CN103038854A - 具有快速气体切换装置的气体离化团束系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种利用气体离化团束(GCIB)(128、128A、128A′)来照射衬底(152、252)的处理系统(100、100′、100″)。该系统(100、100′、100″)包括用以形成并通过喷嘴出口(110b)射出气体团束的喷嘴(110、1010)，以及位于该喷嘴(110、1010)上游并与该喷嘴(110、1010)邻接的停滞腔室(116、1016)。该停滞腔室(116、1016)具有入口(116a、1016a)，并且该喷嘴(110、1010)被构造为将单个气体团束引向该衬底(152、252)。离子发生器(122)被定位在出口(110b)下游并且被构造为离子化气体团束(118)以形成GCIB(128、128A、128A′)。该系统(100、100′、100″)也包括气体供应器(115、1015)，其中该气体供应器(115、1015)与该停滞腔室(116、1016)的该入口(116a、1016a)流体连，并且包括气体源(111、1011)和阀(113、1013)，其中该阀(113、1013)位于该气体源(111、1011)与该喷嘴(110、1010)之间，用以控制该气体源(111、1011)与该喷嘴(110、1010)之间的气体流动。

Description

具有快速气体切换装置的气体离化团束系统
相 关申请的交叉引用
本申请涉及于2009年4月23日提交的、发明名称为“MULTIPLENOZZLE GAS CLUSTER ION BEAM SYSTEM(多喷嘴气体离化团束系统)(Ref.No.EP-166)”的共同待决的美国非临时申请No.12/428,945，其中该美国非临时申请No.12/428,945基于并要求享有于2009年2月4日提交的、发明名称为“MULTIPLE NOZZLE GAS CLUSTER ION BEAMSYSTEM AND A METHOD OF OPERATION(多喷嘴气体离化团束系统及其操作方法)(Ref.No.EP-166 PROV)”的美国临时申请No.61/149,930的权益。本申请也涉及同日提交的、发明名称为“GAS CLUSTER IONBEAM SYSTEM WITH CLEANING APPARATUS(具有清洁装置的气体离化团束系统)(Ref.No.EP-171)”的共同待决的美国非临时申请No.12/774,050，在此通过引用将这些申请的整体内容清楚地包含在本说明书中。
技术领域
本发明总体上涉及采用一个或多个喷嘴的系统及其相关方法，其中该喷嘴用以使用气体离化团束(GCIB)来照射衬底，更具体而言，涉及能够使到一个或多个喷嘴的气体在不同供应器之间发生改变的系统及其相关方法。
背景技术
气体离化团束被用来在衬底上掺杂、刻蚀、清洁、光滑以及生长或沉积层。为了便于讨论，气体团是在标准温度和压力条件下呈现气态的纳米级材料的集合。这些气体团可由包括几个至几千个或者更多个松散地结合在一起的分子的集合构成。这些气体团可通过电子轰击离子化，这便允许气体团形成为可控能量的定向束。这些团离子通常能够各自携带由电子电荷大小的产品和大于等于1的整数(其表示团粒子的电荷状态)所给定的正电荷。尺寸较大的团离子往往是最有用的，这是因为每个团离子上能够携带大量的能量，然而单个分子只具有少量的能量。离子团使衬底上的轰击发生分解(disintegrate)。被分解的特定离子团中的单个分子仅携带了总团能量的一小部分。因此，大离子团的轰击作用是巨大的，但这只限于非常浅的表面区域。这使得气体团离子对各种表面改性处理是有效的，但并不倾向于产生更深的亚表面损伤，其中亚表面损伤是传统离子束处理的特性。
传统的GCIB系统从诸如氦、氖、氩、氪、氙、氮气、氧气、二氧化碳、六氟化硫、一氧化氮、一氧化二氮之类的各种气体以及这些气体的混合物中产生离子束。GCIB处理衬底的几种新兴应用大规模地出现在半导体领域中。尽管衬底的GCIB处理是通过多种气体团源气体来执行，其中这些气体团源气体为惰性气体，但是许多半导体加工应用使用反应源气体，有时使用其与惰性或稀有气体的结合体或混合物，来形成GCIB。某些气体或气体混合物结合体会因其反应而彼此不兼容。此外，GCIB处理有时包括使到一个或多个喷嘴的气体供应发生改变，其中该喷嘴用以射出气体团束。为了提供气体供应之间的这种改变，有时必须在将第二不兼容气体供应到一个或多个喷嘴之前，大致排空该一个或多个喷嘴上游的所有气体保持容积中的一种气体。因此，需要能够尽可能快速地在不同供应器之间改变气体供应的GCIB系统及其方法，从而使与这些改变相关联的待机时间最小化。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种利用气体离化团束(GCIB)来照射衬底的处理系统。该系统包括喷嘴和停滞腔室，该喷嘴用以形成并通过其出口射出气体团束的喷嘴，该停滞腔室位于该喷嘴上游并与该喷嘴邻接。该停滞腔室具有入口，并且该喷嘴被构造为将气体团束引向该基底。离子发生器被定位在该喷嘴出口的下游并且被构造为离子化该气体团束以形成GCIB。该系统也包括第一气体供应器，该第一气体供应器与该停滞腔室的入口流体连通，并且具有第一气体源和第一阀，该第一阀位于该第一气体源与该喷嘴之间，用以控制第一气体源与喷嘴之间的第一气体的流动。
第二气体供应器与该停滞腔室的入口流体连通，并且包括第二气体源和第二阀，其中第二阀位于该第二气体供应器与该停滞腔室之间。第二气体供应器控制着第二气体源与喷嘴之间的第二气体的流动。第一和第二阀被定位以在第一阀和第二阀以及停滞腔室的入口之间界定共有气体保持容积(其小于约2cm3)，并且可引动以允许选择性地向喷嘴供应来自相应气体源的第一气体或第二气体。
在另一实施例中，提供了一种利用GCIB来照射衬底的处理系统。该系统至少包括第一喷嘴和第二喷嘴，用以形成并通过这些喷嘴的相应第一出口和第二出口射出气体团束。第一停滞腔室和第二停滞腔室分别位于第一喷嘴和第二喷嘴上游并分别与第一喷嘴和第二喷嘴邻接，并且具有相应的第一入口和第二入口。第一喷嘴和第二喷嘴彼此邻近配置以将从其中射出的气体团束至少部分地合并成单个气体团束，并且将该单个气体团束引向衬底。离子发生器被定位在喷嘴出口的下游并且被构造为离子化该单个气体团束以形成GCIB。该系统也具有第一气体供应器，该第一气体供应器与该第一和第二停滞腔室的第一和第二入口流体连通，其中第一气体供应器具有第一气体源和第一对阀，该第一对阀位于该第一气体源与第一和第二喷嘴的各者之间，用以分别控制第一气体源与第一喷嘴和第二喷嘴之间的第一气体的流动。
第二气体供应器与第一和第二停滞腔室的第一和第二入口流体连通。第二气体供应器包括第二气体源和第二对阀，该第二对阀位于该第二气体源与第一和第二喷嘴的各者之间，用以分别控制第一气体源与第一喷嘴和第二喷嘴之间的第二气体的流动。第一和第二对阀被定位以在第一对阀和第二对阀的各者的一个阀以及第一停滞腔室的第一入口之间界定第一共有气体保持容积。第二共有气体保持容积被界定在第一对阀和第二对阀的各者的另一阀以及第二停滞腔室的第二入口之间。第一或第二共有气体保持容积的至少一者小于约2cm3。第一和第二对阀的引动可允许将分别来自相应气体源的第一或第二气体选择性地供应到第一或第二喷嘴。
在另一实施例中，提供了一种用以在利用GCIB来照射衬底的处理系统中供应气体的方法。该方法包括：通过第一阀并通过停滞腔室的入口将来自第一气体源的第一气体供应给喷嘴，其中该停滞腔室位于该喷嘴的上游并与该喷嘴邻接。该第一阀与流体藕接到第二气体源的第二阀流体连通，使得该第一阀、该第二阀和该停滞腔室的入口在其间共同界定了小于约2cm3的共有气体保持容积。该方法也包括引导气体团束使其通过离子化该气体团束的离子发生器以形成GCIB。关闭第一阀从而中断第一气体从第一气体源流向喷嘴，并且通过排空阀排空共有气体保持容积和停滞腔室中的第一气体。打开第二阀以通过共有气体保持容积将来自第二气体源的第二气体供应给喷嘴。
附图说明
参考下面的具体描述，尤其当结合附图来理解本发明时，本发明的实施例及其许多所附的优点将变得显而易见，其中：
图1是根据本发明实施例的多喷嘴GCIB系统的概要表示。
图2是根据本发明另一实施例的多喷嘴GCIB系统的概要表示。
图3是根据本发明另一实施例的多喷嘴GCIB系统的概要表示。
图4是用在GCIB系统中的离子发生器的实施例的概要表示。
图5-9是多喷嘴组件的各种实施例的概要表示，其中该多喷嘴组件包括多个喷嘴、单个或多个气体供应器，并且具有设置在其间的各种气体流动互连装置。
图10A-12B是多喷嘴组件的各种实施例的截面图，其中这些截面图示出了多个喷嘴的各种配置，以及容纳各种喷嘴配置的各种气体分流器的截面形状。
图13A-D是多喷嘴组件的各种实施例的概要表示，其中喷嘴安装在内指向角处，使得气体团束在沿主GCIB轴的点处相交。
图14是用以操作具有多个喷嘴的GCIB系统的方法的实施例的流程图。
图15是用以使用具有多个喷嘴的GCIB系统形成浅沟槽隔离)STI)结构的方法的实施例的流程图。
图16是用以向单喷嘴GCIB系统供应气体的系统的实施例的流程图。
图17是用以向双喷嘴GCIB系统供应气体的系统的实施例的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中，为了便于透彻地理解本发明，并且为了便于描述和不对本发明进行限制，本文提及了具体的细节，如计量系统的特定几何尺寸以及各个构件和处理的描述。但是，应理解，可在不脱离这些具体细节的情况下实施本发明。
现在参考图1，根据实施例示出了用以修饰、沉积、生长或掺杂层的GCIB处理系统100。GCIB处理系统100包括真空容器102、其上贴附有待处理的衬底152的衬底保持器150以及真空抽气系统170A、170B和170C。衬底152可以是半导体衬底、晶片、平板显示器(FPD)、液晶显示器(LCD)或者其它任何工件。GCIB处理系统100被构造为产生用以处理衬底152的GCIB。
仍然参考图1中的GCIB处理系统100，真空容器102包括三个连通的腔室，即源腔室104、离子化/加速腔室106以及处理腔室108，以提供降压的封闭空间。这三个腔室分别被真空抽气系统170A、170B和170C排空至合适的运作压力。在这三个连通的腔室104、106和108中，气体团束可形成在第一腔室(源腔室104)中，而GCIB可形成在气体团束被离子化并被加速的第二腔室(离子化/加速腔室106)中。接着，在第三腔室(处理腔室108)中，可采用被加速的GCIB来处理衬底150。
在图1的示例性实施例中，GCIB处理系统100包括两个气体供应器115、1015和两个喷嘴110、1010。下面将讨论具有两个以上不同喷嘴和两个以上不同气体供应器的附加实施例，所有这些均落在本发明的保护范围之内。两个气体供应器115、1015的一者分别被连接到两个停滞腔室116、1016及喷嘴110、1010的一者。第一气体供应器115包括第一气体源111、第二气体源112、第一气体控制阀113A、第二气体控制阀113B以及气体计量阀113。例如，存放在第一气体源111中的第一气体成分被允许在压力下通过第一气体控制阀113A到达一个或多个计量阀113。另外，例如，存放在第二气体源112中的第二气体成分被允许在压力下通过第二气体控制阀113B到达一个或多个计量阀113。此外，例如，第一气体供应器115的第一气体成分或者第二气体成分或者这两者可包含可压缩的惰性气体、载气或稀释气体。例如，惰性气体、载气或稀释气体可包含稀有气体，即He、Ne、Ar、Kr、Xe或Rn。
类似地，第二气体供应器1015包括第一气体源1011、第二气体源1012、第一气体控制阀1013A、第二气体控制阀1013B以及气体计量阀1013。例如，存放在第一气体源1011中的第一气体成分被允许在压力下通过第一气体控制阀1013A到达一个或多个计量阀1013。另外，例如，存放在第二气体源1012中的第二气体成分被允许在压力下通过第二气体控制阀1013B到达一个或多个计量阀1013。此外，例如，第二气体供应器1015的第一气体成分或者第二气体成分或者这两者可包含可压缩的惰性气体、载气或稀释气体。例如，惰性气体、载气或稀释气体可包含稀有气体，即He、Ne、Ar、Kr、Xe或Rn。
此外，第一气体源111、1011和第二气体源112、1012分别用来产生离子化团。第一和第二气体源111、1011、112、1012的材料成分包括基本的原子(分子)种类，即期望被引入用以掺杂、沉积、修饰或生长层的第一和第二原子组分。
