
ワークピースホルダ１５０は、ＧＣＩＢ１２８がワークピース１５２の表面に対してあるビーム入射角２０６を有するように、ワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８のＧＣＩＢ軸１２９に対して角度をつけて配置する。ビーム入射角２０６は９０度または他の何らかの角度である可能性があるが、典型的には９０度であり、または９０度に極めて近い。Ｙ走査の間、ワークピースホルダ１５０によって保持されるワークピース１５２は、図示された位置から各々指示子１５２Ａ及び１５０Ａで表示された代替位置「Ａ」まで移動する。２つの位置間の移動において、ワークピース１５２はＧＣＩＢ１２８を介して走査され、かつ両極限位置においてはＧＣＩＢ１２８の経路から完全に外れて移動される（オーバースキャン）ことに留意されたい。
【００２４】
図２には明示されていないが、類似の走査及びオーバースキャンが（典型的には）直交するＸ走査動作２０８の方向（用紙面内外）でも実行される。合計ビーム電流センサ２１８は、ワークピースホルダ１５０がＧＣＩＢ１２８の経路を外れて走査されるとＧＣＩＢ１２８の合計ＧＣＩＢビーム電流ＩTのサンプルを傍受するように、ＧＣＩＢ１２８の経路内にワークピースホルダ１５０を超えて配置される。ビーム電流センサ２１８は、典型的にはビーム入口開口以外は閉止されたファラデー・カップまたはこれに類似するものであって、電気絶縁されたマウント２１２により真空容器１０２の壁に付着される。マイクロコンピュータ・ベースのコントローラである可能性のあるコントローラ２２０は電気ケーブル２１６を介してＸ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４を接続し、Ｘ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４を制御してワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８の内側または外側へ配置させ、かつＧＣＩＢ１２８によりワークピース１５２の一様なプロセスを達成させるべくワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８に対して一様に走査させる。
【００２５】
コントローラ２２０は、ビーム電流センサ２１８によって収集されるサンプリングされたビーム電流をリード２１４を経由して受信し、これによりＧＣＩＢを監視し、かつ予め決められた所望される線量が送られるとＧＣＩＢ１２８からワークピース１５２を除去することによりワークピース１５２によって受信されるＧＣＩＢ線量を制御する。
【００２６】
図３Ａ及び３Ｂは、本発明によるＧＣＩＢ１２８のビーム測定を行うためのＧＣＩＢ測定装置３００の第１の実施形態を略示したものである。図３Ａは、分析器の電圧がゼロである事例を描いたものであり、図３Ｂは分析器の電圧が非ゼロである事例を描いたものである。ＧＣＩＢ測定装置３００は、例えば図２に示すような走査されていないＧＣＩＢ１２８を有するＧＣＩＢプロセス装置２００（図２）の真空容器１０２（図２）内に位置決めされることが意図されている（任意選択として、サポート電子回路、電源及び制御装置のうちの幾つかまたは全てを除く）。ＧＣＩＢ測定装置３００は、ＧＣＩＢ減衰サブシステム、ＧＣＩＢ視準サブシステム、ＧＣＩＢ交換サブシステム、ＧＣＩＢエネルギー・スペクトル測定サブシステム、ＧＣＩＢ粒子フロー測定サブシステム、ＧＣＩＢ電流測定サブシステム、ＧＣＩＢ飛行時間形測定システム、測定対象であるガスクラスタ・イオン・ビームに対して様々なエレメントを再配置するための再配置アクチュエータ及び様々な電子、電力及び制御システムを備える。
【００２７】
図３Ａを参照すると、ＧＣＩＢ減衰サブシステムは、ビーム減衰器３０２と、関連のアクチュエータ及び制御装置とを備える。ビーム減衰器３０２は（例えば）小さい円形の減衰器開口３０３を有する金属板であり、ＧＣＩＢ１２８の減衰されたサンプル（減衰されたＧＣＩＢ３０６）はこの開口を介して通過されることが可能である。減衰器開口３０３は（例えば）小さい円形の開口である場合もあれば長方形のスリット開口である場合もあり、また円形開口のアレイである場合すらあり、絞りまたは調整可能なスリット等の調整可能な開口である可能性があることは認識される。ある好適な、非限定的実施形態では、減衰器開口３０３は１ミリメートルの直径を有する円形のナイフエッジ・ホールである。
【００２８】
ビーム減衰器３０２は分析器取付け及びアライメント・プレート３２４に堅固に取り付けられ、これにより電気的に接地されかつ放熱される。分析器取付け及びアライメント・プレート３２４は、ビーム減衰器３０２をＧＣＩＢ軸１２９に位置合わせされた減衰器開口３０３によりＧＣＩＢ１２８内へ挿入する、またはＧＣＩＢ減衰器サブシステムをＧＣＩＢ１２８から完全に取り外すための双方向性の動作（矢印３８０の方向）を供給すべく、機械的リンク機構３２６により機械的アクチュエータ３２８へ接続される。
【００２９】
引き続き図３Ａを参照すると、ＧＣＩＢ視準サブシステムはビーム減衰器３０２と、減衰器開口３０３と、コリメータ開口３０５を有するビーム・コリメータ３０４と、関連のアクチュエータ及び制御装置とを備える。ビーム減衰器３０２及びビーム・コリメータ３０４は分析器取付け及びアライメント・プレート３２４へ堅固に取り付けられ、これにより電気的に接地され、放熱されかつこれにより位置合わせされて保持される。減衰器開口３０３及びコリメータ開口３０５は、実質上ＧＣＩＢ軸１２９に平行に位置合わせされるように、分析器取付け及びアライメント・プレート３２４により位置合わせされて固定される。コリメータ開口３０５は（例えば）小さい円形の開口である場合もあれば長方形のスリット開口である場合もあり、また円形開口のアレイである場合すらあり、絞りまたは調整可能なスリット等の調整可能な開口である可能性があることは認識される。好適には、コリメータ開口は減衰器開口３０３と同じ形状（円形またはスリット）であり、かつ減衰器開口３０３とほぼ同じサイズであり、またはこれより小さい。従ってコリメータ開口は、減衰されたＧＣＩＢ３０６を視準しかつ減衰されたＧＣＩＢ３０６をさらに減衰させる働きをする。
【００３０】
ある好適な実施形態では、コリメータ開口３０５は２０乃至１６０マイクロメートルの範囲の直径を有する円形のナイフエッジ・ホールである。分析器取付け及びアライメント・プレート３２４は、ＧＣＩＢ視準サブシステムを共にＧＣＩＢ軸１２９に位置合わせされた減衰器開口３０３及びコリメータ開口３０５によりＧＣＩＢ１２８内へ挿入する、またはＧＣＩＢ視準サブシステムをＧＣＩＢ１２８から完全に取り外すための双方向性の動作（矢印３８０の方向）を供給すべく、機械的リンク機構３２６により機械的アクチュエータ３２８へ接続される。ＧＣＩＢ視準サブシステムが挿入されると、図３Ａに示すように、ビーム減衰器３０２及びビーム・コリメータ３０４は（各々）減衰されたＧＣＩＢ３０６及び減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７を送信する。従って、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７は、ＧＣＩＢ１２８のサンプルである。
【００３１】
引き続き図３Ａを参照すると、ＧＣＩＢ交換サブシステムはビーム減衰器３０２と、減衰器開口３０３と、コリメータ開口３０５を有するビーム・コリメータ３０４と、静電偏向板３９４と、関連のアクチュエータ、電源及び制御装置とを備える。ビーム減衰器３０２及びビーム・コリメータ３０４は分析器取付け及びアライメント・プレート３２４へ堅固に取り付けられ、これにより電気的に接地され、放熱されかつ位置合わせされて保持される。減衰器開口３０３及びコリメータ開口３０５は、実質上ＧＣＩＢ軸１２９に平行に位置合わせされるように、分析器取付け及びアライメント・プレート３２４により位置合わせされて固定される。
【００３２】
分析器取付け及びアライメント・プレート３２４は、ＧＣＩＢ視準サブシステムを共にＧＣＩＢ軸１２９に位置合わせされた減衰器開口３０３及びコリメータ開口３０５によりＧＣＩＢ１２８内へ挿入する、ＧＣＩＢ１２８の減衰されかつ視準されたサンプル（減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７）を送信する、またはＧＣＩＢ視準サブシステムをＧＣＩＢ１２８から完全に取り外すための双方向性の動作３８０を供給すべく、機械的リンク機構３２６により機械的アクチュエータ３２８へ接続される。静電偏向板３９４は、減衰されたＧＣＩＢ３０６に近接しかつ実質上これに平行してＧＣＩＢ３０６が通るビーム減衰器３０２及びビーム・コリメータ３０４間に位置決めされ、図示されていない電気絶縁手段により分析器取付け及びアライメント・プレート３２４へ堅固に固定される。
【００３３】
電気リード線３９６は、ビーム・ゲーティング・コントローラ３９８からのビーム・ゲート電位を静電偏向板３９４へ導くために、静電偏向板３９４をビーム・ゲーティング・コントローラ３９８へ接続する。ビーム・ゲーティング・コントローラ３９８は、減衰されたＧＣＩＢ３０６をビーム減衰器３０２とビーム・コリメータ３０４との間の範囲で制御可能式に偏向する、または偏向しない電気信号を供給する。ビーム・ゲーティング・コントローラ３９８は、静電偏向板３９４へ偏向信号を制御可能式に供給するために、より高位の制御システム（本図には示されていない）によって遠隔制御され得ることは認識される。減衰されたＧＣＩＢ３０６を偏向する、または偏向しないことにより、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７はゲートオフまたはゲート・オンされることが可能である。
【００３４】
従って、ＧＣＩＢ交換サブシステムがＧＣＩＢ１２８へ挿入されると、これは、後にさらに詳述するように飛行時間形のビーム測定のためのビーム・スイッチを形成することができる。
【００３５】
引き続き図３Ａを参照すると、ＧＣＩＢエネルギー・スペクトル測定サブシステム（エネルギー・スペクトロメータ）はビーム減衰器３０２と、減衰器開口３０３と、ビーム・コリメータ３０４と、コリメータ開口３０５と、接地された電極３１２と、エネルギー分析器電極３０８と、分析スリット３１８と、電流センサ３２２と、関連のアクチュエータ、電源及び制御装置とを備える。接地された電極３１２は３つの開口、即ち減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７を受け入れるための第１の接地された電極開口３１３と、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’の伝送を許容する第２の接地された電極開口３１４と、分析されたビームレット３１６（図３Ｂに示されている）を伝送するための第３の接地された電極開口３１５とを有する。
【００３６】
ビーム・エネルギー分析器は、接地された電極３１２と、エネルギー分析器電極３０８とを備える。接地された電極３１２及びエネルギー分析器電極３０８は、減衰されたＧＣＩＢ３０６の経路（従って、ＧＣＩＢ軸１２９）に対してある角度（好適には約４５度）を成して配置される。接地された電極３１２は分析器取付け及びアライメント・プレート３２４に堅固に固定され、これにより電気的に接地される。エネルギー分析器電極３０８は、図示されていない電気絶縁手段によって分析器取付け及びアライメント・プレート３２４に堅固に固定される。
【００３７】
電気リード線３３６は、分析器電圧ＶAnをエネルギー分析器電極３０８へ供給するために、エネルギー分析器電極３０８を分析器電源３８６へ接続する。分析器電源３８６は調整可能であり、かつ好適には本図には示されていないより高位のコントローラによる遠隔制御が可能である。分析電圧ＶAnは、ゼロからＧＣＩＢ１２８の加速に使用される最大加速電圧ＶAccにほぼ等しい電圧までの範囲で制御可能である。例えば、ＶAccの予測される最大値が２５ｋＶであれば、ＶAnはゼロから２５ｋＶの範囲で制御可能であるように選択されることが可能である。エネルギー分析器電極３０８は、電極を介して減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７の伝送を可能にするエネルギー分析器電極開口３１０を有する。エネルギー分析器電極開口３１０を介して伝送されると、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７の続きは減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’で示される。
【００３８】
エネルギー分析器電極開口３１０は、分析器取付け及びアライメント・プレート３２４によって減衰器開口３０３及びコリメータ開口３０５と固定式に位置合わせされて保持される。ＶAnがゼロのとき、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’は、減衰器開口３０３及びコリメータ開口３０５及び第１の接地された電極開口３１３及びエネルギー分析器電極開口３１０及び第２の接地された電極開口３１４を通って直進する。
【００３９】
図３Ｂを参照してＧＣＩＢエネルギー・スペクトル測定サブシステム（エネルギー・スペクトロメータ）の論議を続けると、ＶAnがゼロより大きいとき、エネルギー分析器電極３０８と接地された電極３１２との間には、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７が偏向されて分散されるように静電界勾配が存在し、クラスタ・イオンはそれらの関数Ｅ／ｑ（電荷当たりのエネルギー）として分散される。分析スリット３１８は電流センサ３２２のための受容開口を形成し、電流センサ３２２は好適には電子サプレッサ電極３２０を有するファラデー・カップである。
【００４０】
電気リード線３３０は、電流センサ３２２内の二次電子を抑制するためにサプレッサ電圧ＶS1をサプレッサ電極３２０へ供給すべくサプレッサ電極３２０をサプレッサ電源３８４に接続する。ＶS1は、好適には５００ボルトから１５００ボルトの範囲である。周知の原理により、ＶAnの異なる値は結果的に特定範囲のエネルギーのクラスタ・イオンを、第３の接地された電極開口３１５を通過しかつ電流センサ３２２による測定のために分析スリット３１８を通過する分析ビームレット３１６を形成するように、ＶAnに依存して偏向させることになる。分析ビームレット３１６におけるクラスタ・イオンのＥ／ｑの範囲とは異なるＥ／ｑを有するクラスタ・イオンは、分析ビームレット３１６より大きく、または少なく偏向され、分散されたビームレット３１７を形成する。分散されたビームレット３１７は分析スリット３１８を通過せず、電流センサ３２２によって測定されない。電流センサ３２２は、電流センサ３２２を電流測定システム３３４へ接続するための電気リード線３３２を有する。
