CN102597312B - 用于束处理系统的气体传输 - Google Patents

Abstract

从多种气体源进入到束系统的样品腔中的气体流由用于每种气体源的循环阀控制，所述样品腔中的气体压力由阀打开的相对时间以及阀的上游压力确定。设置在真空腔内部的气体阀允许在截止气体方面快速响应。在一些优选的实施方式中，前体气体由容器中的固态或液态材料被供应，所述容器在使用时仍保持在所述真空系统外部并且被容易地连接到所述气体注入系统或从所述气体注入系统断开而不存在显著的泄漏。

Description

用于束处理系统的气体传输

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年11月16提交的美国临时申请61/261,622的优先权，该文献以引用的方式结合到本文。

技术领域

本发明涉及提供用于束处理系统、离子束或电子束系统的气体的系统。

背景技术

束系统例如是电子束系统、离子束系统、激光束系统、簇束系统和中性粒子束系统，所述束系统被用于通过蚀刻或沉积在表面上形成特征。束引发的沉积工艺使用前体气体，所述前体气体在存在该束的情况下产生反应以在束撞击的区域中的表面上沉积材料。例如，气态有机金属化合物（例如，六羰基钨）被设置在样品附近并且被吸收到该表面上面。在存在带电粒子束（例如，离子束或电子束）的情况下，该有机金属化合物分解以形成保留在该表面上的金属以及通过真空泵移除的挥发性有机化合物。蚀刻工艺使用这样的前体气体，该前体气体与工件的表面反应以形成挥发性化合物。例如，碘能够被用于蚀刻硅晶片。碘在存在束的情况下反应以形成挥发性碘化硅化合物，该碘化硅化合物离开样品表面并且通过真空泵移除。

前体气体通过“气体注入系统”或“GIS”被引入到真空中。该气体注入系统通常包括气体源和气体引导器，例如针或漏斗，该气体引导器被设置在所述样品附近并且将所述气体朝向工件引导。由在室温下呈固态或液态的材料形成的前体气体通常从真空腔内的熔炉被供应。该气体流通过加热该固体或液体而产生，以增加其蒸发压力，从而使得气体流经该气体引导器并且进入到真空腔中。例如，六羰基钨在室温下是固体并且典型地被加热到大约55℃或60℃以升高其蒸发压力，从而实现进入到真空腔中的合适流量。

例如，在Jorgen Rasmussen的名为“Gas Injection System”的美国专利5,435,850中描述了一种现有技术系统。Rasmussen的气体注入系统包括熔炉，固态或液态源材料被存储在该熔炉中。该熔炉被设置在真空腔内。该熔炉被加热以增加源材料的蒸气压力，并且来自源材料的气体然后流动到样品。通过供应到熔炉的热量的量以及通过将柱塞定位在阀内以控制阀开口的大小来调节气体流量。在许多应用中，受限的熔炉能力需要频繁地补填该熔炉。一些前体化学物的危险性质使得在补填期间必须存在特定的安全设备，该设备在现场可能不容易被获得。这种系统还需要在每次补填之后再对齐，使得针指向带电粒子束的撞击点。控制温度以及阀开口提供控制带电粒子束系统的样品腔内的压力的受限能力。

另一类型的气体注入系统在Casella的名为“Gas Delivery Systems for Particle Beam Processing”的美国专利No.5,851,413中被描述。在Casella的系统中，该前体被存储在真空腔外部并且流经导管以进入到样品附近的气体浓缩器中。将前体气体存储在真空腔外部的系统通常包括阀，例如步进电机控制的隔膜阀，以控制气体流量。

在现有技术系统中，在带电粒子束样品腔中的前体气体的压力控制受到限制，这是因为该压力仅通过控制气体源的温度或隔膜阀的开度而被控制。真空泵持续地移除样品腔中的气体，且因此当气体流入等于气体流出时达到均衡腔中的该压力。在输入气体路径中需要孔以限制流量，使得在样品腔中能够保持低压。然而，这种孔增加了使样品腔升高到期望操作压力所需的时间。