包括第一气体成分和/或第二气体成分的高压可压缩气体被从第一气体供应器115通过气体进给管114引入到停滞腔室116中，并且通过适当成形的喷嘴110被喷射到大体上较低的压力真空中。由于从停滞腔室116到源腔室104的低压区域的高压可压缩气体的膨胀性，气体流速加速至超音速，并且气体团束从喷嘴110中射出。
类似地，包括第一气体成分和/或第二气体成分的高压可压缩气体被从第一气体供应器1015通过气体进给管1014引入到停滞腔室1016中，并且通过适当成形的喷嘴1010被喷射到大体上较低的压力真空中。由于从停滞腔室1016到源腔室104的低压区域的高压可压缩气体的膨胀性，气体流速加速至超音速，并且气体团束从喷嘴1010中射出。
喷嘴110和1010被安装得非常靠近，使得由喷嘴110、1010所产生的各自气体团束在到达气体分流器(skimmer)120之前，在源腔室104的真空环境下大体上结合成单个气体团束118。气体团束118的化学成分表示由第一和第二气体供应器115和1015提供的、经由喷嘴110和1010喷射的成分的混合物。
射流的固有冷却能如静焓被转换为动能(此由射流中的膨胀所致)，并且会使气体射流的一部分发生冷凝，并且形成具有多个团的气体团束118，其中每个团由几个至几千个稍受束缚的原子或分子构成。被定位在源腔室104与离子化/加速腔室106之间、喷嘴110和1010出口下游的气体分流器120，会使气体团束118外周缘上的、还没有冷凝成团的气体分子与气体团束118中心的气体分子出现部分分离。除其它原因外，对一部分气体团束118的这种选择会导致下游区域(例如，离子发生器122和处理腔室108)中压力的降低，其中在这些下游区域中，较高的压力可能是有害的。此外，气体分流器120界定了进入离子化/加速腔室106的气体团束的初始维度。
第一和第二气体供应器115、1015可被构造为独立地控制被引入到停滞腔室116、1016的气体混合物的停滞压力和温度。温度控制可通过在各个气体供应器(未示出)中使用合适的温度控制系统(例如、加热器和/或冷却器)来实现。另外，操纵器117可例如经由停滞腔室116被机械地耦接到喷嘴110，操纵器117被构造为使被耦接的喷嘴110相对于气体分流器120定位，而不受喷嘴1010支配。同样地，操纵器1017可例如经由停滞腔室1016被机械地耦接到喷嘴1010，操纵器1017被构造为使被耦接的喷嘴1010相对于气体分流器120定位，而不受喷嘴110支配。因此，多喷嘴组件中的各个喷嘴可被单独操纵，用以适当地、面对面地定位单个气体分流器120。
在在源腔室104中形成气体团束118之后，气体团束118中的组分气体团会被离子发生器122离子化以形成GCIB。离子发生器122可包括从一个或多个灯丝124中产生电子的电子轰击离子发生器，其中这些电子被加速并被引导以在离子化/加速腔室106内的气体团束118中的气体团发生碰撞。在与气体团发生碰撞性轰击之后，具备足够能量的电子会从气体团中射出电子以产生离子化分子。气体团的离子化可导致一种通常带有净正电荷的带电气体团离子。
如图1所示，束电子元件130被用来离子化、提取、加速和聚焦GCIB 128。束电子元件130包括灯丝电源136，其中该灯丝电源136会提供加热离子发生器灯丝124的电压VF。
另外，在从离子发生器122中提取团离子的离子化/加速腔室106中，束电子元件130包括一组被适当偏置的高压电极126。高压电极126接着使被提取的团离子加速至期望的能量，并且使其聚焦以界定GCIB 128。GCIB 128中的团离子的动能通常在约1000电子伏(1keV)至数十keV之间。例如，GCIB 128可被加速至1-100keV。
如图1所示，束电子元件130还包括阳极电源134，其中该阳极电源134向离子发生器122的阳极提供VA，用以使从离子发生器灯丝124射出的电子加速，并且使这些电子轰击气体团束118中的气体团，产生团离子。
另外，如图1所示，束电子元件130包括提取电源138，其中该提取电源138提供电压VE以使高压电极126的至少一者发生偏置，用以从离子发生器122的离子化区域中提取气体离子并且形成GCIB 128。例如，提取电源138向高压电极126的第一电极提供小于等于离子发生器122的阳极电压的电压。
此外，束电子元件130可包括加速电源140，其中该加速电源140提供VAcc以使高压电极126的一者相对于离子发生器122发生偏置，从而导致GCIB的总加速能量约等于VAcc电子伏(eV)的加速器电源140。例如，加速电源140向高压电极126的第二电极提供小于等于离子发生器122的阳极电压及第一电极的提取电压的电压。
此外，束电子元件130可包括透镜电源142、144，其中该透镜电源142、144可提供电势(例如，VL1和VL2)以使高压电极126的一些发生偏置，用以使GCIB 128聚焦。例如，透镜电源142可向高压电极126的第三电极提供小于等于离子发生器122的阳极电压、第一电极的提取电压及第二电极的加速电压的电压，并且透镜电源144可向高压电极126的第四电极提供小于等于离子发生器122的阳极电压、第一电极的提取电压、第二电极的加速电压及第三电极的第一透镜电压的电压。
注意，可以使用离子化方案和提取方案的许多替代物。尽管本文所描述的方案是为了启示，但是另一提取方案包括在VAcc下布置离子发生器和(多个)提取电极(或提取光学元件)的第一元件。这通常要求对用于离子发生器电源的控制电压进行光纤编程，但是却产生了更为简单的整体光学链。无论离子发生器的细节和提取透镜的偏置如何，也可使用本文所描述的发明。
在离子化/加速腔室106中位于高压电极126下游的束过滤器146可用来消除GCIB 128中的单体，或者单体和光团离子，以界定进入到处理腔室108中的被过滤的、处理GCIB 128A。在一个实施例中，束过滤器146大体上会减少具有100个或更少原子或者分子或者原子和分子的团的数目。束过滤器146可包括磁性组件，用以施加横跨GCIB 128的磁场，以便进行过滤处理。
仍然参考图1，束门148被配置在离子化/加速腔室106中的GCIB 128的路径中。束门148具有开启状态和闭合状态，其中在开启状态下，GCIB128被允许从离子化/加速腔室106到达处理腔室108，以界定处理GCIB128A，在闭合状态下，GCIB 128被阻止进入到处理腔室108中。控制电缆引导着从控制器190到束门148的控制信号。控制信号会使束门148在开启状态或闭合状态之间进行可控的切换。
衬底152被配置在处理腔室108中的处理GCIB 128A的路径中，其中衬底152可以是晶片或半导体晶片、平板显示器(FPD)、液晶显示器(LCD)或者要被GCIB处理的其它衬底。因为大多数应用考虑了大衬底的处理以使其在空间上具有均匀的结果，所以期望扫描系统可横跨较大的面积来扫描处理GCIB 128A，以产生空间均质的结果。
X扫描引动器160提供了衬底保持器150在X扫描运动方向(进出纸面的方向)上的线性运动。Y扫描引动器162提供了衬底保持器150在Y扫描运动(通常与X扫描运动正交)方向上的线性运动。X扫描和Y扫描运动的组合会使由衬底保持器150保持的衬底150以光栅扫描运动的方式平移通过处理GCIB 128A，以使处理GCIB 128A均匀地(或者被编程地)照射衬底152的表面，用以处理衬底152。
衬底保持器150将衬底152配置在相对于处理GCIB 128A的轴的角度处，使得处理GCIB 128A具有相对于衬底152表面的束入射角166。束入射角166可以是90°或一些其它角度，但是通常为90°或接近90°。在Y扫描期间，衬底152和衬底保持器150分别从所示位置移动到由标记152A和150A表示的交替位置“A”处。注意，在这两个位置之间进行移动的过程中，扫描衬底152使其通过处理GCIB 128A，并且在这两个极端位置处，衬底152彻底移出了处理GCIB 128A的路径(被过扫描)。尽管图1中未清楚地示出，但是类似的扫描或过扫描在(通常)正交的X扫描运动方向(进出纸面的方向)上被执行。
束电流传感器180可被配置在处理GCIB 128A的路径中并远离衬底保持器150，以当不在进行处理的GCIB 128A的路径中扫描衬底152时，拦截处理GCIB 128A的样品。除束入口外，束电流传感器180通常呈闭合的法拉第杯状等，并且通常被电绝缘底座182贴附到真空容器102的壁。
如图1所示，控制器190通过电缆连接到X扫描引动器160和Y扫描引动器162，并且控制着X扫描引动器160和Y扫描引动器162，以将衬底152放置在处理GCIB 128A内或外，并且相对于处理GCIB 128A均匀地扫描衬底152，以通过处理GCIB 128A实现衬底152的期望处理。控制器190通过电缆接收由束电流传感器180采集的采样束电流，从而监控GCIB，并且当传送了预定的剂量时，通过从处理GCIB 128A中移出衬底152来控制衬底152所接收的GCIB剂量。
在图2所示的实施例中，GCIB处理系统100′可与图1的实施例类似，并且还可包括X-Y定位台253，用以在相对于处理GCIB 128A有效地扫描衬底252的两个轴线上保持并移动衬底252。例如，X运动可包括进出纸面的运动，并且Y运动可包括沿方向264的运动。
处理GCIB 128A在衬底252表面上的投射轰击区域286处并且以相对于衬底252的表面成束入射角266的角度轰击衬底252。通过X-Y运动，X-Y定位台253可将衬底252的表面的各个部分定位在处理GCIB 128A的路径中，使得该表面的每个区域可与投射轰击区域286一致，用以通过处理GCIB 128A进行处理。X-Y控制器262通过电缆将电信号提供给X-Y定位台253，用以控制X轴和Y轴方向的各者的位置与速度。X-Y控制器262通过电缆接收来自控制器190的控制信号，并且可由控制器186操作。X-Y定位台253根据传统X-Y台的定位技术，通过连续运动或阶梯式运动来将衬底252的不同区域定位在投射轰击区域286内。在一个实施例中，X-Y定位台253可被控制器190可编程地操作，以在可编程的速度下扫描衬底252的任一部分，使其通过投射轰击区域286，用以由处理GCIB128A进行GCIB处理。
定位台253的衬底保持表面254可导电，并且被连接到由控制器190操作的剂量处理器。定位台253的电绝缘层255将衬底252和衬底保持表面254与定位台253的基部260隔离。在衬底252中并被撞击处理的GCIB 128A所感应的电荷通过衬底252和衬底保持表面254传导，并且信号通过定位台253被耦接到控制器190，用以进行剂量测定。剂量测定具有使用集成GCIB电流来确定GCIB处理剂量的集成装置。在某些情形下，可以使用电子的目标中和源(未示出)(有时被称作电子探照灯)来中和处理GCIB 128A。在这样的情况下，无论所添加的电荷源怎样，也可以使用法拉第杯(未示出，但是可类似于图1中的束电流传感器180)来保证精确的剂量，原因在于传统的法拉第杯只允许高能量正离子进入并且对其进行测定。
在运作过程中，控制器190通知打开束门148，以利用处理GCIB128A来照射衬底252。控制器190对由衬底252所聚集的GCIB电流的测定进行监控，以计算由衬底252接收的、所聚集的剂量。当由衬底252所接收的剂量达到预定的剂量时，控制器190会关闭束门148，并且完成对衬底252的处理。基于对衬底252给定区域内所接收的GCIB剂量的测定，控制器190能够调节扫描速度，以实现合适的束停延时间来处理衬底252的不同区域。
此外，可以在横跨衬底252表面的固定图案中以恒定的速率来扫描处理GCIB 128A；但是，也可调制GCIB的密度(可被称作Z轴调制)以将表象上非均匀的剂量传送给样品。在GCIB处理系统100′中，可以通过各种方法(包括改变来自GCIB供应源的气流；通过改变灯丝电压VF或改变阳极电压VA以调制离子发生器122；通过改变透镜电压VL1和/或VL2以调制透镜焦距；或者通过可变的束块、可调节的百叶窗或可变的孔径以机械地阻隔一部分GCIB)来调制GCIB的密度。调制变化可以是连续的模拟变化，或者可以是基于时间进行调制的切换或选通(gating)。