【００４１】
静電エネルギー分光学の周知の原理に従って、ＶAnのその電圧範囲を介する調整を電流センサ３２２内の電流測定値に調和させることにより、ＧＣＩＢ１２８の減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７サンプルのエネルギー・スペクトル（クラスタ・イオン・エネルギーの関数としてのビーム電流形式、或いはビーム電流の関数としてのクラスタ・イオン・エネルギー形式のデータ）が測定され、Ｅ／ｑの平均値（式３の〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅに相当する）が計算される。
【００４２】
さらに、クラスタ・イオン・エネルギーに対しては、クラスタ・イオン・エネルギーの関数としてのビーム電流の測定値を積分することにより、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７における合計クラスタ・イオン電流Ｉを得ることができる。クラスタ・イオン電流Ｉのこのような測定値は、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７の平均電荷状態を計算するために流量Γと組み合わせて使用されることが可能である。
【００４３】
再度図３Ａを参照すると、ＧＣＩＢ粒子フロー測定サブシステムは、ビーム減衰器３０２と、減衰器開口３０３と、ビーム・コリメータ３０４と、コリメータ開口３０５と、エネルギー分析器電極開口３１０と、第４の接地された電極開口３４３を有する接地された電極３４２と、ダイノード３３８と、任意選択である電子レンズ・アッセンブリ３４４と、シンチレーション測定システムと、関連のアクチュエータ、電源及び制御装置とを備える。ＧＣＩＢ粒子フロー測定サブシステムは、ＧＣＩＢ１００のサンプルにおけるクラスタの流量Γを測定する。
【００４４】
ビーム減衰器３０２及びビーム・コリメータ３０４は分析器取付け及びアライメント・プレート３２４へ堅固に取り付けられ、これにより電気的に接地され、放熱されかつ位置合わせされて保持される。分析器電圧ＶAnは、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７がエネルギー分析器電極開口３１０を介して減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’として伝送されるようにゼロに設定される。第４の接地された電極開口を有する接地された電極３４２、ダイノード３３８、使用される場合は好適にはアインツェル・レンズである任意選択の電子レンズ・アッセンブリ３４４、シンチレータ３４８及び光電子増倍管（ＰＭＴ）３５０は全て、粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２へ堅固に取り付けられる。電子レンズ・アッセンブリが使用される場合、電気リード線３５８は、二次電子軌道３４６をシンチレータ３４８上へ集束させる集束電圧ＶL3を供給するために、電子レンズ・アッセンブリをレンズ電源３８８へ接続する。
【００４５】
粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２はこれに取り付けられるエレメントを支持しかつその位置合わせを維持し、これらのグループとしての位置決めを可能にする。粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２は、クラスタ・イオン流量測定のためにダイノード３４０を減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’へ挿入するための双方向性の動作（矢印３８２の方向）を供給すべく、機械的リンク機構３６２により機械的アクチュエータ３６０へ接続される。接地された電極３４２は粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２へ堅固に取り付けられ、これにより電気的に接地される。ダイノードは、図示されていない電気絶縁手段によって粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２へ堅固に取り付けられる。接地された電極３４２及びダイノードは共に、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’の経路（従って、ＧＣＩＢ軸１２９）に対してある角度（好適には約４５度）を成して配置される。
【００４６】
ダイノード３３８は導電体であって好適にはアルミニウムであり、ダイノード面３４０、好適には天然酸化アルミニウム薄膜を有する。電気リード線３６４は、ダイノード３３８へダイノード電圧ＶDyを供給するために、ダイノード３３８をダイノード電源３９０へ接続する。ダイノード電源３９０は、好適には、粒子検出が行われていないときはＶDyをゼロボルトに設定し、粒子検出が実行されているときはこれを好適には２０乃至４５ｋＶの範囲かつ典型的には３０ｋＶである一定の値に設定するように、より高位のコントローラによって遠隔制御が可能である。作動中、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’は接地された電極３４２内の第４の接地された電極開口３４３を通過する。ダイノード３３８と接地された電極３４２との間の電位勾配は、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’をダイノード３３８内へと加速する。加速されたクラスタ・イオンがダイノード面３４０に突き当たるにつれて、１つまたは複数の二次電子の放出が誘発される。
【００４７】
二次電子は、ダイノード３３８と接地された電極３４２との間の電場勾配により軌道３４６沿いにダイノード面３４０に対して実質上直角の方向へ加速され、電子レンズ・アッセンブリ３４４によりシンチレータ３４８上へ集束される。電子レンズ・アッセンブリ３４４は任意選択であるが、シンチレータにおける電子の検出を比較的小さいシンチレータの使用によって確実にする上で有用である。ダイノード面に到達する各クラスタ・イオンは１つまたは複数の二次電子のバーストを放出し、これはシンチレータ３４８により光子パルスに変換される。シンチレータ３４８は、技術上周知の従来型粒子検出シンチレータ（好適にはプラスチック・シンチレータ）である。
【００４８】
シンチレータ３４８は薄いアルミ蒸着マイラー・フィルムにより外部光源から遮蔽され、任意選択で高速ＰＭＴ３５０に結合される。電気ケーブル３５４は、ＰＭＴ３５０を従来型のＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６へ接続する。ＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６はさらに後述するように、ＰＭＴへ電源電位を供給しかつこれを制御し、パルスレート測定値を供給すべくＰＭＴ出力パルスを処理し、また飛行時間形測定の間の信号減退を測定するためにＰＭＴ出力信号の周期的サンプルを収集すべくＰＭＴ出力を処理する。ＰＭＴ３５０は、検出された各光子パルスに対応する、従ってダイノード面３４０に突き当たる各クラスタ・イオンに対応するパルス出力を生成する。ＰＭＴは、少なくとも１００ＭＨｚの光子パルスレートを計数する能力のあるものが市販されている。
【００４９】
ＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６は遠隔制御が可能であり、遠隔からの読取り用にそのパルスレート及びサンプリング測定値を出力することができる。ビーム減衰器開口３０３は、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’におけるクラスタ・イオン流量がＰＭＴ３５０によって正確に計数され得る流量であることを確実にするために、ＧＣＩＢ１２８の全体的な減衰を供給し得る直径を有するように予め選択される。ＧＣＩＢ１００の現時点での典型例の場合、この減衰定数は約１０-6乃至１０-7であり、これは直径約２０マイクロメートルの減衰器開口の使用により達成されることが可能である。減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’におけるクラスタ・イオン流量の測定値はΓで示され、式２におけるΓに相当する。
【００５０】
引き続き図３Ａを参照すると、本発明を実装するためのＧＣＩＢ電流測定サブシステムの第１の例は、接地された開口３７２と、二次電子サプレッサ３７４と、ビーム電流センサ３７６とを備える。開口３７２、二次電子サプレッサ及びビーム電流センサ３７６は、ＧＣＩＢ１２８のＧＣＩＢ軸１２９に位置合わせされる（従って、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’にも位置合わせされる）ように、堅固に取り付けられる（本図には示されていない）。ＧＣＩＢ１２８またはＧＣＩＢ１２８のサンプル（例えば減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’）は、仲介エレメントなしに電流センサ３７６によって収集され、測定される。電流センサ３７６は、好適にはファラデー・カップである。電気リード線３６６は、電流センサ３７６内の二次電子を抑制するために、サプレッサ電圧ＶS2を二次電子サプレッサ３７４へ供給すべく二次電子サプレッサ３７４をサプレッサ電源３９２へ接続する。ＶS2は、好適には５００乃至１５００ボルトの範囲である。電気リード線３６８は、電流測定のために電流センサ３７６を電流測定システム３７０へ接続する。
【００５１】
再度図３Ｂを参照すると、本発明を実装するためのＧＣＩＢ電流測定サブシステムの第２の好適な例は、エネルギー・スペクトル測定サブシステムの電流センサ３２２（好適にはファラデー・カップ）を使用して減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７のビーム電流Ｉを測定する。ＶAnがゼロより大きいとき、エネルギー分析器電極３０８と接地された電極３１２との間には電場勾配が存在して減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７は偏向されかつ分散され、クラスタ・イオンはそれらのＥ／ｑ（電荷当たりのエネルギー）の関数として分散される。分析スリット３１８は電流センサ３２２のための受容開口を形成し、電流センサ３２２は好適には電子サプレッサ電極３２０を有するファラデー・カップである。
【００５２】
電気リード線３３０は、電流センサ３２２内の二次電子を抑制するためのサプレッサ電極３２０へサプレッサ電圧ＶＳ1を供給すべくサプレッサ電極３２０をサプレッサ電源３８４へ接続する。ＶS1は、好適には５００ボルト乃至１５００ボルトの範囲である。ＶAnのその電圧範囲を介する調整を電流センサ３２２内の電流測定値に調和させることにより、ＧＣＩＢ１２８の減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７サンプルのエネルギー・スペクトル（クラスタ・イオン・エネルギーの関数としてのビーム電流形式が測定され、かつクラスタ・イオン・エネルギーに対しては、クラスタ・イオン・エネルギーの関数としてのビーム電流の測定値を積分することにより、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７におけるクラスタ・イオン電流Ｉを得ることができる。
【００５３】
Γは、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７における対応するクラスタ・イオン流量測定値である。収集効率α及びβは従来の校正技術によって決定され、よって〈ｑ〉は式２に従って計算される。電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅもまた、先に説明したように測定され、従って、〈Ｅ〉は式３に従って計算される。減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’はＧＣＩＢ１２８のサンプルであることから、〈ｑ〉及び〈Ｅ〉の計算値はＧＣＩＢ１２８のそれらに相当する。
【００５４】
図４は、第１の例の電ＧＣＩＢ流測定サブシステムを使用してサンプル・ビームの電流測定を行うように構成されたＧＣＩＢ測定装置の第１の実施形態４００の略図である。機械的アクチュエータ３６０は、粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２をＧＣＩＢ１２８のサンプルである減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’の経路から外している。（図４に示すように）ＧＣＩＢ減衰及び視準サブシステムがＧＣＩＢ１２８内へ挿入されかつ粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２が減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’の経路から外されるように分析器取付け及びアライメント・プレート３２４が位置決めされると、ＧＣＩＢ１２８のサンプルである減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’は、測定用の電流センサ３７６により、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’における電流である式２のサンプル・ビーム電流値Ｉとして収集され、Γは減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’における対応するクラスタ・イオン流量の測定値となる。収集効率α及びβは従来の校正技術によって決定され、よって〈ｑ〉は式２に従って計算される。電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅもまた先に説明したように測定され、従って〈Ｅ〉は式３に従って計算される。減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’はＧＣＩＢ１２８のサンプルであることから、〈ｑ〉及び〈Ｅ〉の計算値はＧＣＩＢ１２８のそれらに相当する。