图1示出了用于气体注入系统中的典型现有技术隔膜阀100。阀100包括阀体102和致动器，所述致动器例如是控制阀杆106的位置的步进电机104或气动阀，该阀杆在供应管线112中的开口处将隔膜108定位在阀座110上。当阀杆106将隔膜压靠阀座110中的开口上时，无气体流经该开口。当阀杆移离该开口时，如图1所示，该隔膜允许气体从供应管线112流入该阀中并且通过出口管线114流出该阀。压力在气体系统的出口处被测量并接着利用校准表来相互关联以反馈到控制系统。

隔膜阀操作在部分打开位置，其中流量取决于开度以及上游气体压力。一旦确定提供期望腔压力的开度，那么该阀通常保持在该位置，除非腔中的压力需要调节。流量控制是粗略的，并且阀杆的位置不与流率高度相互关联。也就是说，提供在第一系统上的第一样品压力腔的阀设置将不必要在第二系统上提供相同的压力。在这种处理中，优选的是保持在处理气体之间的期望比。当每种成分的控制不精确时，可能难以保持该期望比。

美国专利公布No. 2009/0223451描述了一种用于将前体气体传输到束仪器的系统。该系统使用载体气体来稀释前体气体并且将该前体气体从一个或多个熔炉携载通过单条主管线到达针并且进入到样品真空腔中。载体气体和来自每个熔炉的气体的流量部分地通过控制气动阀的工作比（duty cycle）而被控制。每个熔炉和主管线的一部分处于气体封套中，该气体封套开通到样品真空腔。当熔炉阀关闭时使用单条主管线会将前体气体留在主管线中，因此需要主管线的吹扫程序，这花费时间并且浪费前体气体。

发明内容

本发明的目的在于改善用于辅助束处理的气体流控制。

根据一些优选的实施方式，从多种气体源进入到束系统的样品腔中的气体流由用于每种气体源的循环阀控制。其中样品腔中的气体压力由阀打开的相对时间以及阀处的上游压力来确定。设置在真空腔内部的气体阀允许在截止气体方面快速地响应。

根据一些优选的实施方式，前体气体由容器中的固态或液态材料供应，该容器在使用时保持在真空系统外部并且被容易地连接到气体注入系统或从该气体注入系统断开而不会存在明显的泄漏。

前述说明已经相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优势，以便使得本发明的下述详细说明可以被更好地理解。本发明的附加特征和优势将在下文被描述。本领域技术人员将理解的是，所公开的概念和具体实施方式可以容易地被用作修改或设计用于实施本发明的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应当认识到的是，这种等同结构不偏离由所附权利要求书阐述的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更透彻地理解本发明及其优势，现参考下述说明结合附图，包括下列附图。

图1示意性地示出了现有技术的隔膜阀。

图2示意性地示出了用于调节气体注入系统的压力的优选系统。

图3示出了用于循环阀的典型控制信号。

图4示出了针对不同阀工作比和频率的腔压力对时间。

图5示出了针对阀控制信号的不同脉宽的腔压力对脉冲数量。

图6示出针对静态工作比和动态变化的工作比的腔压力对工作比。

图7A示意性地示出了本发明的GIS的优选实施方式。图7B示出了图7A的实施方式的喷嘴部分。

图8是根据本发明优选实施方式的用于提供前体气体的优选供给瓶。

具体实施方式

根据本发明的优选实施方式，进入到束系统的样品腔的气体流由“循环”阀（例如，微阀）控制。如在本文使用的，循环阀是指通过在打开位置和关闭位置之间循环来控制流量的阀，其中该流量由在阀开启的给定时段期间的时间比控制。通过使阀快速地循环（通常以大于1赫兹的频率），气体流能够达到平衡至应用所需的程度。在每次循环期间阀保持开启的时间以及每秒的循环次数（即，循环频率）能够被调节以控制通过该阀的气体流量。阀开启的时间百分比被称为“工作比”。当然，该流量还将由阀上的压差来确定。在大多数应用中，样品腔中的压力比在阀的输入侧上的气体压力要低得多，且因此该流量主要由在阀的输入侧上的压力确定。