处理腔室108还可以包括原位计量系统。例如，该原位计量系统可包括光学诊断系统，其中该光学诊断系统具有分别被构造为利用入射光学信号284来照亮衬底252的光学发送器280和接收来自衬底252的散射光学信号288的光学接收器282。该光学诊断系统包括光学窗口，以允许入射光学信号284和散射光学信号288出入处理腔室108。此外，光学发送器280和光学接收器282可分别包括发送光学元件和接收光学元件。光学发送器280接收，并且响应于来自控制器190的电信号。光学接收器282使测定信号返回到控制器190。
该原位计量系统可包括被构造为监控GCIB处理进度的任何设备。根据一个实施例，该原位计量系统可包括光学散射测量系统。该散射测量系统可包括散射议，该散射议包括可从Therma-Wave，Inc.(1250 RelianceWay，Fremont，CA 94539)或者Manometries，Inc.(1550 Buckeye Drive，Milpitas，CA 95035)获得的束轮廓椭圆测量术(椭率计)和束轮廓反射测量术(发射计)。
例如，原位计量系统可包括集成光学数字轮廓(IODP)散射测量模块，其中该散射测定模块被构造为测定由于在GCIB处理系统100′中执行处理工艺而产生的处理性能数据。该计量系统例如可测定或监控因处理工艺所产生的计量数据。该计量数据例如可用来确定描绘该处理工艺特性的处理性能数据，如处理速率、相对处理速率、特征轮廓角度、临界维度、特征厚度或深度、特征形状等。例如，在衬底上直接沉积材料的处理中，处理性能数据可包括诸如临界维度如特征中的上、中或下临界维度(CD)、特征深度、材料厚度、侧壁角度、侧壁形状、沉积速率、相对沉积速率、任何参数的空间分布、描绘任何空间分布的均匀性的参数等。当经由来自控制器190的控制信号对X-Y定位台253进行操作时，该原位计量系统可以绘制衬底252的一个或多个特性。
在图3所示的实施例中，GCIB处理系统100″可与图1的实施例类似，并且还可包括压力单元腔室350，其中该压力单元腔室350例如被定位在离子化/加速腔室106的出口处或附近。压力单元腔室350包括惰性气体源352和压力传感器354，其中该惰性气体源352被构造为向压力单元腔室350提供背景气体，用以估计压力单元腔室350中的压力，压力传感器354被构造为测定压力单元腔室350中被估计的压力。
压力单元腔室350可被构造为修正GCIB 128的束能量分布，以产生修正的处理GCIB 128A′。对束能量分布的这种修正可通过沿GCIB路径引导GCIB 128使其通过压力单元腔室350内的增压区域，使得GCIB 128的至少一部分横跨该增压区域来实现。对束能量分布的修正程度可以沿至少一部分GCIB路径的压力-距离积分为特征，其中距离(或者压力单元腔室350的长度)由路径长度(d)表示。当(通过增加压力和/或路径长度(d))使压力-距离积分的数值增大时，束能量分布变宽，并且峰值能量降低。当(通过降低压力和/或路径长度(d))使压力-距离积分的数值减小时，束能量分布变窄，并且峰值能量增大。压力单元设计的进一步细节可基于发明名称为“利用气体离化团束改进处理的方法和装置(METHODAND APPARATUS FOR IMPROVED PROCES SING WITH A GAS-CLUSTER ION BEAM)”的美国专利No.7,060,989，在此通过引用将其整体内容包含在本说明书中。
控制器190包括微处理器、存储器以及数字I/O端口，其中该数字I/O端口能够产生足以进行通信，并且激活到GCIB处理系统100(或100′、100″)的输入以及监控GCIB处理系统100(或100′、100″)的输出的控制电压。此外，控制器190可被耦接到真空抽气系统170A、170B和170C、第一气体源111和1011、第二气体源112和1012、第一气体控制阀113A和1013A、第二气体控制阀113B和1013B、束电子元件130、束过滤器146、束门148、X扫描引动器160、Y扫描引动器162以及束电流传感器180，并且可与上述这些构件交换信息。例如，被存储在存储器中的程序可用来根据工艺处方激活到GCIB处理系统100的上述构件的输入，以在衬底152上执行GCIB处理。
但是，控制器190可被实施成通用计算机系统，以响应于实施包含在存储器中的一个或多个指令的一个或多个序列的处理器，来执行基于一部分或全部处理器的、本发明的处理步骤。这些指令可被从诸如硬盘或可移动介质驱动器的另一计算机可读取介质读取到控制器存储器中。多处理配置方案中的一个或多个处理器可被用作控制器微处理器，以实施包含在主存储器中的指令序列。在可替换的实施例中，硬件电路可用软件指令代替或者与软件指令结合使用。因此，这些实施例并不限于硬件电路和软件的任何具体结合。
如上所述，控制器190可被用来构造任何数目的处理元件，并且控制器190可以收集、提供、处理、存储并显示来自这些处理元件的数据。控制器190可以包括多种应用、以及多个处理器，用以控制这些处理元件的一者或多者。例如，控制器190可包括图形用户接口(GUI)构件，其中该GUI构件能够提供使能用户监控和/或控制一个或多个处理元件的接口。
控制器190可相对于GCIB处理系统100(或100′、100″)局域布置，或者可相对于GCIB处理系统100(或100′、100″)远程布置。例如，控制器190可通过直接连接、局域网和/或因特网与GCIB处理系统100交换数据。控制器190可在例如客户网站(即，设备生产商)处耦接到局域网，或者可在发行商网站(设备制造商)处耦接到局域网。此外，控制器190可被耦接到因特网。此外，另一计算机(即，控制器、服务器等等)能够经由直接的连接装置、局域网和/或因特网访问控制器190以交换数据。
衬底152(或252)可经由诸如机械夹持系统或电夹持系统(例如，静电夹持系统)之类的夹持系统(未示出)贴附到衬底保持器150(或衬底250)。此外，衬底保持器150(或250)可包括被构造为调节和/或控制衬底保持器150(或250)和衬底152(或252)的温度的加热系统(未示出)或冷却系统(未示出)。
真空抽气系统170A、170B和170C可包括抽气速度高达约5000升/秒(或更高)的涡轮分子真空泵(TMP)和用以节流腔室压力的门阀。在传统的真空处理设备中，可以采用1000至3000升/秒的TMP。TMP适用于低压力处理，通常小于约50mTorr。尽管未示出，但是可理解，压力单元腔室350也可包括真空抽气系统。此外，可将用于监控腔室压力的设备(未示出)耦接到真空容器102或者三个真空腔室104、106、108的任一者。压力测定设备例如可以是电容真空计或者电离真空计。
图2及图3也示出了用于喷嘴操纵器的可替换实施例。如图1所示。各个喷嘴110、1010除了被耦接到可单独操作的操纵器117、1017之外，喷嘴110、1010可彼此耦接，或者可被一起耦接到单个操纵器117A。与气体分流器120面对面布置的喷嘴110、1010的位置除了被独自操纵之外，也可被共同操纵。
现在参考图4，示出了用于离子化气体团喷流(气体团束118，图1、2及3)的气体团离子发生器(122，图1、2及3)的节段300。节段300与GCIB 128的轴线正交。对于典型的气体团尺寸(2000至15000个原子)而言，离开气体分流器孔径(120，图1、2及3)和进入离子发生器(122，图1、2及3)的团将在约130至1000电子伏(eV)的动能下移动。在这些低能量下，任何背离离子发生器122内空间电荷中和的因素将会导致这些射流在具有很大束电流损失的情况下快速分散。图4示出了自中和(self-neutralizing)离子发生器。与其它离子发生器一样，其通过电子轰击使气体团离子化。在这种设计中，热电子(由310所表示的七个示例)从多个线性热离子灯丝302a、302b和302c(通常为钨丝)中射出，并且在电子反射电极306a、306b和306c以及束形成电极304a、304b和304c所提供的合适电场的作用下被提取，并被聚焦。热电子310经过气体团射流及射流轴线，并且接着撞击相对的束形成电极304b，以产生低能量的二次电子(以312、314和316为例)。
尽管未示出(为了简化起见)，但是线性热离子灯丝302b和302c也产生了随后产生低能量二次电子的热电子。所有这些二次电子通过提供能够被吸引到维持空间电荷中和所需要的正向离子化气体团射流的低能量电子，来帮助确保离子化团射流保持空间电荷中和。束形成电极304a、304b和304c相对于线性热离子灯丝302a、302b和302c正向偏置，并且电子反射电极306a、306b和306c相对于线性热离子灯丝302a、302b和302c负向偏置。绝缘体308a、308b、308c、308d、308e和308f电绝缘并支持电极304a、304b、304c、306a、306b和306c。例如，该自中和离子发生器是有效的，并且实现了超过1000微安的氩GCIB。
此外，离子发生器可使用来自等离子体的电子提取以离子化团。这些离子发生器的几何形状与本文所描述的三个灯丝离子发生器大不相同，但是运作原理和离子发生器的控制却是非常相似的。例如，该离子发生器的设计可与发明名称为“离子发生器和用于形成气体离化团束的方法(IONIZER AND METHOD FOR GAS-CLUSTER ION-BEAMFORMATION)”的美国专利No.7,173,252中所描述的离子发生器类似；在此通过引用将其整体内容包含在本说明书中。
气体团离子发生器(122，图1、2及3)可被构造为通过改变GCIB128的电荷状态来修正GCIB 128的束能量分布。例如，可通过调整气体团的电子碰撞感应离子化过程中所使用的电子的电子通量、电子能量和电子能量分布来修正电荷状态。
现在参考图5-9，其中分别示出了图1、2及3的GCIB处理系统100(或100′、100″)的多喷嘴和气体供应器组件的各种实施例。图5示出了包括单个气体供应器2010及由气体供应器2010供给的两个喷嘴2110和2120的多喷嘴和气体供应器组件的实施例。同样，例如，图1的GCIB处理系统100的第一气体供应器115、气体供应器2010(以及图5-9的所有其它气体供应器)可包括第一气体源、第二气体源、第一气体控制阀、第二气体控制阀和气体计量阀，以允许形成由第一和第二气体源提供的气体所构成的气体混合物，另外，或者只允许来自第一或第二气体源的一种气体流动。图5的多喷嘴和气体供应器组件适用于GCIB应用，其中单个气体或气体混合物会需要大量的气流，从而迫使使用多喷嘴，因此可以在喷嘴前方的停滞腔室内维持相同或类似的停滞条件(即，压力和温度)，并且如现有技术中的单气体供应源和单喷嘴GCIB系统中一样，可以采用尺寸相同或类似的喷嘴。
图6基本上分别示出了图1、2及3的GCIB处理系统100(或100′、100″)的多喷嘴和气体供应器组件的实施例。图6的组件包括两个气体供应器3010.3020以及两个气体喷嘴3110、3120，以便在要求形成由不兼容气体和/或自燃气体的混合物所构成的气体团束的GCIB应用中使用该组件。这样的不兼容气体不可能在单个气体供应器(图5的气体供应器2010)中被预先混合，以经由单个或多喷嘴喷射，这至少是因为部件或单个气体供应器管道内的不兼容气体之间可能发生不利的化学反应。图6的多喷嘴和气体供应器组件通过为不兼容和/或自燃气体混合物成分提供单独的气体供应器3010、3020而克服了上述问题，其中该不兼容和/或自燃气体混合物成分只在从安装得非常靠近的喷嘴3110、3120中喷射之前发生混合，以至少部分地合并并产生单个气体团束。另一优势在于在不同的气体混合物中可以使用不同的稀释气体，例如，第一气体混合物可将He用作稀释气体，而第二气体混合物可以使用Ar。也可以将图6的多喷嘴和气体供应器系统的气体供应器3010和3020构造为使相同成分的气体混合物流到喷嘴3110和3120。此外，图6的多喷嘴和气体供应器组件允许气体混合物在不同的停滞压力和/或温度下从喷嘴3110和3120中喷出，例如，如果气体混合物的最佳束成核条件不同，并且因此要求不同的停滞条件。停滞压力控制一般可通过设定气体供应器的气体计量阀来实现，而停滞温度控制可通过使用合适的加热器或冷却设备(未示出)来实现。
图7示出了与图5及图6的结合体类似的多喷嘴和气体供应器组件，其包括气体供应器4010、4020和三个喷嘴4110、4120、4130，其中气体供应器4010分别供给两个喷嘴4110和4120，以使得一种气体混合物的流速更高，而气体供应器4020只供给一个喷嘴4130。这种构造适用于要求一种气体混合物成分具有较高的流速，但同时保留处理不兼容气体和/或自燃气体能力的应用。图8示出了与图6类似的实施例，其扩展到包括三个气体供应器5010、5020、5030和三个喷嘴5110、5120、5130，以使得当GCIB处理如此需求时，将三种不同的气体混合物独立地引到喷嘴。图9示出了与图5及图8的结合体类似的组件，其包括三个气体供应器6010、6020、6030和四个喷嘴6110、6120、6130、6140，其中气体供应器6010被连接到喷嘴6110和6120，以允许气体混合物以较高的流速通过其中，同时具有独立提供两种附加气体混合物成分的能力。