【００５５】
図５は、ビーム・サンプルの飛行時間形測定を行うためにＧＣＩＢ１２８のサンプルをゲーティングするように構成された、本発明によるＧＣＩＢ測定装置の第１の実施形態４１０の略図である。分析器取付け及びアライメント・プレート３２４と粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２とは共に、（図３に示したように）ＧＣＩＢ減衰及び視準サブシステムがＧＣＩＢ１２８内へ挿入されかつ粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２が減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’の経路内にあるように位置決めされる。飛行時間形測定は図３Ａに示したビーム条件で開始されることによって行われ、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’はダイノード３３８に突き当たり、ＰＭＴ３５０によって検出される。
【００５６】
再度図５を参照すると、ビーム・ゲーティング・コントローラ３９８は電気信号を供給し、減衰されたＧＣＩＢ３０６をビーム減衰器３０２とビーム・コリメータ３０４の間の領域で制御可能式に偏向する。その結果、減衰されたＧＣＩＢ３０６（図３Ａ）は減衰されかつ偏向されたＧＣＩＢ４１２（図５）として偏向されることになる。偏向は結果的に先に（図３Ａが示したように）減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７−３０７’の急激なゲート・オフをもたらし、これにより、ＰＭＴ３５０における信号の減退が（減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７−３０７’に様々なエネルギーを有する成分クラスタの飛行時間によって）遅延される。電気ケーブル３５４は、ＰＭＴ３５０を、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７−３０７’のゲーライング・オフ後に発生するＰＭＴ３５０における遅延された減退信号を測定するためのＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６へ接続する。
【００５７】
飛行時間形分析制御システム４１４は、各々電気ケーブル４１６及び４１８によりビーム・ゲート・コントローラ３９８及びＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６の双方へ制御可能式に接続される。飛行時間形分析制御システム４１４はまた、電気ケーブル４１８を介してＰＭＴ３５０における遅延された減退信号に関する測定情報を受信する。クラスタ・イオンの飛行時間を測定するためのプロセスは先の図３Ａが示すように構成されるＧＣＩＢ測定装置３００で開始され、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’がビーム電流センサ３７６によって収集される。飛行時間形分析制御システム４１４はＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６へ制御信号を送り、これにＰＭＴ３５０で検出された周期的な信号サンプルを収集させかつ送信させる。
【００５８】
時間Ｔ０において、飛行時間形分析制御システム４１４はビーム・ゲーティング・コントローラ３９８へ制御信号を送り、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７’に図５が示すようにゲートオフされるように命令する。結果的に生じるビームＰＭＴ３５０における信号の減退は周期的にサンプリングされ、ＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６により飛行時間形分析制御システム４１４へ送られる。ＰＭＴ３５０における信号減退の速度及びタイミングは、例えばＤｙｋｓｔｒａの米国特許出願公報２００２−００３６２６１Ａ１及びＭａｃｋ外の２００２−００７０３６１Ａ１に教示されているような原理に従って、ビーム・ゲーティング・コントローラ３９８によりビーム・ゲーティングの時間Ｔ0に関連して分析される。Ｄｙｋｓｔｒａの米国特許出願公報２００２−００３６２６１Ａ１及びＭａｃｋ外の２００２−００７０３６１Ａ１は、本参照により開示に含まれる。
【００５９】
従って、減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７−３０７’の飛行時間形分布が測定される。従来の平均化技術により、飛行時間形分布から平均飛行時間が計算され、平均速度〈ｖ〉は平均飛行時間の逆数である。平均速度〈ｖ〉のこの計算値は、式５の値〈ｖ〉である。〈ｖ〉のこの値と式３によって計算される〈Ｅ〉の値を組み合わせて、次は式５により平均質量〈ｍ〉が計算される。従って、本発明の第１の実施形態の方法及び装置により、ビーム・サンプルの、従ってＧＣＩＢ１２８の平均質量〈ｍ〉、平均速度〈ｖ〉、平均エネルギー〈Ｅ〉、平均電荷状態〈ｑ〉及び電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅが決定される。飛行時間形分析制御システム４１４は、任意選択としてより高位の、またはより一般的な制御システム、マイクロコンピュータ・システムまたはＧＣＩＢプロセス・システムの全体的な制御システムの一部である可能性のある他の汎用コンピュータ・システムの一部として実装される可能性もあることは認識される。
【００６０】
図６は、本発明によるＧＣＩＢ測定装置の第１の実施形態４２０の略図であるが、測定の改良点はＧＣＩＢ１２８全体の電流測定を可能にするためにビーム経路から外されている。分析器取付け及びアライメント・プレート３２４は、それが支持するサブシステムがＧＣＩＢ１２８から完全に外れるように位置決めされ、粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２もまた、それが支持するサブシステムがＧＣＩＢ１２８から完全に外れるように位置決めされる。ＧＣＩＢ１２８は中断されることなく電流センサ３７６へと進み、ここで測定のために収集される。これは、ワークピースの処理線量測定を目的とするＧＣＩＢ１２８の合計ビーム電流ＩTの測定を可能にする。
【００６１】
図７は、ＧＣＩＢ１２８に対して本発明のビーム測定を行うためのＧＣＩＢ測定装置の第２の実施形態４３０の略図である。本第２の実施形態では、本方法は飛行時間形測定を含まず、代わりにクラスタ・イオン・ビームのサンプルに対してビームの電荷当たりの平均質量〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ、電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ及び平均電荷状態〈ｑ〉の測定を行う。電荷当たりの平均エネルギー及び平均電荷状態は同じ方法で、かつ第１の実施形態で使用された、先に述べたものと同じ装置で測定される。電荷当たりの平均質量は、周知技術による圧力−電荷センサを使用して測定される。この測定装置は先に述べた第１の実施形態の装置に類似するものであるが、飛行時間形測定は不要であることから、先に述べたＧＣＩＢ交換サブシステムの静電偏向板３９４、電気リード線３９６及びビーム・ゲーティング・コントローラ３９８は不要である。
【００６２】
同様に、先に述べた別個の二次電子サプレッサ３７４、ビーム電流センサ３７６、電気リード線３６８及び電流測定システム３７０も不要である。ビーム電流及び電荷当たりの平均質量の測定は、これから説明する装置及び方法を使用して実行される。（ｍ／ｑ）センサ４３２は、二次電子サプレッサ４３６を有する有孔ファラデー・カップ４３４と、圧力センサ４４２とを備える。接地された開口３７２及び（ｍ／ｑ）センサ４３２は、ＧＣＩＢ１２８のＧＣＩＢ軸１２９と位置合わせされるように堅固に取り付けられる（本図には示されていない）。有孔ファラデー・カップ４３４は、仲介エレメントなしに電流を測定するためのＧＣＩＢ１２８を収集する。ＧＣＩＢ１２８内のガスクラスタ・イオンは、有孔ファラデー・カップ４３４に衝突して完全に解離され、逃げる際に（ｍ／ｑ）センサ４３２内の圧力を上げる。圧力センサ４４２は解離されたガスクラスタ・イオンに起因する圧力の上昇を測定し、かつセンサの温度を測定する。
【００６３】
電気リード線３６６は、有孔ファラデー・カップ４３４内の二次電子を抑制すべくサプレッサ電圧ＶS2を二次電子サプレッサ４３６へ供給するために、二次電子サプレッサ４３６をサプレッサ電源３９２へ接続する。ＶS2は、好適には５００乃至１５００ボルトの範囲である。電気リード線４４８は、電流を測定するために、有孔ファラデー・カップを従来型の電流測定システム４４６へ接続する。電気ケーブル４３８は、圧力及び温度信号及びセンサ電力を伝送するために、圧力センサ４４２を（ｍ／ｑ）測定システム４４０へ接続する。電気リード線４４４は、電流測定システム４４６から（ｍ／ｑ）測定システム４４０へ電流測定信号を伝送する。電流測定システム４４６及び（ｍ／ｑ）測定システム４４０は共に遠隔制御が可能であり、データ信号を本図には示されていないより高位のコントローラへ供給することができる。（ｍ／ｑ）センサ４３２、電流測定システム４４６及び（ｍ／ｑ）測定システム４４０は、例えばＴｏｒｔｉ外の米国特許出願公報２００１−００５４６８６Ａ１に教示されている原理に従って動作する。Ｔｏｒｔｉ外の米国特許出願公報２００１−００５４６８６Ａ１は、本参照により開示に含まれる。Ｔｏｒｔｉ外の２００１−００５４６８６Ａ１の式１０は、クラスタ当たりの平均分子数〈Ｎ〉の測定について記述している。
【００６４】
こうして取得される〈Ｎ〉に４０（アルゴンの原子量）及び原子質量単位ｋｇの値を乗算すれば、ＧＣＩＢ１２８におけるクラスタの電荷当たりの平均質量〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅが得られる。電荷当たりの平均質量のこの値が、式４に必要な〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅである。電流測定システム４４６からのＧＣＩＢ１２８の電流測定値はＧＣＩＢ１２８の合計ビーム電流ＩTであり、ＧＣＩＢ処理線量測定に使用される。電荷当たりの平均質量のこの値を、先に述べた本発明の第１の実施形態の方法及び装置によって取得されるΓ、Ｉ及び電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅの測定値と組み合わせることにより、かつ式２、式３及び式４を適用すれば、本発明の第２の実施形態によりＧＣＩＢ１２８の平均質量〈ｍ〉、平均電荷状態〈ｑ〉及び平均エネルギー〈Ｅ〉が決定される。
【００６５】
図８は、本発明によるＧＣＩＢ測定装置の第１の実施形態４５０の略図であるが、測定の改良点は、ＧＣＩＢ１２８全体を使用するＧＣＩＢ照射によるワークピースの処理を可能にするためにビーム経路から外されている。分析器取付け及びアライメント・プレート３２４は、それが支持するサブシステムがＧＣＩＢ１２８から完全に外れるように位置決めされ、粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２もまた、それが支持するサブシステムがＧＣＩＢ１２８から、及びワークピース１５２を伴う機械走査用ワークピースホルダ１５０の走査経路から完全に外れるように位置決めされる。ＧＣＩＢ１２８は中断されることなくワークピース１５２へと進み、ここでワークピース１５２をＧＣＩＢ処理するためにワークピースを照射する。ワークピースホルダ１５０及びワークピース１５２は、機械的走査式ＧＣＩＢプロセス装置２００に関する論議において先により詳細に説明したものと等価の装置及び方法（先の図２に関する論議参照）を使用して、Ｘ走査及びＹ走査動作２０８及び２１０によりＧＣＩＢ１２８を介して走査される。
【００６６】
図９は、本発明の第１の好適な実施形態による改良されたＧＣＩＢ測定及びプロセス装置５００を示す略図である。ＧＣＩＢ測定及びプロセス装置５００は先行技術である機械的走査式ＧＣＩＢプロセス装置２００に類似しているが、本発明の第１の実施形態を実装するためのＧＣＩＢ測定、監視及び制御改良点を有する。先行技術プロセス・システムのガスメータの栓１１３は、電子制御が可能なガスメータの栓５１２に代わっている。先行技術システムのビーム電流センサ２１８とその電気リード線２１４は、先に説明したＧＣＩＢ測定装置３００の開口３７２、二次電子サプレッサ３７４、ビーム電流センサ３７６及び電気リード線３６８に代わっている。先行技術システムのコントローラ２２０は、先に述べたコントローラ２２０及び飛行時間形分析制御システム４１４の全ての機能性を含む、但しこれらに限定されない改良されたケイパビリティ及び機能を有するデジタル・プロセス及び制御システム５１０に代わっている。
【００６７】
デジタル・プロセス及び制御システム５１０はまた、分析器電源３８６を制御し、電流測定システム３３４から信号を受信し、ＶAnの調整をビーム・エネルギー・スペクトル測定を実行すべく電流センサ３２２からの電流信号測定値に、かつＧＣＩＢ１２８のサンプルである減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７の、クラスタ・イオン・エネルギーの関数としてのビーム電流形式の、或いはビーム電流の関数としてのクラスタ・イオン・エネルギー形式のデータに調和させ、かつ減衰されかつ視準されたＧＣＩＢ３０７におけるクラスタ・イオン電流Ｉを決定すべくクラスタ・イオン・エネルギーに関してビーム電流の測定値をクラスタ・イオン・エネルギーの関数として積分するケイパビリティを含む。
【００６８】
デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、例えばＧＣＩＢプロセス・システムの一般制御のための小型汎用コンピュータであることが可能である。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、他のデバイス及び／またはサブシステムと通信しかつこれらを制御するための制御バス５０４を有する。陽極電源１３４、フィラメント電源１３６及び加速器電源１４０は各々遠隔制御ケイパビリティを装備し、デジタル・プロセス及び制御システム５１０による制御バス５０４を介する制御のためにデジタル・プロセス及び制御システム５１０へ制御可能式に接続される。電子制御が可能なガスメータの栓５１２もまた、デジタル・プロセス及び制御システム５１０による制御バス５０４を介する制御のためにデジタル・プロセス及び制御システム５１０へ制御可能式に接続される。電気リード線５０８は、電流センサ３２２からの電流測定信号を伝送するために、電流測定システム３３４をデジタル・プロセス及び制御システム５１０へ接続する。