图2示出了本发明的典型束系统200的一种气体的气体路径的示意图。气体源202通过第一阀206将气体提供给束系统腔204，该第一阀206由气体管线208连接到设置在样品腔204内的第二阀210。阀206和210优选地是微阀，即通过调节阀开启的时间比而不是通过节流气体流来控制流量的小型阀。第一阀206被用于调节到束系统204的气体流，且第二阀210被用作截止阀以在第一阀206失效的情况下停止到系统腔204的流。将第二阀（截止阀）设置靠近气体被注入到样品腔中的点来减少将气体从该腔吹扫所需的时间，这是因为在管线中存在更少的气体要被吹扫。管线208优选地被加热以保持前体处于气态。还能够加热沿气流路径的附加区域。微阀还能够利用点式加热器被加热以防止微阀中的冷凝。

阀206和210由控制器220控制，该控制器220结合来自函数发生器222和功率源224的信号以提供用于这些阀的驱动信号。阀206和210优选地是能够市售得到的微阀。这些微阀典型地包括螺线管，该螺线管克服将阀偏压到封闭位置的弹簧力而打开该阀。当电流流经螺线管的线圈时，螺线管中的柱塞远离阀座移动以允许气体经过阀座。当电流被移除时，该弹簧将柱塞返回到阀座以密封该气体入口。图3示出了典型驱动信号302，该驱动信号302包括：最初电压脉冲304（通常是大约100毫秒（ms）的大约12伏（V）），该最初电压脉冲提供最初脉冲以打开该阀；以及“保持”电压306（通常是大约3-5 V），该保持电压足以将该阀保持在打开位置。“保持”信号306的脉宽308以及频率（即，每秒的循环次数）都是可控的。控制器220设置最初脉冲304的持续时间和高度，并接着将螺线管电压切换为保持电压306持续被编程的时间量。

在优选的实施方式中，样品腔中的气体达到气体压力的期望压力所需的时间通过设置脉宽308来控制，并且保持在腔中的气体压力通过调节每次循环的频率来调节。也就是说，脉宽308能够被设置，使得在每次循环期间该阀停留打开更长的时间段，使得腔压力更快地升高。阀在打开和关闭之间交替的速率被调节以提供样品腔中的期望压力。如果该频率太低，那么腔中的压力将振荡；该频率应当足够高以保持真空腔中的压力的足够均匀性。这种脉宽调制（PWM）控制策略能够被用于提供流量控制、且因此提供对该系统的全部压力范围的压力控制。

图4示出了操作频率和工作比如何随着时间影响腔压力。由圆点表示的数据点代表1/3 Hz的频率；由三角形表示的数据点代表1 Hz的频率；以及由正方形表示的数据点代表3 Hz的频率。被归类到一起并且用附图标记402表示的三条线代表25%的工作比，即该阀在其每次循环25%的时间打开并且75%的时间关闭。用附图标记404表示的三条线代表9.9%的工作比，并且用附图标记406表示的三条线代表3%的工作比。线402示出了，25%的工作比产生大约7.7 x10^-5豪巴(mbar)的腔压力。与3 Hz的频率对应的线402A示出了，该压力是相对稳定的；而与1/3 Hz的频率对应的线402C示出了腔压力中存在显著的波动。线404示出了，9.9%的工作比产生真空腔的大约3.9x10^-5 mbar的压力，而线406示出了，3%的工作比产生真空腔的大约1.9x10^-5 mbar的压力。要注意，工作比与频率以及脉宽相关。

图5示出了当阀脉动时腔中的压力如何增加。菱形所表示的数据点代表5 ms脉冲，即在每次循环期间该阀打开大约5 ms。正方形代表10 ms脉冲，而三角形代表25 ms脉冲。图5示出了，对于相同数量的脉冲而言更长的脉冲持续时间更快地增加了腔压力，并且仅基于阀打开的时间，该增加比预期的更大。