尽管处理条件可以要求将图5-9的实施例设定为使得多种气体或气体混合物同时流到各个喷嘴，但是也可以依次操作这多个气体供应器和喷嘴，其中在处理步骤的次序中，至少使用了包含使多种气体或气体混合物同时流动的一个步骤。例如，在图6的实施例中，第一GCIB处理步骤可以包括：使由气体供应器3010生成的、并且经由喷嘴3110引入的单一气体或气体混合物进行流动，并且第二处理步骤可以包括：分别使由气体供应器3010和3020生成的、并且经由喷嘴3110和3120引入的第一和第二气体或气体混合物进行流动。
显而易见，包括不同数目的喷嘴(例如，大于四个)和不同数目的气体供应器(例如，大于三个)的多喷嘴和气体供应器组件的其它实施例也是可行的，其中这些不同数目的气体供应器中的一些可被连接到多个喷嘴，以容纳更高的流速，所有这些实施例均落在本发明的保护范围内。
图10A-12B是示出多个喷嘴的各种空间配置的概要截面图，和使用了特定喷嘴配置的单个气体分流器的各种截面形状。该组件内的喷嘴互相靠近，确保了离开喷嘴的各个气体团束在到达气体分流器之前大体上或至少部分地合并成单个气体团束。与现有技术中的单个气体供应器和单个喷嘴GCIB系统一样，在气体团束到达气体分流器之前使其合并成单个气体团束允许在气体分流器下游使用相同的GCIB系统构件。由于这些下游构件可以是相同的，所以就可以设想，可以将现有的GCIB系统转换成具有多个气体供应器的多喷嘴系统，其中主要在GCIB系统的源腔室区域中作出相对较小的调整和/或更换相对较少的部件。
图10A示出了包括两个喷嘴7010和7020的多喷嘴组件，如截面图中所示，这两个喷嘴并排安装(或者上下垂直取向)，以形成通过截面大致呈圆形的气体分流器7000的气体团束。图10B示出了具有与喷嘴7110和7120对准的卵形或椭圆形气体分流器7100的类似双喷嘴组件。图10C示出了具有与喷嘴7210和7220对准的双叶状气体分流器7200的类似双喷嘴组件。图10A-10C的实施例可以容易地扩展到具有更多数目的喷嘴的组件。例如，图11A示出了具有三个喷嘴7310、7320和7330的组件，用以喷射气体团束使其通过大体呈圆形的气体分流器7300。图11B示出了类似的三喷嘴组件，但是其具有与喷嘴7410、7420和7430对准的三叶状气体分流器7400。在类似的叶脉中，图12A-12B将此概念扩展到分别具有四个喷嘴嘴7510、7520、7530、7540和四个喷嘴7610、7620、7630、7640的组件，用以喷射气体团束使其分别通过大体上呈圆形的气体分流器7500和四叶状气体分流器7600。也可以轻松地设想其它实施例，其中所有这些实施例也落在本发明的保护范围内。
此外，如图13A-13D中的部分概要图所示，为了有助于气体团束结合，可将喷嘴(示出了三个喷嘴410、412、414，但是本发明并不限于此)安装在沿图1、2、3的气体团束118的束轴119指向单个交叉点420的小角度处。例如，如图13A所示，各个喷嘴410、412、414的气体团束轴411、413、415可以沿束轴119在(例如，图1的GCIB处理系统100的)离子发生器122的单个交叉点420处相交。此外，如图13B所示，各个喷嘴410、412、414的气体团束轴411、413、415可以沿束轴119在气体分流器120下游、离子发生器122上游的单个交叉点420处相交。此外，如图13C所示，各个喷嘴410、412、414的气体团束轴411、413、415可以沿束轴119在气体分流器120的入口与出口之间的单个交叉点420处相交。此外，如图13D所示，各个喷嘴410、412、414的气体团束轴411、413、415可以沿束轴119在喷嘴410、412、414的出口与气体分流器120的入口之间的单个交叉点420处相交。内倾角，即与平行取向的偏离程度可以在0.5°至10°、或者0.5°至5°、或者1°至2°的范围内。
现在参考图14，根据实施例示出了使用GCIB来照射衬底的方法。该方法包括流程8000，流程8000开始于8010，提供一套具有至少两个喷嘴和第一气体供应器的GCIB处理系统，其中这至少两个喷嘴被配置为彼此靠近以确保在各个气体团束到达单个气体分流器之前进行合并，或者被配置为具有相交的束轴；第一气体供应器被构造为向全套喷嘴的至少一个子集(例如，单个喷嘴或该子集的多个喷嘴)供给气体混合物。GCIB处理系统可以是图1、2或3中所述的GCIB处理系统100(或100′、100″)的任一者或者其结合，其具有图5-13D中所示的喷嘴和气体供应器的任何配置。
在步骤8020中，将衬底装载到GCIB处理系统中。该衬底可以包括导电材料、不导电材料或半导电材料、或者这两者或三者的结合。另外，该衬底可以包括形成在该衬底上的一种或多种材料结构，或者该衬底可以是材料结构自由的毯状衬底。该衬底可以被定位在GCIB处理系统中的衬底保持器上，并且可以被该衬底保持器固定地保持。该衬底的温度可以是受控的或者不受控的。例如，可以在膜形成处理期间对该衬底进行加热或冷却。该衬底周围的环境维持为减压状态。
在步骤8030中，第一气体混合物从第一气体源开始流动。通过被连接到第一气体源的喷嘴、全部喷嘴或者喷嘴子集的气体流动形成了气体团束或者合并的和/或相交的气体团束，其中单个束经过单个气体分流器进入到GCIB处理系统的离子化腔室中。
在步骤8040中，将可选性第二气体混合物从可选性第二气体源引入到其它全部喷嘴或喷嘴子集(即，不由步骤8010的第一气体供应器供给步骤8030的第一气体混合物的喷嘴)。可选性第二气体混合物可以与第一气体混合物相同或者不同，如果不同的话，该气体混合物可以是不兼容的。另外，这些气体混合物的一者可以是自燃的。可选性第二气体混合物也形成了一个气体团束或者与来自第一喷嘴或喷嘴子集的(多个)束合并和/或相交的束以便形成单个气体团束。
在步骤8050中，在离子发生器，如图4的离子发生器300中，离子化单个气体团束，以形成气体离化团束(GCIB)。在步骤8060中，通过向该GCIB施加束加速电势使该GCIB加速。
在步骤8070中，使用由第一气体混合物和可选性第二气体混合物构成的GCIB来照射装载在GCIB处理系统中的衬底。
可以对束加速电势和束剂量进行选择，以在衬底上实现受GCIB照射所影响的层的期望性能。例如，可以对束加速电势和束计量进行选择，以控制所沉积或所生长的层的期望厚度，或者实现衬底顶部上层的期望表面粗糙度或其它修改例，或者控制渗透到衬底中的掺杂剂的浓度和深度。在本文中，束剂量的单位是指单位面积内的团数目。但是，束剂量也可以包括束电流和/或时间(例如，GCIB停延时间)。例如，可以对束电流进行测定，并且使其保持恒定，同时可以使时间发生变化以改变束剂量。此外，可以使单位面积内团照射衬底表面的速率(单位时间、单位面积内的团的数目)保持恒定，同时可以使时间发生变化以改变束剂量。
另外，可使其它GCIB性能发生变化，这些性能包括但不限于气体流速、停滞压力、团尺寸或气体喷嘴设计(如喷嘴喉部直径、喷嘴长度和/或喷嘴分支部分的半角)。
对用于第一气体混合物和可选性第二气体混合物的气体结合体的选择取决于衬底正在经受的处理。材料层的沉积或生长可包括在衬底上或衬底上的现有层顶部沉积或生长SiOx、SiNx、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、BNx、BSixNy、Ge、SiGe(B)或者SiC(P)层。根据本发明的实施例，第一气体混合物或可选性第二气体混合物因此可包括含氮气体、含碳气体、含硼气体、含硅气体、含磷气体、含硫气体、含氢气体、含硅气体、含锗气体或上述两者或多者的结合。这些可用来形成第一气体混合物和可选性第二气体混合物的气体的示例可包括：He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn、SiH4、Si2H6、C4H12Si、C3H10Si、H3C-SiH3、H3C-SiH2-CH3、(CH3)3-SiH、(CH3)4-Si、SiH2Cl2、SiCl3H、SiCl4、SiF4、O2、CO、CO2、N2、NO、NO2、N2O、NH3、NF3、B2H6、烷基硅烷、烷烃硅烷、烯烃硅烷、炔烃硅烷或CxHy(其中x≥1，并且y≥4)、或者上述两者或多者的结合。第一气体混合物或可选性第二气体混合物可通过GCIB处理系统的第一气体供应器和可选性第二气体供应器来形成。
当沉积硅时，可通过由具有含硅气体的第一气体混合物或可选性第二气体混合物所形成的GCIB来照射衬底。例如，气体混合物可包含硅烷(SiH4)。在另一示例中，气体混合物可包含乙硅烷(Si2H6)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiCl3H)、二乙基硅烷(C4H12Si)、三甲基硅烷(C3H10Si)、四氯化硅(SiCl4)、四氟化硅(SiF4)或上述两者或多者的结合。
当沉积诸如SiOx之类的氧化物时，可通过由分别具有含硅气体和含氧气体的第一气体混合物和可选性第二气体混合物所形成的GCIB来照射衬底。例如，第一气体混合物可包含硅烷(SiH4)，并且第二气体混合物物可包含O2。在另一示例中，第二气体混合物可包含O2、CO、CO2、NO、NO2、N2O或者上述两者或多者的结合。
当沉积诸如SiNx之类的氮化物时，可通过由分别具有含硅气体和含氮气体的第一气体混合物和可选性第二气体混合物所形成的GCIB来照射衬底。例如，第一气体混合物可包含硅烷(SiH4)，并且可选性第二气体混合物物可包含N2。在另一示例中，第二气体混合物可包含N2、NO、NO2、N2O、NH3或者上述两者或多者的结合。
当沉积诸如SiCx之类的碳化物时，可通过由具有含硅气体和含碳气体的增压气体所形成的GCIB来照射衬底。例如，第一气体混合物可包含硅烷(SiH4)和CH4。此外，第一气体混合物可以只包括硅烷(SiH4)，并且可选择的第二气体混合物可包含CH4。此外，例如，第一气体混合物可包含硅烷(SiH4)，并且可选性第二气体混合物可包含甲基硅烷(H3C-SiH3)。此外，例如，第一气体混合物可包含含硅气体和CH4(更一般地，或者碳氢化合物，即CxHy)，并且可选性第二气体混合物可包含CO或CO2。此外，第一气体混合物及可选性第二气体混合物的任一者可包含，例如烷基硅烷、烷烃硅烷、烯烃硅烷、炔烃硅烷或者上述两者或多者的结合。另外，例如，第一气体混合物可包含硅烷、甲基硅烷(H3C-SiH3)、二甲基硅烷(H3C-SiH2-CH3)、三甲基硅烷((CH3)3-SiH)、四甲基硅烷((CH3)4-Si)或者上述两者或多者的结合。例如，含氮气体可包括N2、NH3、NF3、NO、N2O、NO2或者上述两者或多者的结合。添加含氮气体可允许形成硅碳氮化物膜(SiCN)。
当沉积诸如BNx之类的氮化物时，可通过由具有含硼气体的第一气体混合物和具有含氮气体的可选性第二气体混合物所形成的GCIB来照射衬底。例如，第一气体混合物可包含乙硼烷(B2H6)，并且可选性第二气体混合物物可包含N2。在另一示例中，可选性第二气体混合物可包含N2、NO、NO2、N2O、NH3或者上述两者或多者的结合。
当沉积诸如BSixNy之类的氮化物时，可通过由具有含硅气体的第一气体混合物和具有含硼气体和含氮气体的可选性第二气体混合物所形成的GCIB来照射衬底。例如，第一气体混合物可包含硅烷(SiH4)，并且可选性第二气体混合物物可包含乙硼烷(B2H6)和N2。在另一示例中，可选性第二气体混合物可包含N2、NO、NO2、N2O、NH3或者上述两者或多者的结合。
除了层生长和沉积之外，在诸如浸泡、掺杂及层表面改性之类的其它处理中，可以在GCIB处理系统的气体供应器中使用其它的附加气体来形成气体混合物。这些气体包括含锗、磷和砷的气体，如GeH4、Ge2H6、GeH2Cl2、GeCl3H、甲基锗烷、二甲基锗烷、三甲基锗烷、四甲基锗烷、乙基锗烷、二乙基锗烷、三乙基锗烷、四乙基锗烷、GeCl4、GeF4、BF3、AsH3、AsF5、PH3、PF3、PCl3、PF5或者上述两者或多者的结合。