【００６９】
改良型ＧＣＩＢ測定及びプロセス装置５００はさらに、先に述べたＧＣＩＢ測定装置３００のエレメントを全て組み込んでいる。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、少なくとも下記のデバイス、即ちＶS1をオンまたはオフ切換するためのサプレッサ電源３８４と、ビーム・ゲーティング・コマンドを送るためのビーム・ゲーティング・コントローラ３９８と、分析器取付け及びアライメント・プレート３２４及び粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２のＧＣＩＢ軸１２９に対する位置決めを命令するための機械的アクチュエータ３２８及び３６０と、ＶAを制御するための陽極電源１３４と、ＶFを制御するためのフィラメント電源１３６と、ＶAccを制御するための加速器電源１４０と、ノズル１１０を介するソース・ガス１１２の流れ及び／または滞留チャンバ１１６におけるソース・ガスの圧力を制御するための電子制御が可能なガスメータの栓５１２と、ＶAnを制御するための分析器電源３８６と、任意選択として、包含されていればＶL3を制御するためのレンズ電源３８８と、ＶDyを制御するためのダイノード電源３９０と、ＶS2をオンまたはオフ切換するためのサプレッサ電源３９２と、ＰＭＴ３５０への供給電圧を制御するためと、ＰＭＴ３５０によるパルスの検出及び信号サンプリングを有効化または無効化するためと、電気リード線５０６を介するＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６から５１０へのパルス・カウント（Γ測定値）情報の伝送を制御するためのＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６と通信しかつ（制御バス５０４を介して）これらを制御する。
【００７０】
デジタル・プロセス及び制御システム５１０は電気ケーブル２１６を介してＸ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４に制御可能式に接続し、Ｘ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４を、ワークピース１５２をＧＣＩＢ軸１２９の経路の内外へ配置するように制御しかつワークピースホルダ１５０を図９に示すような、それが粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２上に取り付けられるコンポーネントの機能に衝突もせず妨害もしない場所まで外すことができる。分析器取付け及びアライメント・プレート３２４、粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２及びワークピースホルダ１５０が図９に示すように位置決めされると、〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ及びΓはデジタル・プロセス及び制御システム５１０により先に述べた方法に従って測定される。デジタル・プロセス及び制御システム５１０が粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２のＧＣＩＢ軸１２９からの後退を命令すると、図４に示す構成が得られ、先に述べた方法に従ってビーム電流値Ｉが測定される。図４及び５に示す構成を使用して、デジタル・プロセス及び制御システム５１０はビーム・ゲーティング・コントローラ３９８にビームをゲートオフするように命令し、先に述べた方法の時間により平均速度〈ｖ〉を測定する。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、式２により〈ｑ〉を計算し、式３により〈Ｅ〉を計算しかつ式５により〈ｍ〉を計算する。
【００７１】
図１０は、ワークピースの処理を可能にするためにビーム測定装置がビームから外されている、本発明の第１の好適な実施形態による改良されたＧＣＩＢ測定及びプロセス装置５５０を示す略図である。図が示すように、分析器取付け及びアライメント・プレート３２４及び粒子検出器取付け及びアライメント・プレートは共に、デジタル・プロセス及び制御システム５１０のコマンドによりＧＣＩＢ１２８の経路から後退されている。半導体ウェーハである可能性のあるワークピース１５２は、ワークピースホルダ１５０により保持される。ワークピースホルダは、ワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８の経路の内外へ配置しかつＧＣＩＢ１２８によるワークピース１５２の一様な処理を達成すべくワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８に対して一様に走査するように、デジタル・プロセス及び制御システム５１０の制御下でＸ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４によって操縦される。
【００７２】
コントローラ５１０は、ビーム電流センサ３７６によって収集されるサンプリングされたビーム電流をリード線３６８及び電流測定システム３７０を経由して受信し、これによりＧＣＩＢ１２８を監視しかつ予め決められた所望の線量が送られていればＧＣＩＢ１２８からワークピース１５２を外すことによりワークピース１５２が受け入れるＧＣＩＢ線量を制御する。ＧＣＩＢによるワークピース処理の開始に先立って、〈Ｅ〉、ＩT、〈ｍ〉及び〈ｑ〉の何れか、または全てについて所望される目標値または限界値が選定され、デジタル・プロセス及び制御システム５１０内に格納される。目標値または限界値が格納されるＧＣＩＢパラメータについて、デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、ＧＣＩＢ１２８に対し先に述べたようなＧＣＩＢパラメータを測定する。格納されている限界または目標に適合しないとして測定されるＧＣＩＢパラメータは何れも、デジタル・プロセス及び制御システム５１０の制御下で調整される。
【００７３】
〈Ｅ〉は、例えばＶAccを調整することによって調整される。ＩTは、例えば電子制御が可能なガスメータの栓５１２を調整することにより、かつ／またはＶAを調整することにより、かつ／またはＶFを調整することにより調整される。〈ｍ〉は、例えば電子制御が可能なガスメータの栓５１２を調整することにより調整される。〈ｑ〉は、例えばＶA及び／またはＶFを調整することにより調整される。所望される目標値または限界値が格納されているＧＣＩＢパラメータが自動調整により全て取得されていれば、デジタル・プロセス及び制御システム５１０はワークピース１５２の処理に進む。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、各ワークピースの処理に先行して、所望される目標値または限界値が格納されているＧＣＩＢパラメータを監視しかつ必要であればこれを調整する。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、システム調整により格納されたビームの目標値または限界値を達成することができなければ処理を中断してオペレータに（図示されていないディスプレイ手段を介して）信号を送り、こうして１つまたは複数のワークピースの誤った処理を回避する。
【００７４】
図１１は、本発明の第２の好適な実施形態による改良型ＧＣＩＢ測定及びプロセス装置６００を示す略図である。ＧＣＩＢ測定及びプロセス装置６００は先行技術による機械的走査式ＧＣＩＢプロセス装置２００に類似するものであるが、本発明の第２の実施形態を実装するためのＧＣＩＢ測定、監視及び制御改良点を有する。先行技術のプロセス・システムのガスメータの栓１１３は、電子制御が可能なガスメータの栓５１２に代わっている。先行技術システムのビーム電流センサ２１８とその電気リード線２１４は、開口３７２、（ｍ／ｑ）センサ４３２及び電気リード線４４８に代わっている。先行技術システムのコントローラ２２０は、先に述べたコントローラ２２０の全ての機能性を含む、但しこれらに限定されない改良されたケイパビリティ及び機能を有するデジタル・プロセス及び制御システム５１０に代わっている。
【００７５】
デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、例えばＧＣＩＢプロセス・システムの一般制御のための小型汎用コンピュータであることが可能である。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、他のデバイス及び／またはサブシステムと通信しかつこれらを制御するための制御バス５０４を有する。陽極電源１３４、フィラメント電源１３６及び加速器電源１４０は各々遠隔制御ケイパビリティを装備し、デジタル・プロセス及び制御システム５１０による制御バス５０４を介する制御のためにデジタル・プロセス及び制御システム５１０へ制御可能式に接続される。電子制御が可能なガスメータの栓５１２もまた、デジタル・プロセス及び制御システム５１０による制御バス５０４を介する制御のためにデジタル・プロセス及び制御システム５１０へ制御可能式に接続される。改良型ＧＣＩＢ測定及びプロセス装置５００はさらに、先に述べたＧＣＩＢ測定装置３００のエレメントを全て組み込んでいるが、先に述べたＧＣＩＢ交換サブシステムの静電偏向板３９４、電気リード線３９６及びビーム・ゲーティング・コントローラ３９８は使用されない。
【００７６】
同じく、先に述べた別個の二次電子サプレッサ３７４、ビーム電流センサ３７６、電気リード線３６８及び電流測定システム３７０も使用されない。（ｍ／ｑ）センサ４３２は、二次電子サプレッサ４３６を有する有孔ファラデー・カップ４３４と、圧力センサ４４２とを備える。電気リード線４４８は、電流を測定するために、有孔ファラデー・カップを従来型の電流測定システム４４６へ接続する。電気ケーブル４３８は、圧力及び温度信号及びセンサ電力を伝送するために、圧力センサ４４２を（ｍ／ｑ）測定システム４４０へ接続する。電気リード線４４４は、電流測定システム４４６から（ｍ／ｑ）測定システム４４０へ電流測定信号を伝送する。電流測定システム４４６及び（ｍ／ｑ）測定システム４４０は共に遠隔制御が可能であり、データ信号をデジタル・プロセス及び制御システム５１０へ供給することができる。
【００７７】
デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、少なくとも下記のデバイス、即ちＶS1をオンまたはオフ切換するためのサプレッサ電源３８４と、分析器取付け及びアライメント・プレート３２４及び粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２のＧＣＩＢ軸１２９に対する位置決めを命令するための機械的アクチュエータ３２８及び３６０と、ＶAを制御するための陽極電源１３４と、ＶFを制御するためのフィラメント電源１３６と、ＶAccを制御するための加速器電源１４０と、ノズル１１０を介するソース・ガス１１２の流れ及び／または滞留チャンバ１１６におけるソース・ガスの圧力を制御するための電子制御が可能なガスメータの栓５１２と、ＶAnを制御するための分析器電源３８６と、任意選択として、包含されていればＶL3を制御するためのレンズ電源３８８と、ＶDyを制御するためのダイノード電源３９０と、ＶS2をオンまたはオフ切換するためのサプレッサ電源３９２と、圧力センサの電力を制御するためと（ｍ／ｑ）の測定及び送信を命令するための（ｍ／ｑ）測定システム４４０と、ＰＭＴ３５０への供給電圧を制御するためと、ＰＭＴ３５０によるパルスの検出を有効化または無効化するためと、電気リード線５０６を介するＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６から５１０へのパルス・カウント（Γ測定値）情報の伝送を制御するためのＰＭＴコントローラ／パルス・カウンタ／サンプリング・システム３５６と通信しかつ（制御バス５０４を介して）これらを制御する。電流測定システム４４６は、合計ビーム電流ＩTの測定信号を電気リード線４４４を介して（ｍ／ｑ）測定システム４４０へ供給し、また電気リード線６０４を介してデジタル・プロセス及び制御システム５１０へも供給する。（ｍ／ｑ）測定システム４４０は、（ｍ／ｑ）測定信号を電気リード線６０２を介してデジタル・プロセス及び制御システム５１０へ供給する。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は電気ケーブル２１６を介してＸ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４に制御可能式に接続し、Ｘ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４を、ワークピース１５２をＧＣＩＢ軸１２９の経路の内外へ配置するように制御しかつワークピースホルダ１５０を図が示すような、ＧＣＩＢ１２８の合計ビーム電流ＩTの測定を容易にする、または他のＧＣＩＢパラメータの測定を容易にする場所まで外すことができる。
【００７８】
デジタル・プロセス及び制御システム５１０が分析器取付け及びアライメント・プレート３２４、粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２及びワークピースホルダ１５０に図９に類似する位置へ位置決めするように命令すると、〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ及びΓがデジタル・プロセス及び制御システム５１０により先に述べた方法に従って測定される。デジタル・プロセス及び制御システム５１０が分析器取付け及びアライメント・プレート３２４、粒子検出器取付け及びアライメント・プレート３５２及びワークピースホルダ１５０に図１１に示すように位置決めすべく命令すると、先に述べた方法に従ってＩT及び（ｍ／ｑ）が測定される。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、式２により〈ｑ〉を計算し、式３により〈Ｅ〉を計算しかつ式４により〈ｍ〉を計算する。