图6示出了当工作比保持恒定时与当工作比动态变化时相比腔压力如何变化。

图7A示出了根据本发明的气体注入系统（GIS）700的实施方式。气体注入系统700延伸穿过壁702进入到真空腔704中并且因此包括位于真空腔704内的部分706以及真空腔704外的部分708。系统700包括两种类型的气体源，如将在下文更详细描述的容器710中的固体和液体以及气罐712。气体源710和712处于真空腔704之外的部分708中，使得这些气体源在腾空时能够被容易地更换。将气体源定位在真空腔外部还允许使用更大容量的容器。气密性贮柜716将容器710和控制阀720保持处于真空环境中。在一些实施方式中，气体源，例如容器710之一（其例如可以是包含固态或液态前体材料的熔炉），被完全容纳在气密性贮柜716的内部而不是使得其一部分延伸到该气密性贮柜外部。这能够简化熔炉或其他气体源的设计。气密性贮柜716被连接到样品腔704中的真空，但是能够通过关闭阀（未示出）而与该真空隔离以便利于更换或补填容器710。

每个筒体712由高压管线721连接到阀720。保持在样品腔外部的气体源提供用于多种气体源的空间并且降低真空腔内所需的空间，从而留有空间用于其他设备。前级泵722被用于抽空腔716。前级泵722在改变气体容器710之后加速贮柜716的抽空，从而消除使得贮柜716中的气体扩散到样品腔704中并且从该样品腔抽空所需的时间。

在存在来自气体源之一的泄漏的情况下，贮柜716提供次级气体容纳结构，从而消除对于独立排空存储盒的需要。许多束系统利用多个端口构造成，这些端口用于将仪器和工具附接到样品腔。存在受限数量的这种端口。本发明允许多种气体通过单个GIS端口插入，由此提供将多种气体供应到具有单个自由端口的现有样品真空腔的能力。

如参考图2在上文描述的，阀720例如将使用脉宽调制控制策略来调节气体流并且第二阀724在第一压力控制阀失效的情况下是截止阀。当该腔被抽空并且期望快速地使得气体压力达到期望水平时，阀724还能够用于提供快速的腔压力恢复。被加热气体管线726将设置在贮柜716中的阀720与设置在延伸到样品腔704内的部分706中的阀724连接。管线726从真空贮柜716延伸通过真空腔704的壁702中的开口，使得阀724处于部分706中，即处于真空腔704的内部中。

部分706的大部分被护罩725围绕，该护罩优选地由高导磁合金（mu-metal）构成以防止阀724所产生的磁场影响带电粒子束。气体管线726例如可以是1/8英寸直径的Teflon^®管，其结合电阻加热器以及用于测量气体管线温度的集成电阻式热装置。被加热的柔性气体管线允许将该气体管线在障碍物周围布线。控制器730（例如，可编程的逻辑控制器）使用气体管线上的温度测量装置以提供反馈给电阻加热器，以保持气体管线726中的合适温度，从而确保该气体在到达样品腔之前不会冷凝。控制器730还控制阀720和724。在一些实施方式中，加热器被设置在阀720和阀724附近，以将前体保持在气态。

阀724的出口管线728输送到漏斗形喷嘴732中，该喷嘴终止于针734中，该针734能够被插入到工件（未示出）附近并且在未被使用时从该工件退回。图7B示出了GIS 700的喷嘴区域的端视图并且示出了关于图7A上文描述的部件的关系。如图7A和图7B所示的系统与固态、液态和气态源相兼容。瓶710和气体筒体712提供在样品腔外部的容易补填并且不需要通风橱。如图7A所示，每个气体容器710优选地具有其自己相应的阀720、管线726、阀724以及进入到732中的管线728。这与一些现有技术的不同之处在于其包括由多个气体源供给的单条主管线。具有用于每个气体源的单独管线以及具有在进入到样品腔704中的气体离开点附近的阀实现改变，从而将气体改变得更为有效，这是因为不必要吹扫主管线并且在阀关闭以停止气体流之后非常少的气体保留在该系统中。

微阀724通常产生能够与带电粒子束（例如，电子束或粒子束）干涉的磁场和电场，所述带电粒子束被用于处理工件。护罩725优选地由高导磁合金材料制成并且被定位成保护该带电粒子束免受阀724的磁场和电场，这种场会改变该束在工件上的撞击点。只不过存在护罩725影响带电粒子的轨迹。该影响是微小的，因为护罩725相对远离带电粒子束柱，但该影响能够通过当在使用之前调整带电粒子束柱时对带电粒子束中的象散校正装置进行调节而被补偿。由于在护罩725移动的情况下象散校正装置上的电压需要被调节，因此护罩优选地保持在固定位置，并且仅非磁性针734被插入或退回。