在上述示例的任一者中，第一和/或第二气体混合物可包括可选性惰性稀释气体。这些稀释气体可包含诸如He、Ne、Ar、Kr、Xe或Rn之类的稀有气体，其中这些稀有气体对第一和第二气体混合物而言是不同的。
进一步扩展上述处理，当处理需求时，并且如果安装在GCIB系统中的可用气体供应器和喷嘴许可的话，可以引入第三、第四、…气体混合物(未示出)。
本发明人已经测试了SiO2沉积处理中的多喷嘴GCIB系统，其中该多喷嘴GCIB系统可用于毯状SiO2沉积、诸如浅沟槽隔离(STI)结构填充的沟槽填充。也可用相似的处理来生长SiO2膜。如图3所示，包括双喷嘴GCIB系统的硬件被构造为具有压力单元腔室和两个气体供应器。GCIB系统的气体供应器的构造见图6。每个气体供应器被构造为具有两个气体供应器：用于处理气体的第一气体供应器和用于稀释气体的第二气体供应器。所使用的喷嘴构造如图10A所示：具有上下垂直安装的喷嘴，并具有截面形状呈圆形的气体分流器。GCIB系统的所有其它构件为单喷嘴、单气体供应器的GCIB系统。
为了在衬底上沉积SiO2，第一气体供应器被构造为使含硅气体如SiH4发生流动，其中该含硅气体被He稀释以形成被馈送到第一喷嘴中的第一气体混合物。通过第一喷嘴的总流速被设定在300至700sccm的范围内，通常为600sccm，但是生产处理中的流速可以高于或低于上述范围，例如200至1000sccm。在第一气体混合物中，SiH4在He中的百分比通常被设定为10％，但是在生产处理中，它可被设定为高于或低于10％。例如2％至20％。第二气体供应器被构造为使含氧气体如O2以200至500sccm的流速经过第二喷嘴，并且被800至1100sccm的附加流He稀释，以形成第二气体混合物。在实际的生产处理中，O2和可选性稀释气体的流速可以不同。这两种气体混合物的上述流速范围转化为范围在3.3到16.7之间的O2/SiH4比值，这在一定程度上决定了SiO2膜的化学计量法。
在上述两种气体混合物中、在10至50kV的加速电势下运行沉积处理。进入压力单元腔室的气体流速为0(即关闭)，或者被设定为20sccm(“20P”)，这将转换为约0.003Torr-cm的压力-距离积分。这些条件下的GCIB束电流在15至49μA的范围内。
随着O2/SiH4比值的增加，所沉积的SiO2膜从褐色变化到非常轻微的颜色或无色。所有这些膜明显地示出了所获取的FTIR光谱中的压应力，这是大多数所沉积的GCIB膜的共同特征。该压应力可通过例如600至1000℃、15至60min的后沉积退火处理来减小或消除。退火处理也可使膜粗糙度Ra从沉积值6.9至7.4
Figure BDA00002358508100242
(这在一小程度上取决于GCIB处理条件)减小约0.3
Figure BDA00002358508100243
也进行了间隙填充试验，其中在沟槽断裂之前，其被成功地充满了SiO2。
图15中的流程图示出了通过使用具有多个喷嘴和气体供应器的GCIB系统来形成浅沟槽隔离(STI)结构的处理9000的步骤。在发明名称为“使用气体离化团束处理形成浅沟槽隔离的方法(METHOD FORFORMING TRENCH ISOLATION USING GAS CLUSTER ION BEAMPROCESSING)”的美国临时专利申请No.61/149,917(Ref.No.EP-1 69PROV)中讨论了使用传统的单喷嘴GCIB处理系统形成STI的处理，在此通过引用将其整体内容包含在本说明书中。
该方法开始于步骤9010，提供一套具有至少两个喷嘴、第一气体供应器和第二气体供应器的GCIB处理系统，其中该至少两个喷嘴被配置为彼此靠近以确保在各个气体团束到达单个气体分流器之前进行合并，或者被配置为具有相交的束轴；第一气体供应器被构造为向全套喷嘴的子集(例如，单个喷嘴或该子集的多个喷嘴)供给气体混合物；第二气体供应器被构造为供给剩余的喷嘴(即，不由第一气体供应器供给的喷嘴)。GCIB处理系统可以是图1、2或3中所述的GCIB处理系统100(或100′、100″)的任一者，其具有图5-13D中所示的喷嘴和气体供应器的任何配置。
在步骤9020中，将衬底装载到GCIB处理系统中。该衬底可以包括导电材料、不导电材料或半导电材料、或者这两者或更多材料的结合。另外，该衬底可以包括形成在该衬底上的一种或多种材料结构，或者该衬底可以是材料结构自由的毯状衬底。该衬底可以被定位在GCIB处理系统中的衬底保持器上，并且可以被该衬底保持器固定地保持。该衬底的温度可以是受控的或者不受控的。例如，可以在膜形成处理期间对该衬底进行加热或冷却。该衬底周围的环境维持为减压状态。
在步骤9030中，第一气体混合物从第一气体源开始流动。通过被连接到第一气体源的喷嘴、全部喷嘴或者喷嘴子集的气体流动形成了气体团束，其中该气体团束经过单个气体分流器进入到GCIB处理系统的离子化腔室中。
在步骤9040中，将第二气体混合物从第二气体供应器引入到其它全部喷嘴或喷嘴子集(即，不由第一气体供应器供给喷嘴)中，以形成气体团束或者与来自第一喷嘴或喷嘴子集的(多个)束合并和/或相交的束以便形成单个气体团束。
在步骤9050中，在离子发生器，如图4的离子发生器300中，离子化单个气体团束，以形成气体离化团束(GCIB)。在步骤9060中，通过向该GCIB施加束加速电势使该GCIB加速。
在步骤9070中，使用由第一气体混合物和第二气体混合物构成的GCIB来照射装载在GCIB处理系统中的衬底，以在衬底上或衬底顶部的层上形成STI结构。该STI结构可用在例如存储器设备中。
为了形成SiO2STI结构，即为了利用SiO2填充STI沟槽，第一气体混合物可包含含硅气体。例如，第一气体混合物可包含SiH4、Si2H6、C4H12Si、C3H10Si、H3C-SiH3、H3C-SiH2-CH3、(CH3)3-SiH、(CH3)4-Si、SiH2Cl2、SiCl3H、SiCl4、SiF4、烷基硅烷、烷烃硅烷、烯烃硅烷、炔烃硅烷或者上述两者或多者的结合。此外，第一气体混合物还可包含惰性稀释气体。该稀释气体可包含诸如He、Ne、Ar、Kr、Xe或Rn之类的稀有气体。为了形成STI结构，第二气体混合物可包含含氧气体。例如，第二气体混合物可包含O2、CO、CO2、NO、NO2、N2O或者上述两者或多者的结合。此外，第二气体混合物还可包含惰性稀释气体。该稀释气体可包含稀有气体He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn或者上述两者或多者的结合。
图16-17概要地示出了将至少两种气体从相应的气体供应器供给到GCIB系统的一个或多个喷嘴的系统或配置的不同实施例。这些附图的各者中的相同符号表示上述附图中的类似特征，为了便于理解图16-17的特征，也可以引用其描述。注意，如下面所充分解释的，图16-17中所示的配置允许供应到一个或多个喷嘴的气体在不同气体供应器之间发生快速的改变。
具体参考图16，快速气体切换系统或配置的第一实施例(一般用符号9200表示)包括第一和第二气体供应器9204、9208，其布置在被一个或多个法兰9211耦接到真空容器102的壳体9210内。气体供应器9204、9208分别从第一和第二气体源9212、9216向喷嘴10供给第一和第二气体。气体源9212、9216与停滞腔室116的入口116a流体连通，其中该停滞腔室116位于喷嘴110上游并与喷嘴110邻接。在本实施例中，气体供应器9204、9208的各者包括用于耦接到控制器190的主进给阀113a、113b，使得控制器190可以控制主进给阀113a、113b的引动，从而允许来自气体源9212、9216的第一和第二气体选择性地向下游流向喷嘴110。第一和第二气体流过主进给阀113a、113b与一对隔离阀9228、9232之间的相应管道或线路9220、9224，其中这对隔离阀9228、9232也用于耦接到控制器190，并且控制器190控制第一和第二气体从线路9220、9224选择性地流向喷嘴110。
隔离阀9228、9232的位置被选择以使用于保持阀9228、9232与停滞腔室116的入口116a之间的气体的可用容积最小化。另外，隔离阀9228、9232与入口116a共同界定了共有气体保持容积V1(小于约2cm3，并且在一些实施例中，小于约0.5cm3)。这较小的容积起因于适当地选择界定该容积的管道的长度和内径。例如，并且在不限制的情况下，界定上述容积的管道可包括内径为约1/16英寸(1.5875mm)的管子。共有气体保持容积V1的最小化便于供应到喷嘴110的气体在第一和第二气体源9212、9216之间进行快速地切换。更具体而言，排空被供应到喷嘴110的任一气体包括在任何给定的时间内排空保持在停滞腔室116中的气体体积和排空保持在共有气体保持容积V1中的气体。由于被停滞腔室116所界定的容积被预定，因此或多或少地需要预定长度的时间来进行排空，停滞腔室116上游的共有气体保持容积V1的最小化有助于在开始向喷嘴110供给另一气体之前，使排空气体所需求的总时间最小化。
在某些实施例中，系统9200可被构造为在小于约10s的时间内大致排空停滞腔室116和共有气体保持容积V1。更具体而言，在某些实施例中，系统9200可被构造为在小于约5s的时间内大致排空停滞腔室116和共有气体保持容积V1。如这里所使用的，术语“大致”及其衍生物，当涉及来自停滞腔室116和来自共有气体保持容积V1的气体排空水平时，其涉及足以避免由正被排空的气体与正在代替被排空气体之间缺乏兼容性所引起的问题的排空程度。在非限制性示例中，“大致”排空的水平可小于100％，例如至少约90％或至少约95％。在另一非限制性示例中，上述水平可约为100％。尽管图16中未示出，但是系统9200可包括残余气体分析仪，其中该残余气体分析仪用于耦接到控制器190，用以分析和/或显示例如共有气体保持容积V1中被排空的气体分压。就此而言，当共有气体保持容积V1中的分压到达预定水平之后，控制器190开始向喷嘴110供应第二气体。在美国专利申请系列No.11/950,128中，公开了一种残余气体分析仪，在此通过引用将其整体内容清楚地包含在本说明书中。
继续参考图16，因此考虑了这样的操作：中断到喷嘴110的第一气体的供应，并且代替以到喷嘴110的第二气体的供应。例如，可从第一气体源9212供应第一气体使其通过第一主进给阀113a，其中第一主进给阀113a处于打开状态以使第一气体流经管道9220和第一隔离阀9228。如上所述，从第一隔离阀9228开始，第一气体会通过入口116a流入到停滞腔室116、喷嘴110中，并且以气体团束的形式通过喷嘴110的出口110b流出。通过这些阀9228、9232下游的第一和第二隔离阀9228、9232之间的流体连通作用，第一气体流充满了共有气体保持容积V1，包括第二隔离阀9232下游的部分管道。
当用户希望将气体供应从第一气体源9212切换到第二气体源9216时，控制器190会生成引导关闭第一主进给阀113a的信号，从而中断第一气体流过第一管道9220，并且还生成用于关闭第一隔离阀9228的信号，从而中断第一气体从管道9220流到共有气体保持容积V1中。接着，从停滞腔室116和共有气体保持容积V1中排空第一气体，如下面所详细描述的。
在一个实施例中，排空包括引动(例如，打开)第一排空阀9250，其中第一排空阀9250与喷嘴110邻接或位于喷嘴110下游，并且与流体耦接到真空容器102的真空抽气系统170A相关联。在排空阀9250永久阀开的实施例中，阀9250的“引动”可能需要调节(例如，增加)真空抽气系统170A的运行速度以增加通过真空抽气系统170A的气体的流动，以及调节阀9250的内部构件以容纳流速更高的气体。反过来，第一排空阀9250的引动会导致第一气体被真空抽气系统170A吸入并且被迫使从共有气体保持容积V1和停滞腔室116向下游流动，沿下游方向依次通过喷嘴110的出口110b和第一排空阀9250，并且进入到真空抽气系统170A中。从这点来看，第一气体继续向与真空抽气系统170A相关联的真空线路171中的下游流动，并且依次进入到低真空线路9254和排气线路9258中。排气线路9258是将GCIB系统所实施的所有处理残留物排到建筑物外或方便容纳该系统的线路。