【００７９】
図１１が示すように、分析器取付け及びアライメント・プレート３２４及び粒子検出器取付け及びアライメント・プレートは共に、ＧＣＩＢ照射によってワークピースを処理するために、デジタル・プロセス及び制御システム５１０のコマンドによりＧＣＩＢ１２８の経路から後退されている。半導体ウェーハである可能性のあるワークピース１５２は、ワークピースホルダ１５０により保持される。ワークピースホルダは、ワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８の経路の内外へ配置しかつＧＣＩＢ１２８によるワークピース１５２の一様な処理を達成すべくワークピース１５２をＧＣＩＢ１２８に対して一様に走査するように、デジタル・プロセス及び制御システム５１０の制御下でＸ走査アクチュエータ２０２及びＹ走査アクチュエータ２０４によって操縦される。
【００８０】
コントローラ５１０は、有孔ファラデー・カップ４３４によって収集されるサンプリングされたビーム電流をリード線４４８及び電流測定システム４４６及び電気リード線６０４を経由して受信し、これによりＧＣＩＢ１２８の合計ビーム電流ＩTを監視しかつ予め決められた所望の線量が送られていればＧＣＩＢ１２８からワークピース１５２を外すことによりワークピース１５２が受け入れるＧＣＩＢ線量を制御する。
【００８１】
ＧＣＩＢによるワークピース処理の開始に先立って、〈Ｅ〉、ＩT、〈ｍ〉及び〈ｑ〉の何れか、または全てについて所望される目標値または限界値が選定され、デジタル・プロセス及び制御システム５１０内に格納される。目標値または限界値が格納されているＧＣＩＢパラメータについて、デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、ＧＣＩＢ１２８に対し先に述べたようなＧＣＩＢパラメータを測定する。格納されている限界または目標に適合しないとして測定されるＧＣＩＢパラメータは何れも、デジタル・プロセス及び制御システム５１０の制御下で調整される。〈Ｅ〉は、例えばＶAccを調整することによって調整される。ＩTは、例えば電子制御が可能なガスメータの栓５１２を調整することにより、かつ／またはＶAを調整することにより、かつ／またはＶFを調整することにより調整される。
〈ｍ〉は、例えば電子制御が可能なガスメータの栓５１２を調整することにより調整される。〈ｑ〉は、例えばＶA及び／またはＶFを調整することによって調整される。所望される目標値または限界値が格納されているＧＣＩＢパラメータが自動調整により全て取得されていれば、デジタル・プロセス及び制御システム５１０はワークピース１５２の処理に進む。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、各ワークピースの処理に先行して、所望される目標値または限界値が格納されているＧＣＩＢパラメータを監視しかつ必要であればこれを調整する。デジタル・プロセス及び制御システム５１０は、システム調整により格納されたビームの目標値または限界値を達成することができなければ処理を中断してオペレータに（図示されていないディスプレイ手段を介して）信号を送り、こうして１つまたは複数のワークピースの誤った処理を回避する。
【００８２】
以上、ガスクラスタ・イオン・ビームの測定に関連して本発明を説明したが、発明者は、本発明が標準温度及び標準気圧の条件下で気体である原料物質を含まないクラスタ・イオン・ビームのパラメータの測定にも適用可能であり、従って、ガスクラスタ・イオン・ビーム及び例えば金属クラスタ・イオン・ビーム等の非ガスクラスタ・イオン・ビームを含むクラスタ・イオン・ビームのより一般的な測定事例において有用であるものと認識している。発明者はさらに、本発明がかなり重い分子を含む分子イオン・ビームのパラメータの測定に有用であるものと認識している。様々な実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は本発明の精神の範囲内にある広範なさらなる、及び他の実施形態においても可能であることは認識されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】静電走査ビームを使用する先行技術によるＧＣＩＢプロセス装置の基本エレメントを示す略図である。
【図２】ワークピースの機械的走査を有する固定ビームを使用するＧＣＩＢプロセス装置の基本エレメントを示す略図である。
【図３Ａ】分析器の電圧がゼロである事例を描いた、本発明によるビーム測定を行うための装置の第１の実施形態を示す略図である。
【図３Ｂ】分析器の電圧が非ゼロである事例を描いた、本発明によるビーム測定を行うための装置の第１の実施形態を示す略図である。
【図４】ビーム・サンプルの電流Ｉを測定すべく構成された本発明によるビーム測定を行うための装置の第１の実施形態を示す略図である。
【図５】ビーム・サンプルに関する飛行時間形測定のためのビーム・ゲーティングを示す、本発明によるビーム測定を行うための装置の第１の実施形態を示す略図である。
【図６】ビーム全体の電流を測定できるようにビーム経路から外して改良された、ビーム測定を行うための本発明による装置の第１の実施形態を示す略図である。
【図７】ビーム測定を行うための本発明による装置の第２の実施形態の略図である。
【図８】ビームから外して改良されかつ処理のためにワークピースがビームへと挿入された、ビーム測定を行うための本発明による装置の第１の実施形態を示す略図である。
【図９】本発明の第１の実施形態によるＧＣＩＢプロセス装置を示す略図である。
【図１０】ワークピースを処理できるようにビーム測定装置がビームから外されている、本発明の第１の実施形態によるＧＣＩＢプロセス装置を示す略図である。
【図１１】ワークピースを処理できるようにビーム測定装置がビームから外されている、本発明の第２の実施形態による改良されたＧＣＩＢプロセス装置を示す略図である。
【符号の説明】
【００８４】
１００ ＧＣＩＢプロセッサ（飛行時間測定手段）
１０２ 真空容器
１０４ チャンバ
１０６ チャンバ
１０８ チャンバ
１５０ ワークピースホルダ（ワークピース保持手段）
３０２ イオン・ビーム減衰器
３７６ 電流センサ（電流測定手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧チャンバ内にビーム経路を有するクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均電荷状態〈ｑ〉を決定する方法であって、
上記減圧チャンバ内に、クラスタ・イオン・ビーム減衰器と、粒子流量測定手段と、クラスタ・イオン・ビーム電流測定手段とを供給するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビームの経路内に配置して上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルのクラスタ・イオン・ビーム電流Ｉとを順に測定するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均電荷状態〈ｑ〉の測度を次式、即ち、
を使用して計算するステップとを含み、
α及びβは校正定数であり、ｅは電子電荷の大きさである方法。
【請求項２】
上記粒子流量測定は上記クラスタ・イオン・ビーム電流測定に先行して実行される請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記粒子流量測定は上記クラスタ・イオン・ビーム電流測定の後に実行される請求項１記載の方法。
【請求項４】
上記校正定数α及びβを予め決定するステップをさらに含み、αは上記ビーム電流測定手段の検出効率であり、βは上記粒子流量測定手段の検出効率である請求項１記載の方法。
【請求項５】
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビーム経路から外すステップをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの上記決定された平均電荷状態
〈ｑ〉を使用してクラスタ・イオン・ビーム・パラメータの調整を制御するステップをさらに含む請求項５記載の方法。
【請求項７】
上記クラスタ・イオン・ビームはガスクラスタ・イオン・ビームである請求項５記載の方法。
【請求項８】
減圧チャンバ内にビーム経路を有するクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均質量〈ｍ〉を決定する方法であって、
上記減圧チャンバ内に、電荷当たりの平均エネルギー測定手段と、平均速度測定手段と、粒子流量測定手段と、クラスタ・イオン・ビーム電流測定手段とを供給するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビームの経路内に配置して上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルのクラスタ・イオン・ビーム電流Ｉと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの平均速度〈ｖ〉とを順に、但し任意の順序で測定するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均質量〈ｍ〉の測度を次式、即ち、
を使用して計算するステップとを含み、
α及びβは校正定数であり、ｅは電子電荷の大きさである方法。
【請求項９】
上記校正定数α及びβを予め決定するステップをさらに含み、αは上記ビーム電流測定手段の検出効率であり、βは上記粒子流量測定手段の検出効率である請求項８記載の方法。
【請求項１０】
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビーム経路から外すステップをさらに含む請求項８記載の方法。
【請求項１１】
上記クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの上記決定された平均質量
〈ｍ〉を使用してクラスタ・イオン・ビーム・パラメータの調整を制御するステップをさらに含む請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
上記クラスタ・イオン・ビームはガスクラスタ・イオン・ビームである請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
減圧チャンバ内にビーム経路を有するクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均エネルギー〈Ｅ〉を決定する方法であって、
上記減圧チャンバ内に、電荷当たりの平均エネルギー測定手段と、粒子流量測定手段と、クラスタ・イオン・ビーム電流測定手段とを供給するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビームの経路内に配置して上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルのクラスタ・イオン・ビーム電流Ｉと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅとを順に、但し任意の順序で測定するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均エネルギー〈Ｅ〉の測度を次式、即ち、
を使用して計算するステップとを含み、
α及びβは校正定数であり、ｅは電子電荷の大きさである方法。
【請求項１４】
上記校正定数α及びβを予め決定するステップをさらに含み、αは上記ビーム電流測定手段の検出効率であり、βは上記粒子流量測定手段の検出効率である請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビーム経路から外すステップをさらに含む請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
上記クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの上記決定された平均エネルギー〈Ｅ〉を使用してクラスタ・イオン・ビーム・パラメータの調整を制御するステップをさらに含む請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
上記クラスタ・イオン・ビームはガスクラスタ・イオン・ビームである請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
減圧チャンバ内にビーム経路を有するクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均質量〈ｍ〉を決定する方法であって、
上記減圧チャンバ内に、電荷当たりの平均エネルギー測定手段と、電荷当たりの平均質量測定手段と、粒子流量測定手段と、クラスタ・イオン・ビーム電流測定手段とを供給するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビームの経路内に配置して上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルのクラスタ・イオン・ビーム電流Ｉと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均質量〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅとを順に、但し任意の順序で測定するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均質量〈ｍ〉の測度を次式、即ち、
を使用して計算するステップとを含み、
α及びβは校正定数であり、ｅは電子電荷の大きさである方法。
【請求項１９】
上記校正定数α及びβを予め決定するステップをさらに含み、αは上記ビーム電流測定手段の検出効率であり、βは上記粒子流量測定手段の検出効率である請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビーム経路内から外すステップをさらに含む請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの上記決定された平均質量〈ｍ〉を使用してクラスタ・イオン・ビーム・パラメータの調整を制御するステップをさらに含む請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