在现有技术中，需要限流孔以减少气体流，从而维持样品腔中的期望压力。这些孔降低将该腔快速地带到所需压力以及减小样品真空腔中可实现的压力范围的能力。样品腔中可实现的压力通常受GIS限制。本发明的循环阀免除对于限流孔的需要并且因此能够提供大得多范围的流率，且因此提供真空腔中更大的压力范围。操作员能够将该压力设置为仅受腔中所需的真空度限制的值。

不同于最佳地用于低挥发性的固体和液体并且不能处理在室温下处于气态的气体的现有技术盒系统，本发明的实施方式提供将全部类型的处理气体供应到样品真空腔中的能力。将化学物移动到系统真空腔之外使得能够更快、更容易地补填以及切换化学物。在优选实施方式中，前体气体从气体容器710流动通过该系统到达针734，而不需要载体气体将前体气体携载通过该系统。

虽然本发明的实施方式能够将多种气体通过单个GIS端口引导到真空腔中，但是在其它实施方式中能够使用多个端口。本领域技术人员将认识到，本文所述的系统将允许来自多种源的气体同时流动到喷嘴732，由此允许多种前体气体同时被提供在样品表面处。

图8示出了气体供应容器800的优选实施方式，该气体供应容器800包括通常由玻璃制造的瓶802，密封环804被螺纹连接到该瓶802并且在该瓶802与密封膜806之间提供气密性的密封。瓶802盛装固态或液态前体气体源810.。气体供应容器800可以是隔膜瓶，与用于血清的医疗领域中所使用的容器类似。通过利用真空管（例如，由通到GIS中的阀（未示出）中的气体导管814连接的针812）来刺穿密封构件806（通常是高质量Teflon硅酮隔膜），容器800被连接到气体注入系统。例如，瓶802可以盛装例如XeF₂、W(CO₆)、萘、TEOS、碘、或三甲基（甲基环戊二烯合）铂。当瓶802被腾空时，针812被抽回并且密封构件806封闭该针孔，从而形成密封任何残留内容物的气密性密封件。供应容器800能够被换成不具有通风橱并且与液态或固态前体都相兼容。能够使用其它类型的密封件，例如快速释放装配件。

使用气体供应容器800以提供用于微束系统的前体气体的优选方法包括：提供瓶，该瓶具有密封膜并且盛装产生处理气体的固态或液态材料，所述膜将该固态或液态材料保持在瓶中；将由气体导管连接到阀的中空管插入到该瓶中，该阀控制前体气体从瓶到喷嘴的流量，所述管的插入允许气体流过该膜；以及将该气体从喷嘴引导到真空腔中的样品表面。

在气体注入系统的优选实施方式中，真空腔中的压力能够被控制在从大约l x l0^-6 mbar至l x l0^-4 mbar之间的范围内，具有大约l.5 x l0^-6的精度。微阀可以集成到GIS的相对小的空间量中并且提供快速响应和控制。

本发明的优选实施方式包括一种气体注入系统，所述气体注入系统用于将多种处理气体提供到微束处理系统，该微束处理系统具有带受控环境的样品腔，所述气体注入系统包括：

- 用于提供多种处理气体的多种气体源；

- 流率控制阀，所述流率控制阀与所述多种气体源的每一种相关联并且设置在所述样品腔外部以调节来自相应气体源的气体的流率；

- 截止阀，所述截止阀与所述多种气体源的每一种相关联并且设置在所述真空腔内部；

- 一组第一气体导管，每个第一气体导管将来自流率控制阀之一的气体引导到相应的截止阀；以及

- 一组第二气体导管，每个第二气体导管将来自相应截止阀的气体引导到样品腔环境中。

根据优选的实施方式，气体注入系统的全部第二气体导管能够将气体提供到公共喷嘴，以将处理气体朝向样品引导。该气体注入系统还能够包括设置在所述样品腔外部的气密性贮柜，该气密性贮柜容纳流率控制阀以及多种气体源中的至少一些。气体注入系统的多种气体源能够包括在室温下呈固态的材料以及在室温下呈液态的材料。