在另一实施例中，排空可通过位于喷嘴110上游的第二排空阀9262来实施。示例性实施例的第二排空阀9262与隔离阀9228、9232流体连通，并且与这些隔离阀和停滞腔室116的入口116a共同界定了共有气体保持容积V1。因此，第二排空阀9262的位置也被选择以使气体保持容积V1最小化。在操作过程中，控制器190在维持第一和第二隔离阀9228、9232处于关闭位置的同时引动(例如，打开)第二排空阀9262，使得第一气体可以从停滞腔室116(即，通过入口116a)和共有气体保持容积V1向上游流动。为此，可将可选性净化气体供应到朝向第二排空阀9262的第一气体的上游流动路径中，以冲洗第一气体的残留物。更具体而言，可将净化气体从包括专用气体源9271，且不同于第一和第二气体供应器9204、9208的可选性专用清洁气体供应器9270供应到共有气体保持容积V1中。专用清洁气体供应器9270通过净化气体阀9274与共有气体保持容积V1流体连通。
在本实施例中，控制器190对净化气体阀9274的引动会导致净化气体流到共有气体保持容积V1中，并且推动上游第一气体的残留物通过第二排空阀9262。在另一具体实施例中，从第二气体源9216供应净化气体。在这样的实施例中，第二隔离阀9232被引动(例如，被打开)，使得净化气体从第二气体源9216通过第二管道9224进入到共有气体保持容积V1中，从而推动第一气体的残留物通过第二排空阀9262。
继续参考图16，第二排空阀9262允许正被排出的第一气体流经被流体耦接到相同低真空线路9254的排空线路9276，其中真空线路171连接到低真空线路9254。就此而言，期望可以控制通过第二排空阀9262排出并且流入到低真空线路9254中的第一气体(和/或净化气体)的压力，以避免在真空抽气系统170A中建立额外的背压。为此，系统9200可在排空线路9276中包括限制器9280，其中该限制器9280控制向上游流到低真空线路9254中的第一气体(和/或净化其它)的压力。被概要示出的限制器9280可以采取几种形式中的一种。例如，在不进行限制的情况下，限制器9280可以采取线路9276中的节流阀或文丘里阀的形式。此外，限制器9280可以采取第真空线路9254中固定小孔的形式，其中该孔的尺寸被选择以允许第一气体(和/或净化气体)在不超过预定压力的情况下流到低真空线路9254中。
此外，第二排空阀9262可被耦接到可选性排空线路9286，其中该可选性排空线路9286被直接连接到排气线路9258。在排空线路9286中可以设置诸如开闭阀或文丘里阀9290之类的辅助阀。文丘里阀9290控制着向上游直接流到排气线路9258中的第一气体(和/或净化气体)的压力。因此，文丘里阀9290阻止在真空抽气系统170A或其它抽气系统(未示出)中建立额外的背压，其中其它抽气系统会引导从低真空线路9254到排气线路9258的气体的下游流动。
上述具体实施例的修改例包括使用净化气体来冲洗停滞腔室116和共有气体保持容积V1，以使其通过喷嘴110的出口110b，而不是第二排空阀9262。更具体而言，可通过控制器190使净化气体从第二气体源9216，或可选性净化气体源9270，沿下游方向推动第一气体的残留物通过出口110b。为此，控制器190引动(例如，打开)第一排空阀9250，使得第一气体和净化气体的残留物被真空抽气系统170A吸入，并且依次通过真空线路171、低真空线路9254，接着进入到排气线路9258中。尽管图16的实施例包括两个排空阀9250、9262，但是应考虑，可替换的实施例可只包括排空阀9250、9262的一者，并且仍然落在本发明的保护范围内。
继续参考图16，用于使供应到喷嘴110的气体从第一气体源9212切换到第二气体源9216的处理还包括引动(例如，打开)第二隔离阀9232，以使来自第二管道9224的第二气体流充满共有气体保持容积V1，并且流到停滞腔室116和喷嘴110中。此外，该处理包括使第二主进给阀113b保持开启，以允许第二气体从第二气体源9216流向喷嘴110。在示例性实施例中，增压进给保持容积Vfh被界定在第二主进给阀113b与第二隔离阀9232之间的管道9224中。在将供应到喷嘴110的气体从第一供应器9204切换到第二供应器9208之前，在将第一气体从第一气体源9212供应到喷嘴110的过程中，第二隔离阀9232和第二主进给阀113b保持为关闭位置，并且进给保持容积Vfh中的第二气体被增压到预定水平。对第二气体的增压允许当引动(例外，打开)第二隔离阀9232时，第二气体快速地流到共有气体保持容积V1、停滞腔室116中，并且流向喷嘴110。
为此，控制器190控制着第二隔离阀9232和第二主进给阀113b的引动，以允许对进给保持容积Vfh中的第二气体进行增压。例如，控制器190在使第二主进给阀113b打开预定长度的时间期间，同时保持第二隔离阀9232关闭，使得进入到进给保持容积Vfh中的第二气体的连续供应导致第二气体的增压，直至达到预定的压力。该预定的压力例如可由控制器190自动获取。更具体而言，控制器190具有允许用户在GCIB处理期间，选择被供应到喷嘴110的第二气体的期望速率的用户接口190X。一旦控制器190接受了所期望的速率，则控制器190可自动识别进给保持容积Vfh中所要求的预定压力，以允许快速地调度第二气体。就此而言，控制器190可例如自动计算上述所要求的压力，或者可以使所接受的期望速率与压力数值的预定列表相匹配，其中该压力数值与各种所期望的流速数值相对应。在可替换地饿实施例中，控制器190可从用户处接收进给保持容积Vfh中的第二气体的期望压力，并且控制器190被构造为自动地确定(例如，通过列表计算、查看)第二气体的需求流动，以维持进给保持容积Vfh中的期望压力。
压力传感器9292被设置在管道9224中，并且用于耦接到控制器190，以便于对进给保持容积Vfh中的第二气体进行增压。更具体而言，压力传感器9292对管道9224的进给保持容积Vfh中的第二气体的压力进行感应，并且被构造为产生到控制器190的、与该感应到的压力相关联的信号。响应于该信号，控制器190选择性地引动第二主进给阀113b或第二隔离阀9232的一者或两者，如上所述，直至到达进给保持容积Vfh中的第二气体的自动识别压力。第二传感器9293被布置在第一气体供应器9204的线路9220中，并且与第二气体供应器9208的线路9224相关联的传感器9292的功能类似。
现在参考图17，相对于图16的实施例所描述的一个或多个特征可类似地应用到具有一个以上喷嘴，例如但不限于两个喷嘴的系统或配置中。为了便于理解，图17中的相同符号指代图16中的类似特征，为了便于理解图16-17的特征，也可以引用其描述。图17的示例性实施例(一般用符号10200表示)包括四个气体供应器10203、10205、10207、10209，其布置在通过一对法兰10211被耦接到真空容器102的壳体10210内。气体供应器10203、10205、10207、10209分别从四个气体源10212、10213、10214、10215分别将四种供给气体喷嘴110、1010。从气体源10212、10213、10214、10215所供应的各种气体可以是纯净气体，或者可以是两种或两种以上纯净气体的混合物。
气体源10212、10213、10214、10215的各者与一对停滞腔室116、1016的相应入口116a、1016a流体连通，其中该停滞腔室116、1016位于喷嘴110、1010上游并与喷嘴110、1010邻接。在本实施例中，气体供应器9204、9208的各者包括用于耦接到控制器190的主进给阀113a、113b、1013a、1013b，其中控制器190控制着主进给阀113a、113b、1013a、1013b的引动，从而允许来自气体源10212、10213、10214、10215的第一、第二、第三和第四气体选择性地向下游流向喷嘴110、1010。这四种气体流经主进给阀113a、113b、1013a、1013b和多个隔离阀10228a、10228b、10229a、10229b、10232a、10232b、10233a、10233b之间的相应对管道或线路10220a、10220b、10221a、10221b、10224a、10224b、10225a、10225b。这些隔离阀也用于耦接到控制器190，并且控制第一、第二、第三和第四气体从管道或线路10220a、10220b、10221a、10221b、10224a、10224b、10225a、10225b选择性地流向喷嘴110、1010。更具体而言，隔离阀10228a、10228b形成了第一气体供应器10203的一部分；隔离阀10229a、10229b形成了第二气体供应器10205的一部分；隔离阀10232a、10232b形成了第三气体供应器10207的一部分；以及隔离阀10233a、10233b形成了第四气体供应器10209的一部分。
隔离阀10228a、10228b、10229a、10229b、10232a、10232b、10233a、10233b的位置被选择以使用以保持隔离阀10228a、10228b、10229a、10229b、10232a、10232b、10233a、10233b与停滞腔室116、1016的入口116a、1016a之间的气体的可用容积最小化。另外，分别与四个气体供应器10203、10205、10207、10209的一者相关联的隔离阀10228a、10229a、10232a、10233a与入口116a共同界定了第一共有气体保持容积V2(其小于约2cm3，例如小于约0.5cm3)。类似地，分别与四个气体供应器10203、10205、10207、10209的一者相关联的隔离阀10228b、10229b、10232b、10233b与第二停滞腔室1016的入口1016a共同界定了第二共有气体保持容积V3。第二共有气体保持容积V3小于约2cm3，并且在一些实施例中，小于约0.5cm3。这些相对较小的容积V2、V3起因于适当地选择界定这些容积的各管道的长度和内径。例如，并且在不进行限制的情况下，界定上述容积的管道可包括内径约为1/16英寸(1.5875mm)的管子。
继续参考图17，共有气体保持容积V2、V3的最小化有助于到喷嘴110、1010的气体供应在第一、第二、第三和第四气体源10212、10213、10214、10215之间快速地切换。例如，排空正被供应到喷嘴110的一种气体包括在排空保持在停滞腔室116中的气体体积和排空保持在第一共有气体保持容积V2中的气体。由于被停滞腔室116界定的容积被预定，因此会或多或少地需要预定长度的时间来进行排空，停滞腔室116上游的第一共有气体保持容积V2的最小化有助于在开始向喷嘴110供应另一气体之前，使排空气体所需求的总时间最小化。
在某些实施例中，该系统可被构造为在小于约10s的时间内大致排空停滞腔室116和第一共有气体保持容积V2或者大致排空停滞腔室1016和第二共有气体保持容积V3。更具体而言，在某些实施例中，该系统可被构造为在小于约5s的时间内大致排空停滞腔室116、1016和第一共有气体保持容积V2或者第二共有气体保持容积V3。如这里所使用的，当术语“大致”及其衍生物涉及停滞腔室116、1016和共有气体保持容积V2、V3的气体的排空程度时，它指代足以避免由于正被排空的气体与正在代替被排空气体的气体之间缺乏兼容性所引起的问题的排空程度。在非限制性示例中，“大致”排空的程度可小于100％，例如至少约90％或至少约95％。在另一非限制性示例中，上述排空的程度可约为100％。
共有气体保持容积V2、V3中气体的排空通过一个或多个排空阀10230、10231或者通过排空阀9250来实现，其中排空阀10230、10231位于喷嘴110、1010下游，排空阀9250与喷嘴110、1010邻接布置或位于喷嘴110、1010下游，并且与真空容器102的内部流体连通。排空阀10230、10231在结构和功能方面与图16的实施例的排空阀9262类似，并且排空阀9250如图16的实施例中所述。在本示例性实施例中，排空阀10230与隔离阀10228a、10229a、10232a、10233a流体连通，并且与第一停滞腔室116的入口116a以及这些隔离阀共同界定了第一共有气体保持容积V2。并且，在本示例性实施例中，排空阀10231与隔离阀10228b、10229b、10232b、10233b流体连通，并且与第二停滞腔室1016的入口1016a以及这些隔离阀共同界定了第二共有气体保持容积V3。因此，这些排空阀10230、10231的位置被选择以使第一和第二共有气体保持容积V2、V3最小化。排空阀10230、10231位于流体耦接到低真空线路9254的相应排空线路9276a、9276b中。