上記クラスタ・イオン・ビームはガスクラスタ・イオン・ビームである請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
ガスクラスタ・イオン・ビームを使用してワークピースの表面を処理する装置であって、
真空容器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを生成するためのガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースと、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームをビーム経路に沿って加速するための加速器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを処理すべく上記ワークピースを保持するためのワークピース保持手段と、
上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ビーム経路沿いの１つのロケーションで上記加速されたガスクラスタ・イオン・ビームを介して選択的に走査するためと、上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から選択的に外すための第１の制御可能な移動手段と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内の減衰器を選択的に位置決めするため、または減衰されないガスクラスタ・イオン・ビームによるワークピースの処理を可能にすべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするための第２の制御可能な移動手段を有するクラスタ・イオン・ビーム減衰器と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの電流Ｉを測定するためのクラスタ・イオン・ビーム電流測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γを測定するための粒子流量測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの平均速度〈ｖ〉を測定するための飛行時間形測定手段と、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅを測定するためのスペクトロメータ手段と、
〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ、Ｉ、Γ及び〈ｖ〉の測定値を処理して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均質量〈ｍ〉の測度を計算するための計算手段と、
平均質量〈ｍ〉の測定を行うべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内へ位置決めし、かつまた上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするためと、ワークピースを処理すべく上記ワークピースを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路を介して走査するために、上記第１及び第２の制御可能な移動手段に信号を供給するための制御手段とを備える装置。
【請求項２４】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均質量〈ｍ〉の測度を使用して上記ワークピースの処理を改良すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビームの製造を制御する請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均質量〈ｍ〉の測度を使用して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均質量〈ｍ〉を所望される値に調整する請求項２３記載の装置。
【請求項２６】
ガスクラスタ・イオン・ビームを使用してワークピースの表面を処理する装置であって、
真空容器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを生成するためのガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースと、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームをビーム経路に沿って加速するための加速器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを処理すべく上記ワークピースを保持するためのワークピース保持手段と、
上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ビーム経路沿いの１つのロケーションで上記加速されたガスクラスタ・イオン・ビームを介して選択的に走査するためと、上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から選択的に外すための第１の制御可能な移動手段と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内の減衰器を選択的に位置決めするため、または減衰されないガスクラスタ・イオン・ビームによるワークピースの処理を可能にすべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするための第２の制御可能な移動手段を有するクラスタ・イオン・ビーム減衰器と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの電流Ｉを測定するためのクラスタ・イオン・ビーム電流測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γを測定するための粒子流量測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの平均速度〈ｖ〉を測定するための飛行時間形測定手段と、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅを測定するためのスペクトロメータ手段と、
〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ、Ｉ、Γ及び〈ｖ〉の測定値を処理して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均エネルギー〈Ｅ〉の測度を計算するための計算手段と、
平均エネルギー〈Ｅ〉の測定を行うべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内へ位置決めし、かつまた上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするためと、ワークピースを処理すべく上記ワークピースを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路を介して走査するために、上記第１及び第２の制御可能な移動手段に信号を供給するための制御手段とを備える装置。
【請求項２７】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均エネルギー〈Ｅ〉の測度を使用して上記ワークピースの処理を改良すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビームの製造を制御する請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均エネルギー〈Ｅ〉の測度を使用して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均エネルギー〈Ｅ〉を所望される値に調整する請求項２６記載の装置。
【請求項２９】
ガスクラスタ・イオン・ビームを使用してワークピースの表面を処理する装置であって、
真空容器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを生成するためのガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースと、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームをビーム経路に沿って加速するための加速器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを処理すべく上記ワークピースを保持するためのワークピース保持手段と、
上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ビーム経路沿いの１つのロケーションで上記加速されたガスクラスタ・イオン・ビームを介して選択的に走査するためと、上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から選択的に外すための第１の制御可能な移動手段と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内の減衰器を選択的に位置決めするため、または減衰されないガスクラスタ・イオン・ビームによるワークピースの処理を可能にすべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするための第２の制御可能な移動手段を有するクラスタ・イオン・ビーム減衰器と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの電流Ｉを測定するためのクラスタ・イオン・ビーム電流測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γを測定するための粒子流量測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均質量〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅを測定するための電荷当たりの平均質量測定手段と、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅを測定するためのスペクトロメータ手段と、
〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ、Ｉ、Γ及び〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅの測定値を処理して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均質量〈ｍ〉の測度を計算するための計算手段と、
平均質量〈ｍ〉の測定を行うべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内へ位置決めし、かつまた上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするためと、ワークピースを処理すべく上記ワークピースを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路を介して走査するために、上記第１及び第２の制御可能な移動手段に信号を供給するための制御手段とを備える装置。
【請求項３０】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均質量〈ｍ〉の測度を使用して上記ワークピースの処理を改良すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビームの製造を制御する請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均質量〈ｍ〉の測度を使用して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均質量〈ｍ〉を所望される値に調整する請求項２９記載の装置。
【請求項３２】
ガスクラスタ・イオン・ビームを使用してワークピースの表面を処理する装置であって、
真空容器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを生成するためのガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースと、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームをビーム経路に沿って加速するための加速器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを処理すべく上記ワークピースを保持するためのワークピース保持手段と、
上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ビーム経路沿いの１つのロケーションで上記加速されたガスクラスタ・イオン・ビームを介して選択的に走査するためと、上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から選択的に外すための第１の制御可能な移動手段と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内の減衰器を選択的に位置決めするため、または減衰されないガスクラスタ・イオン・ビームによるワークピースの処理を可能にすべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするための第２の制御可能な移動手段を有するクラスタ・イオン・ビーム減衰器と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの電流Ｉを測定するためのクラスタ・イオン・ビーム電流測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γを測定するための粒子流量測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均質量〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅを測定するための電荷当たりの平均質量測定手段と、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅを測定するためのスペクトロメータ手段と、
〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ、Ｉ、Γ及び〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅの測定値を処理して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均エネルギー〈Ｅ〉の測度を計算するための計算手段と、
平均エネルギー〈Ｅ〉の測定を行うべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内へ位置決めし、かつまた上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするためと、ワークピースを処理すべく上記ワークピースを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路を介して走査するために、上記第１及び第２の制御可能な移動手段に信号を供給するための制御手段とを備える装置。
【請求項３３】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均エネルギー〈Ｅ〉の測度を使用して上記ワークピースの処理を改良すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビームの製造を制御する請求項３２記載の装置。
【請求項３４】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均エネルギー〈Ｅ〉の測度を使用して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均エネルギー〈Ｅ〉を所望される値に調整する請求項３２記載の装置。
【請求項１】
減圧チャンバ内にビーム経路を有するクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均電荷状態〈ｑ〉を決定する方法であって、
上記減圧チャンバ内に、クラスタ・イオン・ビーム減衰器と、粒子流量測定手段と、クラスタ・イオン・ビーム電流測定手段とを供給するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビームの経路内に配置して上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルのクラスタ・イオン・ビーム電流Ｉとを順に測定するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均電荷状態〈ｑ〉の測度を次式、即ち、
を使用して計算するステップとを含み、
α及びβは校正定数であり、ｅは電子電荷の大きさである方法。
【請求項２】
上記粒子流量測定は上記クラスタ・イオン・ビーム電流測定に先行して実行される請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記粒子流量測定は上記クラスタ・イオン・ビーム電流測定の後に実行される請求項１記載の方法。
【請求項４】
上記校正定数α及びβを予め決定するステップをさらに含み、αは上記ビーム電流測定手段の検出効率であり、βは上記粒子流量測定手段の検出効率である請求項１記載の方法。
【請求項５】
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビーム経路から外すステップをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの上記決定された平均電荷状態
〈ｑ〉を使用してクラスタ・イオン・ビーム・パラメータの調整を制御するステップをさらに含む請求項５記載の方法。
【請求項７】
上記クラスタ・イオン・ビームはガスクラスタ・イオン・ビームである請求項５記載の方法。
【請求項８】
減圧チャンバ内にビーム経路を有するクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均質量〈ｍ〉を決定する方法であって、
上記減圧チャンバ内に、電荷当たりの平均エネルギー測定手段と、平均速度測定手段と、粒子流量測定手段と、クラスタ・イオン・ビーム電流測定手段とを供給するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビームの経路内に配置して上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルのクラスタ・イオン・ビーム電流Ｉと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの平均速度〈ｖ〉とを順に、但し任意の順序で測定するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均質量〈ｍ〉の測度を次式、即ち、
を使用して計算するステップとを含み、
α及びβは校正定数であり、ｅは電子電荷の大きさである方法。
【請求項９】
上記校正定数α及びβを予め決定するステップをさらに含み、αは上記ビーム電流測定手段の検出効率であり、βは上記粒子流量測定手段の検出効率である請求項８記載の方法。
【請求項１０】
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビーム経路から外すステップをさらに含む請求項８記載の方法。
【請求項１１】
上記クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの上記決定された平均質量
〈ｍ〉を使用してクラスタ・イオン・ビーム・パラメータの調整を制御するステップをさらに含む請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
上記クラスタ・イオン・ビームはガスクラスタ・イオン・ビームである請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
減圧チャンバ内にビーム経路を有するクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均エネルギー〈Ｅ〉を決定する方法であって、
上記減圧チャンバ内に、電荷当たりの平均エネルギー測定手段と、粒子流量測定手段と、クラスタ・イオン・ビーム電流測定手段とを供給するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビームの経路内に配置して上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルのクラスタ・イオン・ビーム電流Ｉと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅとを順に、但し任意の順序で測定するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均エネルギー〈Ｅ〉の測度を次式、即ち、
を使用して計算するステップとを含み、
α及びβは校正定数であり、ｅは電子電荷の大きさである方法。
【請求項１４】
上記校正定数α及びβを予め決定するステップをさらに含み、αは上記ビーム電流測定手段の検出効率であり、βは上記粒子流量測定手段の検出効率である請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビーム経路から外すステップをさらに含む請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
上記クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの上記決定された平均エネルギー〈Ｅ〉を使用してクラスタ・イオン・ビーム・パラメータの調整を制御するステップをさらに含む請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
上記クラスタ・イオン・ビームはガスクラスタ・イオン・ビームである請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
減圧チャンバ内にビーム経路を有するクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均質量〈ｍ〉を決定する方法であって、
上記減圧チャンバ内に、電荷当たりの平均エネルギー測定手段と、電荷当たりの平均質量測定手段と、粒子流量測定手段と、クラスタ・イオン・ビーム電流測定手段とを供給するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビームの経路内に配置して上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルのクラスタ・イオン・ビーム電流Ｉと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅと、上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均質量〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅとを順に、但し任意の順序で測定するステップと、
上記クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均質量〈ｍ〉の測度を次式、即ち、
を使用して計算するステップとを含み、
α及びβは校正定数であり、ｅは電子電荷の大きさである方法。
【請求項１９】
上記校正定数α及びβを予め決定するステップをさらに含み、αは上記ビーム電流測定手段の検出効率であり、βは上記粒子流量測定手段の検出効率である請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
上記クラスタ・イオン・ビーム減衰器を上記クラスタ・イオン・ビーム経路内から外すステップをさらに含む請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
クラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの上記決定された平均質量〈ｍ〉を使用してクラスタ・イオン・ビーム・パラメータの調整を制御するステップをさらに含む請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
上記クラスタ・イオン・ビームはガスクラスタ・イオン・ビームである請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
ガスクラスタ・イオン・ビームを使用してワークピースの表面を処理する装置であって、
真空容器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを生成するためのガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースと、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームをビーム経路に沿って加速するための加速器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを処理すべく上記ワークピースを保持するためのワークピース保持手段と、
上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ビーム経路沿いの１つのロケーションで上記加速されたガスクラスタ・イオン・ビームを介して選択的に走査するためと、上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から選択的に外すための第１の制御可能な移動手段と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内の減衰器を選択的に位置決めするため、または減衰されないガスクラスタ・イオン・ビームによるワークピースの処理を可能にすべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするための第２の制御可能な移動手段を有するクラスタ・イオン・ビーム減衰器と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの電流Ｉを測定するためのクラスタ・イオン・ビーム電流測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γを測定するための粒子流量測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの平均速度〈ｖ〉を測定するための飛行時間形測定手段と、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅを測定するためのスペクトロメータ手段と、
〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ、Ｉ、Γ及び〈ｖ〉の測定値を処理して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均質量〈ｍ〉の測度を計算するための計算手段と、
平均質量〈ｍ〉の測定を行うべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内へ位置決めし、かつまた上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするためと、ワークピースを処理すべく上記ワークピースを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路を介して走査するために、上記第１及び第２の制御可能な移動手段に信号を供給するための制御手段とを備える装置。
【請求項２４】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均質量〈ｍ〉の測度を使用して上記ワークピースの処理を改良すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビームの製造を制御する請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均質量〈ｍ〉の測度を使用して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均質量〈ｍ〉を所望される値に調整する請求項２３記載の装置。