本发明的优选实施方式还能够包括微束处理系统，用于将处理气体提供到具有受控环境的样品腔，所述微束处理系统包括：

- 样品腔，所述样品腔用于在受控环境下处理工件；

- 气体注入系统，所述气体注入系统包括：

- 用于提供处理气体的气体源；

- 流率控制阀，所述流率控制阀设置在所述样品腔外部以调节来自气体源的处理气体的流率；

- 截止阀，所述截止阀被设置在所述样品腔内部；

- 从所述流率控制阀到所述截止阀的第一导管；以及

- 从所述截止阀到所述样品腔环境的第二导管；以及

- 束源，所述束源用于提供束以通过启动所述处理气体与所述工件表面的反应来加工所述工件。

根据优选的实施方式，微束处理系统的流率控制阀能够是循环阀，该循环阀适于通过在打开位置和关闭位置之间交替来控制流体流。流率控制阀能够适于以比每秒一次更大的速率在打开位置和关闭位置之间交替。该流率控制阀能够由脉宽调制电信号驱动。

根据优选的实施方式，微束处理系统的截止阀能够是适于通过在打开位置与关闭位置之间交替来控制流体流的循环阀。

根据优选的实施方式，微束处理系统还能够包括控制器，所述控制器用于控制所述流率控制阀和所述截止第二阀的操作，所述控制器被编程以使用所述第一阀来调节所述处理气体的流率以及将所述第二阀用作截止阀。

根据优选的实施方式，微束处理系统还能够包括控制器，所述控制器用于控制所述流率控制阀的操作，所述控制器被编程以通过控制所述阀在每次循环期间打开的时间长度来控制样品腔中的气体压力增加的速率，且其中，所述控制器被编程以通过控制每秒的循环次数来控制所述样品腔中的压力。