系统10200也包括分别位于排空线路9276a、9276b中的一对限制器10290、10292，其中这对限制器10290、10292在结构和功能方面与图16的实施例的限制器9280类似。一个或多个可选性排空线路10293a、10293b可被流体耦接到排空阀10230、10231，并被直接连接到排气线路9258。此外，可以在可选性排空线路10293a、10293b的一者或两者中设置文丘里阀9290，以控制向上游直接流到排气线路9258中的气体的压力。文丘里阀9290阻止在真空抽气系统170A或任何其它抽气系统(未示出)中建立额外的背压，其中任何其它抽气系统引导从低真空线路9254到排气线路9258的气体的下游流动。系统10200还可包括一个或多个清洁(或净化)气体专用供应器9270a、7270b，其中该专用供应器9270a、7270b不同于第一、第二、、第三和第四气体供应器10203、10205、10207、10209，并且在结构和功能方面与图16的实施例的专用清洁气体供应器9270类似。一个或多个专用气体供应器9270a、7270b具有相应的气体源9271a、9271b。在图17的实施例中，相应的清洁气体阀9274a、9274b控制着清洁气体分别从供应器9270a、7270b流到第一和第二共有气体保持容积V2、V3中。
继续参考图17，考虑了示例性操作：中断到喷嘴110、1010的任一者的第一气体供应，并且代替以到该喷嘴110、1010的第二气体供应。尽管上述操作的示例性描述必须将到喷嘴110、1010的一者的气体供应从气体供应器10203、10205、10207、10209的特定一者切换到这些气体供应器的另一者，但是本领域技术人员应容易理解，在该描述过程中所使用的原理和特征可以施加到喷嘴110、1010的任一者或两者。并且，这些原理和特征也可施加到这种场合：将到上述喷嘴110、1010的气供应体从气体供应器10203、10205、10207、10209的任一者切换到气体供应器10203、10205、10207、10209的任何另一者。这里所述的特征和处理可施加到来自可选性专用气体供应器9270a、9270b的净化气体的供应。此外，这里所述的特征和处理也可应用于这种场合，即中断来自气体供应器10203、10205、10207、10209的两者或多者的两种气体或多种气体的同时供应，从而中断到一个或多个喷嘴110、1010的气体混合物的供应。更具体而言，一旦气体混合物的流动被中断，则可以将来自其它气体供应器10203、10205、10207、10209的一者或多者的另一种气体或气体混合物供应给一个或多个喷嘴110、1010。
因此，在具体的示例中，用户可能希望将到喷嘴110的供应从第一气体供应器10203改变到第二气体供应器10205。就此而言，并且在切换气体供应之前，第一气体会从第一气体源10212依次流过处于打开状态的第一主阀113a、管道10220a和隔离阀10228a。如上所述，从隔离阀10228a开始，第一气体会通过入口116a流入到停滞腔室116、喷嘴110中，并且以气体团束的形式通过喷嘴110的出口110b流出。第一气体的流动对填充第一共有气体保持容积V2是有效的。
将气体供应从第一气体供应器10203的第一气体源10212切换到第二气体供应器10205的第二气体源10213包括使控制器190生成指引第一主进给阀113a关闭的信号，从而中断第一气体流过第一管道10220。控制器190也会生成关闭隔离阀10228a的信号，从而中断第一气体从管道10220a流到第一共有气体保持容积V2中。接着，从停滞腔室116并从第一共有气体保持容积V2中排空第一气体。在一个具体实施例中，排空包括引动(例如，打开、调节)排空阀9250，其中排空阀9250与喷嘴110、1010邻接或位于喷嘴110、1010下游并且与真空抽气系统170A相关联，其中真空抽气系统170A被流体耦接到真空容器102。
反过来，排空阀9250的引动会导致第一气体被真空抽气系统170A吸入并被迫使从第一共有气体保持容积V2并从停滞腔室116向下游流动，依次通过喷嘴110的出口110b，通过排空阀9250，并且流入到真空抽气系统170A中。从这点来看，第一气体会继续向下游流动以进入与真空抽气系统170A相关联的真空线路171中，并且依次进入到低真空线路9254中，然后进入到排气线路9258中。
此外，如上所述，第一气体的排空通过位于喷嘴110上游的排空阀10230来实现。就此而言，控制器190引动(例如，打开)第二排空阀10230，同时将隔离阀10228a、10229a维持在关闭位置处，使得第一气体从停滞腔室116(即，通过入口116a)并从第一共有气体保持容积V2向上游流动。控制器190也将分别与第三和第四气体源10214、10215相关联的隔离阀10232a、10233a维持在关闭位置处。可朝向第二排空阀10230将可选性净化气体可供应到第一气体的上游流动路径中，以冲洗第一气体的残留物。更具体而言，可通过引动专用供应器的可选性净化气体阀9274a将净化气体从可选性专用清洁气体供应器9270a，或者通过打开相应的隔离阀13232a、10233a将净化气体从其它气体供应器10207、10209的一者供应到第一共有气体保持容积V2中。此外，可从第二气体供应器10205供应可选性净化气体。此外，第一气体的排空可通过沿上游方向指引第一气体和/或净化气体流使其通过排空阀10230并流到可选性排空线路10293a中来实现。
继续参考图17，预期的示例性操作也包括在开始向第一喷嘴110供应第二气体(即，来自第二气体源10213)之前，对线路10221a中的进给保持容积Vff进行增压。进给保持容积Vff被界定在主阀113b与相关联的隔离阀10229a之间，并且在线路10220a、10220b、10221b、10224a、10224b、10225a、10225b的各者中具有相应的等同物(未示出)，其中这些进给保持容积的各者具有与示例性进给保持容积Vff和与图16的实施例相关联的进给保持容积V1类似的功能。压力传感器10300位于线路10221a中，并且在线路10220a、10220b、10221b、10224a、10224b、10225a、10225b的各者中也具有等同物(未示出)。压力传感器10300具有与图16的实施例的压力传感器9292、9293类似的功能和对于控制器190的运作关系。
尽管图16及图17的实施例分别涉及具有一个喷嘴和两个喷嘴的GCIB系统，但是应理解，这些实施例的各种特征可应用到具有两个以上任意数目的喷嘴的GCIB系统，其中这些其它系统仍然落在本发明的范围内。就此而言，图16及图17的实施例意在示例，而非限制。此外，贯穿本说明书的“一个实施例”或“实施例”是指与该实施例有关的特定特征、结构、材料或特性包括在本发明的至少一个实施例中，但是并不表示它们会出现在每一个实施例中。因此，出现在本说明书各处的措辞“在一个实施例中”或“在实施例中”并不必指代本发明的相同实施例。此外，特定特征、结构、材料或特性可以合适的方式结合在一个或多个实施例中。
可以最有助于理解本发明的方式将各种操作依次描述为多个离散操作。但是，描述的次序不应被理解为暗示这些操作必须依赖于次序。实际上，这些操作不必以所表达的方式来执行。可以与所述实施例不同的次序来执行所述操作。在附加实施例中，可以执行各种附加操作，和/或可以忽略所述操作。
相关领域技术人员应理解，鉴于上述启示，许多修改和变更是可行的。本领域技术人员应意识到附图中所示构件的等效组合和替换。因此，本发明的范围意在由所附权利要求书来限制，而不由具体描述来限制。

Claims (29)

1.一种利用气体离化团束(GCIB)来照射衬底的处理系统，所述系统包括： 
第一喷嘴和停滞腔室，所述第一喷嘴用以形成并通过其出口射出气体团束，所述停滞腔室位于所述第一喷嘴上游并与所述第一喷嘴邻接并且具有入口，所述第一喷嘴被构造为将气体团束引向所述衬底； 
离子发生器，所述离子发生器被定位在所述出口的下游并且被构造为离子化所述气体团束以形成所述GCIB； 
第一气体供应器，所述第一气体供应器与所述停滞腔室的所述入口流体连通，并且包括第一气体源和第一阀，所述第一阀位于所述第一气体源与所述第一喷嘴之间，用以控制所述第一气体源与所述第一喷嘴之间的第一气体的流动；以及 
第二气体供应器，所述第二气体供应器与所述停滞腔室的所述入口流体连通，并且包括第二气体源和第二阀，所述第二阀位于所述第二气体源与所述停滞腔室之间，用以控制所述第二气体源与所述第二喷嘴之间的第二气体的流动； 
其中所述第一阀和所述第二阀被定位以在所述第一阀和所述第二阀与所述停滞腔室的所述入口之间界定共有气体保持容积，所述共有气体保持容积小于约2cm3，并且 
其中所述第一阀和所述第二阀可引动以允许选择性地供应来自所述第一气体源的所述第一气体或来自所述第二气体源的所述第二气体。 
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述共有气体保持容积小于约0.5cm3。 
3.根据权利要求1所述的系统，还包括： 
真空线路，所述真空线路位于所述第一喷嘴下游并通过排空阀与所述第一喷嘴流体连通，所述排空阀被构造为通过所述第一喷嘴的所述出口来排空所述共有气体保持容积和所述停滞腔室中的所述第一气体或所述第二气体。 
4.根据权利要求3所述的系统，还包括： 
净化气体供应器，所述净化气体供应器包括通过净化气体阀与所述共有气体保持容积流体连通的净化气体源，所述净化气体阀可被选择性地引动并连同所述排空阀一起通过所述第一喷嘴的所述出口来冲洗所述共有气体保持容积和所述停滞腔室。 
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述第二气体供应器被构造为向所述共有气体保持容积供应净化气体，所述第二阀可被选择性地引动并连同所述排空阀一起通过所述第一喷嘴的所述出口利用所述净化气体来冲洗所述共有气体保持容积和所述停滞腔室。 
6.根据权利要求1所述的系统，还包括： 
低真空线路，所述低真空线路通过位于所述第一喷嘴上游的排空阀与所述第一喷嘴流体连通，所述排空阀可被选择性地引动以通过所述停滞腔室的所述入口来排空所述第一喷嘴中的所述第一气体。 
7.根据权利要求6所述的系统，还包括： 
限制器，所述限制器位于所述排空阀与所述低真空线路之间，用以控制通过所述停滞腔室的所述入口流到所述低真空线路中的气体的压力。 
8.根据权利要求1所述的系统，还包括： 
低真空线路，所述低真空线路通过位于所述第一喷嘴上游的排空阀与所述第一喷嘴流体连通，并且通过真空泵与所述第一喷嘴的所述出口流体连通； 
排气线路，所述排气线路位于所述低真空线路下游并与所述低真空线路流体连通；以及 
文丘里阀，所述文丘里阀位于所述排空阀与所述排气线路之间的流动路径中，用以控制通过所述停滞腔室的所述入口流到所述排气线路中的所述第一气体或所述第二气体的压力。 
9.根据权利要求1所述的系统，还包括： 
真空线路或低真空线路的至少一者， 
所述真空线路位于所述第一喷嘴下游并通过第一排空阀与所述第一喷嘴流体连通，所述第一排空阀被构造为通过所述第一喷嘴的所述出口来排 空所述停滞腔室中的所述第一气体或所述第二气体， 
所述低真空线路通过位于所述第一喷嘴上游的第二排空阀与所述第一喷嘴流体连通，所述第二排空阀可被选择性地引动以通过所述停滞腔室的所述入口来排空所述停滞腔室中的所述第一气体或所述第二气体， 
其中所述真空线路或所述低真空线路的至少一者被构造为在小于约10s的时间内排空所述共有气体保持容积和所述停滞腔室。 
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述真空线路或所述低真空线路的所述至少一者被构造为在小于约5s的时间内排空所述共有气体保持容积和所述停滞腔室。 
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一气体供应器包括位于所述第一气体源与所述第一阀之间的主进给阀，所述主进给阀可被引动并连同所述第一阀一起来使界定在所述主进给阀与所述第一阀之间的进给保持容积增压。 
12.根据权利要求11所述的系统，还包括： 
控制器，所述控制器用于耦接到所述主进给阀；以及 
进给传感器，所述进给传感器用于耦接到所述控制器并且被构造为对所述进给保持容积中的气体压力进行感应，所述传感器还被构造为产生到所述控制器的并与所感应压力相关联的信号，并且所述控制器被构造为响应于所述信号来引动所述主进给阀。 
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器用于耦接到所述第一阀，所述系统还包括： 