【請求項２６】
ガスクラスタ・イオン・ビームを使用してワークピースの表面を処理する装置であって、
真空容器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを生成するためのガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースと、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームをビーム経路に沿って加速するための加速器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを処理すべく上記ワークピースを保持するためのワークピース保持手段と、
上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ビーム経路沿いの１つのロケーションで上記加速されたガスクラスタ・イオン・ビームを介して選択的に走査するためと、上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から選択的に外すための第１の制御可能な移動手段と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内の減衰器を選択的に位置決めするため、または減衰されないガスクラスタ・イオン・ビームによるワークピースの処理を可能にすべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするための第２の制御可能な移動手段を有するクラスタ・イオン・ビーム減衰器と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの電流Ｉを測定するためのクラスタ・イオン・ビーム電流測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γを測定するための粒子流量測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの平均速度〈ｖ〉を測定するための飛行時間形測定手段と、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅを測定するためのスペクトロメータ手段と、
〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ、Ｉ、Γ及び〈ｖ〉の測定値を処理して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均エネルギー〈Ｅ〉の測度を計算するための計算手段と、
平均エネルギー〈Ｅ〉の測定を行うべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内へ位置決めし、かつまた上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするためと、ワークピースを処理すべく上記ワークピースを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路を介して走査するために、上記第１及び第２の制御可能な移動手段に信号を供給するための制御手段とを備える装置。
【請求項２７】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均エネルギー〈Ｅ〉の測度を使用して上記ワークピースの処理を改良すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビームの製造を制御する請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均エネルギー〈Ｅ〉の測度を使用して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均エネルギー〈Ｅ〉を所望される値に調整する請求項２６記載の装置。
【請求項２９】
ガスクラスタ・イオン・ビームを使用してワークピースの表面を処理する装置であって、
真空容器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを生成するためのガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースと、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームをビーム経路に沿って加速するための加速器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを処理すべく上記ワークピースを保持するためのワークピース保持手段と、
上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ビーム経路沿いの１つのロケーションで上記加速されたガスクラスタ・イオン・ビームを介して選択的に走査するためと、上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から選択的に外すための第１の制御可能な移動手段と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内の減衰器を選択的に位置決めするため、または減衰されないガスクラスタ・イオン・ビームによるワークピースの処理を可能にすべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするための第２の制御可能な移動手段を有するクラスタ・イオン・ビーム減衰器と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの電流Ｉを測定するためのクラスタ・イオン・ビーム電流測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γを測定するための粒子流量測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均質量〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅを測定するための電荷当たりの平均質量測定手段と、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅを測定するためのスペクトロメータ手段と、
〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ、Ｉ、Γ及び〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅの測定値を処理して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均質量〈ｍ〉の測度を計算するための計算手段と、
平均質量〈ｍ〉の測定を行うべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内へ位置決めし、かつまた上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするためと、ワークピースを処理すべく上記ワークピースを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路を介して走査するために、上記第１及び第２の制御可能な移動手段に信号を供給するための制御手段とを備える装置。
【請求項３０】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均質量〈ｍ〉の測度を使用して上記ワークピースの処理を改良すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビームの製造を制御する請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均質量〈ｍ〉の測度を使用して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均質量〈ｍ〉を所望される値に調整する請求項２９記載の装置。
【請求項３２】
ガスクラスタ・イオン・ビームを使用してワークピースの表面を処理する装置であって、
真空容器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを生成するためのガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースと、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームをビーム経路に沿って加速するための加速器と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームを処理すべく上記ワークピースを保持するためのワークピース保持手段と、
上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ビーム経路沿いの１つのロケーションで上記加速されたガスクラスタ・イオン・ビームを介して選択的に走査するためと、上記ワークピース保持手段と上記ワークピースとを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から選択的に外すための第１の制御可能な移動手段と、
上記真空容器内の、ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルを形成すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内の減衰器を選択的に位置決めするため、または減衰されないガスクラスタ・イオン・ビームによるワークピースの処理を可能にすべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするための第２の制御可能な移動手段を有するクラスタ・イオン・ビーム減衰器と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの電流Ｉを測定するためのクラスタ・イオン・ビーム電流測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルの粒子流量Γを測定するための粒子流量測定手段と、
上記ガスクラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均質量〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅを測定するための電荷当たりの平均質量測定手段と、
上記クラスタ・イオン・ビームの減衰されたサンプルにおけるクラスタ・イオンの電荷当たりの平均エネルギー〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅを測定するためのスペクトロメータ手段と、
〔Ｅ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅ、Ｉ、Γ及び〔ｍ／ｑ〕ａｖｅｒａｇｅの測定値を処理して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタ・イオンの平均エネルギー〈Ｅ〉の測度を計算するための計算手段と、
平均エネルギー〈Ｅ〉の測定を行うべく上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路内へ位置決めし、かつまた上記減衰器を上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路から離して位置決めするためと、ワークピースを処理すべく上記ワークピースを上記ガスクラスタ・イオン・ビーム経路を介して走査するために、上記第１及び第２の制御可能な移動手段に信号を供給するための制御手段とを備える装置。
【請求項３３】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均エネルギー〈Ｅ〉の測度を使用して上記ワークピースの処理を改良すべく上記ガスクラスタ・イオン・ビームの製造を制御する請求項３２記載の装置。
【請求項３４】
上記ガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースは制御可能なガスクラスタ・イオン・ビーム・ソースであり、上記制御手段は上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均エネルギー〈Ｅ〉の測度を使用して上記ガスクラスタ・イオン・ビームにおけるクラスタの平均エネルギー〈Ｅ〉を所望される値に調整する請求項３２記載の装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２００６−５１９９８２（Ｐ２００６−５１９９８２Ａ）
【公表日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５０３０５６（Ｐ２００６−５０３０５６）
【出願日】平成１６年１月２７日（２００４．１．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／００２１９６
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０６８１４８
【国際公開日】平成１６年８月１２日（２００４．８．１２）
【出願人】（５０５０９９７５０）エピオン コーポレーション (9)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１月２７日（２００４．１．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／００２１９６
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０６８１４８
【国際公開日】平成１６年８月１２日（２００４．８．１２）
【出願人】（５０５０９９７５０）エピオン コーポレーション (9)
【Ｆターム（参考）】
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