根据优选的实施方式，微束处理系统的所述束源能够包括带电粒子束柱或激光系统。

根据优选的实施方式，微束处理系统的所述流率控制阀能够包括电磁体，所述电磁体使得柱塞来关闭和打开所述阀。另选地，所述流率控制阀能够包括压电微阀。

根据优选的实施方式，微束处理系统的气体注入系统能够包括气密性贮柜，所述气密性贮柜被设置在所述样品腔外部并且容纳所述气体源和所述流率控制阀。

根据优选的实施方式，权利要求5的微束处理系统还能够包括喷嘴，所述喷嘴用于将所述处理气体引导到所述样品腔内部的样品处。

根据优选的实施方式，微束处理系统的所述处理气体能够包括前体气体、载体气体或吹扫气体。

根据优选的实施方式，所述微束处理系统的所述气体注入系统能够包括：

- 多种气体源；

- 流率控制阀，所述流率控制阀与所述多种气体源的每一种相关联，所述流率控制阀设置在所述样品腔外部以减少来自所述气体源的气体流；

- 截止阀，所述截止阀与所述多种气体源的每一种相关联，所述截止阀设置在所述真空腔内部；

- 从所述流率控制阀到所述截止阀的第一导管；以及

- 从所述截止阀到所述样品腔的第二导管。

根据优选的实施方式，微束系统还能够包括位于所述样品腔外部的气密性贮柜，所述气密性贮柜容纳所述流率控制阀和多种气体源的至少一种。

根据微束系统的优选实施方式，所述气体源的至少一种能够包括设置在所述贮柜外部的罐。

根据微束系统的优选实施方式，所述气密性贮柜中的所述气体源能够包括瓶，所述瓶具有密封膜并且盛装产生处理气体的固态或液态材料。

本发明的优选实施方式还能够包括一种向微束系统提供气态前体的方法，所述微束系统包括气体源以及用于将气体引入到样品腔中的孔，所述方法包括：

- 提供来自第一气体源的第一气体；

- 使第一气体流传送经过所述样品腔外部的第一气流控制阀；

- 将所述第一气体通过孔注入到所述样品腔中；

- 利用所述第一气流控制阀来控制所述样品腔中的所述第一气体的压力；

- 将束朝向所述样品腔中的所述工件引导，以处理所述工件；

- 利用设置在所述样品腔内的第一截止阀来停止所述第一气体流到所述样品腔中；

- 提供来自第二气体源的气体；

- 将所述第二气体传送经过所述样品腔外部的第二气流控制阀；

- 将所述第二气体通过所述孔注入到所述样品腔中；

- 利用所述第二气流控制阀来控制所述样品腔中的所述第二气体的压力；

- 将束朝向所述样品腔中的所述工件引导，以处理所述工件；以及

- 利用设置在所述样品腔内的第一截止阀来停止所述第一气体流到所述样品腔中。

根据向微束系统提供气态前体的方法的优选实施方式，控制所述第一气体的流量或控制所述第二气体的流量能够包括利用循环阀来调节所述第一气体流量或第二气体流量。

根据向微束系统提供气态前体的方法的优选实施方式，利用循环阀能够包括使所述阀以大于每秒一次的速率进行循环。

根据向微束系统提供气态前体的方法的优选实施方式，所述第一阀能够由脉宽调制电信号驱动。

本发明的优选实施方式还能够包括用于微束系统的气体源，所述气体源包括具有膜、盛装产生处理气体的固态或液态材料的瓶。

本发明的优选实施方式还能够包括向微束系统提供前体气体的方法，所述方法包括：

- 提供瓶，所述瓶具有膜并且盛装产生处理气体的固态或液态材料，所述膜将所述固态或液态材料保持在所述瓶中；

- 将中空管插入到所述瓶中，所述中空管由气体导管连接到阀，所述阀控制来自所述瓶的前体气体到喷嘴的流量，所述管的插入允许气体流过所述膜；以及

- 将来自所述喷嘴的气体引导到真空腔中的样品表面。

根据优选的实施方式，向微束系统提供前体气体的方法还能够包括将束朝向所述样品引导，以分解所述前体气体。

虽然已经详细地描述了本发明及其优势，但是应当理解的是，能够对本文所述的实施方式作出各种变化、替代或更换，而不偏离由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围。此外，本申请的范围不旨在局限于在说明书中描述的过程、机械、制造、物质成分、手段、方法和步骤的具体实施方式。如本领域普通技术人员从本发明的公开将容易理解的，根据本发明能够采用现有的或将来待开发的执行与本文所述的相应实施方式大致相同的功能或者实现与所述相应实施方式大致相同的结果的过程、机械、制造、物质成分、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求书旨在将这些过程、机械、制造、物质成分、手段、方法或步骤涵盖在其范围内。

Claims (24)

1.一种气体注入系统，所述气体注入系统用于将多种处理气体提供到微束处理系统，微束处理系统具有带受控环境的样品腔，所述气体注入系统包括：

用于提供多种处理气体的多种气体源；

多个流率控制阀，每个所述流率控制阀与所述多种气体源的一种相关联并且设置在所述样品腔外部以调节来自相应气体源的气体的流率；

多个截止阀，每个所述截止阀与所述多种气体源的一种相关联并且设置在所述样品腔内部；

一组第一气体导管，每个第一气体导管将来自流率控制阀之一的气体引导到相应截止阀；以及

一组第二气体导管，每个第二气体导管将来自所述相应截止阀的气体引导到样品腔环境中。

2.根据权利要求1所述的气体注入系统，其中，全部第二气体导管将气体提供到公共喷嘴，以将处理气体朝向样品引导。

3.根据权利要求1所述的气体注入系统，还包括设置在所述样品腔外部的气密性贮柜，所述气密性贮柜容纳流率控制阀以及多种气体源中的至少一些。

4.根据权利要求1所述的气体注入系统，其中，所述多种气体源包括在室温下呈固态的材料以及在室温下呈液态的材料。

5.一种微束处理系统，用于将处理气体提供到具有受控环境的样品腔，所述微束处理系统包括：

样品腔，所述样品腔用于在受控环境下处理工件；

气体注入系统，所述气体注入系统包括：

多个气体源，每个气体源用于提供一种处理气体；

多个流率控制阀，每个所述流率控制阀与所述多种气体源的一种相关联并且设置在所述样品腔外部以调节来自所述气体源的所述处理气体的流率；

多个截止阀，每个所述截止阀与所述多种气体源的一种相关联并且被设置在所述样品腔内部；

多个第一导管，每个第一导管将来自流率控制阀之一的气体引导到相应截止阀；以及

多个第二导管，每个第二导管将来自所述截止阀之一的气体引导到样品腔环境中；以及

束源，所述束源用于提供束以通过启动所述处理气体与工件表面的反应来加工所述工件。

6.根据权利要求5所述的微束处理系统，其中，所述流率控制阀是循环阀，该循环阀适于通过在打开位置和关闭位置之间交替来控制流体流。

7.根据权利要求6所述的微束处理系统，其中，所述流率控制阀适于以比每秒一次更大的速率在打开位置和关闭位置之间交替。

8.根据权利要求6所述的微束处理系统，其中，所述流率控制阀由脉宽调制电信号驱动。

9.根据权利要求5所述的微束处理系统，其中，所述截止阀是适于通过在打开位置与关闭位置之间交替来控制流体流的循环阀。

10.根据权利要求5所述的微束处理系统，还包括控制器，所述控制器用于控制所述流率控制阀和所述截止阀的操作，所述控制器被编程以使用流率控制阀来调节所述处理气体的流率以及将所述截止阀用作截止阀。

11.根据权利要求5所述的微束处理系统，还包括控制器，所述控制器用于控制所述流率控制阀的操作，所述控制器被编程以通过控制所述流率控制阀在每次循环期间打开的时间长度来控制样品腔中的气体压力增加的速率，且其中，所述控制器被编程以通过控制每秒的循环次数来控制所述样品腔中的压力。

12.根据权利要求5所述的微束处理系统，其中，所述束源包括带电粒子束柱或激光系统。

13.根据权利要求5所述的微束处理系统，其中，所述流率控制阀包括电磁体，所述电磁体使得柱塞关闭和打开所述阀。

14.根据权利要求5所述的微束处理系统，其中，所述流率控制阀包括压电微阀。

15.根据权利要求5所述的微束处理系统，其中，所述气体注入系统包括气密性贮柜，所述气密性贮柜被设置在所述样品腔外部并且容纳所述气体源和所述流率控制阀。

16.根据权利要求5所述的微束处理系统，还包括喷嘴，所述喷嘴用于将所述处理气体引导到所述样品腔内部的样品处。

17.根据权利要求5所述的微束处理系统，其中，所述处理气体包括前体气体、载体气体或吹扫气体。

18.根据权利要求5所述的微束处理系统，还包括位于所述样品腔外部的气密性贮柜，所述气密性贮柜容纳所述流率控制阀和所述多种气体源的至少一种。

19.根据权利要求18所述的微束处理系统，其中，所述气体源的至少一种包括设置在所述气密性贮柜外部的罐。

20.根据权利要求18所述的微束处理系统，其中，所述气密性贮柜中的所述气体源的至少一种包括瓶，所述瓶具有密封膜并且盛装产生处理气体的固态或液态材料。

21.一种向微束系统提供气态前体的方法，所述微束系统包括气体源以及用于将气体引入到样品腔中的孔，所述方法包括：

提供来自第一气体源的第一气体；

使第一气体流传送经过所述样品腔外部的第一气流控制阀；

将所述第一气体通过孔注入到所述样品腔中；

利用所述第一气流控制阀来控制所述样品腔中的所述第一气体的压力；

将束朝向所述样品腔中的工件引导，以处理所述工件；

利用设置在所述样品腔内的第一截止阀来停止所述第一气体流到所述样品腔中；

提供来自第二气体源的气体；

将第二气体传送经过所述样品腔外部的第二气流控制阀；

将所述第二气体通过所述孔注入到所述样品腔中；

利用所述第二气流控制阀来控制所述样品腔中的所述第二气体的压力；

将束朝向所述样品腔中的所述工件引导，以处理所述工件；以及

利用设置在所述样品腔内的第二截止阀来停止所述第二气体流到所述样品腔中。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，控制所述第一气体的流量或控制所述第二气体的流量包括利用循环阀来调节所述第一气流或第二气流。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，利用循环阀包括使所述循环阀以大于每秒一次的速率进行循环。

24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第一气流控制阀由脉宽调制电信号驱动。