用户接口，所述用户接口用于耦接到所述控制器并且被构造为从用户处接收要被供应到所述第一喷嘴的所述第一气体的期望容积，所述控制器被构造为响应于所接收到的期望容积来引动所述第一阀或所述主进给阀的至少一者，以在所述进给保持容积内实现与所接收到的期望容积相关联的预定压力。 
14.根据权利要求1所述的系统，还包括： 
第二喷嘴，所述第二喷嘴用以形成并射出气体团束，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴彼此邻近配置以将从所述第一喷嘴和所述第二喷嘴射出的气 体团束至少部分地合并成单个气体团束并且将所述单个气体团束引向所述衬底，所述第二喷嘴与所述第一气体供应器和所述第二气体供应器流体连通，以选择性地接收来自其中的所述第一气体或所述第二气体。 
15.根据权利要求14所述的系统，还包括： 
第三气体供应器和第四气体供应器，所述第三气体供应器和所述第四气体供应器分别与所述第一喷嘴和所述第二喷嘴流体连通，以向其选择性地供应相应的第三气体和第四气体，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴供的各者被构造选择性地从由所述第一、第二、第三或第四气体供应器的一者或多者所接收到的气体中射出气体团束。 
16.一种利用气体离化团束(GCIB)来照射衬底的处理系统，所述系统包括： 
至少第一喷嘴和第二喷嘴以及第一停滞腔室和第二停滞腔室，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴用以形成并通过其相应的第一出口和第二出口射出气体团束，所述第一停滞腔室和所述第二停滞腔室分别位于所述第一喷嘴和所述第二喷嘴上游并分别与所述第一喷嘴和所述第二喷嘴邻接并且具有相应的第一入口和第二入口，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴彼此邻近配置以将从所述第一喷嘴和所述第二喷嘴射出的气体团束至少部分地合并成单个气体团束，并且将所述单个气体团束引向所述衬底， 
离子发生器，所述离子发生器被定位在所述第一出口和所述第二出口下游并且被构造为离子化所述单个气体团束以形成所述GCIB； 
第一气体供应器，所述第一气体供应器与所述第一和第二停滞腔室的所述第一和第二入口流体连通，并且包括第一气体源和第一对阀，所述第一对阀位于所述第一气体源与所述第一喷嘴和第二喷嘴的各者之间，用以分别所述第一气体源与所述第一喷嘴以及所述第一气体源与所述第二喷嘴之间的第一气体的流动；以及 
第二气体供应器，所述第一气体供应器与所述第一和第二停滞腔室的所述第一和第二入口流体连通，并且包括第二气体源和第二对阀，所述第二对阀位于所述第二气体源与所述第一喷嘴和第二喷嘴的各者之间，用以分别所述第二气体源与所述第一喷嘴以及所述第二气体源与所述第二喷嘴 之间的第一气体的流动，其中： 
其中所述第一对阀和所述第二对阀被定位以在所述第一对阀的一个阀、所述第二对阀的一个阀与所述第一停滞腔室的所述第一入口之间界定第一共有气体保持容积，并且在所述第一对阀的另一阀、所述第二对阀的另一阀与所述第二停滞腔室的所述第二入口之间界定第二共有气体保持容积，所述第二阀与所述停滞腔室的所述入口之间界定共有气体保持容积，所述第一共有气体保持容积或第二共有气体保持容积的至少一者小于约2cm3，并且 
其中所述第一对阀和所述第二对阀的各者的引动有助于允许将分别来自所述第一气体源或所述第二气体源的所述第一气体或所述第二气体选择性地供给所述第一喷嘴或所述第二喷嘴。 
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述第一共有气体保持容积或第二共有气体保持容积的至少一者小于约0.5cm。
18.一种在利用气体离化团束(GCIB)来照射衬底的处理系统中供应气体的方法，所述方法包括： 
通过第一阀并通过停滞腔室的入口将来自第一气体源的气体供给第一喷嘴，其中所述停滞腔室位于所述第一喷嘴上游并与所述第一喷嘴邻接，所述第一阀与被流体藕接到第二气体源的第二阀流体连通，使得所述第一阀、所述第二阀和所述停滞腔室的所述入口在其间共同界定共有气体保持容积，其中所述共有气体保持容积小于约2cm3，所述第一喷嘴被构造为形成并通过其出口射出气体团束，并且将所述气体团束引向所述衬底； 
引导所述气体团束通过被定位在所述出口下游的离子发生器，以离子化所述气体团束，从而形成所述GCIB； 
关闭所述第一阀，从而中断所述第一气体从所述气体源流向所述第一喷嘴； 
通过排空阀排空所述共有气体保持容积和所述停滞腔室中的所述第一气体；以及 
打开所述第二阀，以通过所述共有气体保持容积将来自所述第二气体源的第二气体供给所述第一喷嘴。 
19.根据权利要求18所述的方法，还包括： 
引动所述排空阀以在小于约10s的时间内大致排空所述停滞腔室和所述共有气体保持容积中的所述第一气体。 
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述排空阀的引动有助于在小于约5s的时间内大致排空所述停滞腔室和所述共有气体保持容积中的所述第一气体。 
21.根据权利要求18所述的方法，还包括： 
中断到所述第一喷嘴的所述第二气体的供应；以及 
将所述第二气体的流动引至第二喷嘴，其中第二喷嘴用以形成并射出气体团束，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴彼此邻近配置以将从所述第一喷嘴和所述第二喷嘴射出的气体团束至少部分地合并成单个气体团束并且将所述单个气体团束引向所述衬底。 
22.根据权利要求21所述的方法，还包括： 
选择性地供应分别来自第三气体源和第四气体源的第三气体和第四气体，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴供被构造选择性地从由所述第一、第二、第三或第四气体源的一者或多者所接收到的气体中射出气体团束。 
23.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二气体是从由NF2、N2、NF3、Ar、O2、C3F8、CF4和C2F6构成的组中所选择的净化气体。 
24.根据权利要求18所述的方法，还包括： 
选择性地将来自净化气体源的净化气体供给所述第一喷嘴，其中所述净化气体源不同于所述第一气体源和所述第二气体源，所述净化气体源通过净化气体阀与所述第一喷嘴流体连通，其中所述净化气体阀连同所述排空阀一起允许所述净化气体的流动以及所述第一气体或所述第二气体的流动经过所述第一喷嘴的所述出口。 
25.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二气体源包括主进给阀，其中所述主进给阀在所述主进给阀与所述第二阀之间界定了进给保持容积，所述方法还包括： 
感应所述进给保持容积中的所述第二气体的压力；以及 
响应于所述感应对所述进给保持容积中的所述第二气体进行增压。 
26.根据权利要求25所述的方法，还包括： 
选择要被供应到所述第一喷嘴的所述第二气体的期望容积； 
自动识别与所选择的期望容积相对应的所述进给保持容积中的所述第二气体的压力；以及 
自动将所述进给保持容积中的所述第二气体增压到所识别的压力。 
27.根据权利要求18所述的方法，其中： 
所述排空阀位于所述第一喷嘴的下游，并且 
所述排空阀被构造为使从所述停滞腔室并从所述共有气体保持容积中吸入的所述第一气体通过所述第一喷嘴的所述出口。 
28.根据权利要求18所述的方法，其中： 
所述排空阀位于所述第一喷嘴的上游；并且 
所述排空阀被构造为使所述第一气体从所述停滞腔室向上游流动通过所述停滞腔室的所述入口。 
29.根据权利要求28所述的方法，还包括： 
朝向低真空线路引导所述第一气体向上游流动；以及 
限制所述排空阀上游的所述第一气体的流动，从而控制流到所述低真空线路中的所述第一气体的压力。 
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8304033B2 (en) * 2009-02-04 2012-11-06 Tel Epion Inc. Method of irradiating substrate with gas cluster ion beam formed from multiple gas nozzles
US20100200774A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Tel Epion Inc. Multi-sequence film deposition and growth using gas cluster ion beam processing
US8338806B2 (en) 2010-05-05 2012-12-25 Tel Epion Inc. Gas cluster ion beam system with rapid gas switching apparatus
CN102931143B (zh) * 2011-08-10 2015-04-29 无锡华润上华科技有限公司 NOR Flash器件制作方法
US8779395B2 (en) * 2011-12-01 2014-07-15 Axcelis Technologies, Inc. Automatic control system for selection and optimization of co-gas flow levels
DE102012003563B4 (de) * 2012-02-23 2017-07-06 Drägerwerk AG & Co. KGaA Einrichtung zur desinfizierenden Wundbehandlung
TWI517463B (zh) * 2012-11-20 2016-01-11 佳能安內華股份有限公司 磁阻效應元件之製造方法
TWI610330B (zh) * 2012-12-14 2018-01-01 艾克塞利斯科技公司 針對共同氣體流層級的選擇和最佳化的自動控制系統
US9147574B2 (en) * 2013-03-14 2015-09-29 Tokyo Electron Limited Topography minimization of neutral layer overcoats in directed self-assembly applications
JP5493139B1 (ja) * 2013-05-29 2014-05-14 独立行政法人科学技術振興機構 ナノクラスター生成装置
WO2015034690A1 (en) 2013-09-04 2015-03-12 Tokyo Electron Limited Uv-assisted stripping of hardened photoresist to create chemical templates for directed self-assembly
US9793137B2 (en) 2013-10-20 2017-10-17 Tokyo Electron Limited Use of grapho-epitaxial directed self-assembly applications to precisely cut logic lines
US9349604B2 (en) 2013-10-20 2016-05-24 Tokyo Electron Limited Use of topography to direct assembly of block copolymers in grapho-epitaxial applications
JP6574180B2 (ja) * 2013-11-20 2019-09-11 ティーイーエル エピオン インコーポレイテッド Ｇｃｉｂシステムのための基板エッジプロファイル補正のためのマルチステップ場所特異的プロセス
US9540725B2 (en) 2014-05-14 2017-01-10 Tel Epion Inc. Method and apparatus for beam deflection in a gas cluster ion beam system
US9735019B2 (en) 2014-09-05 2017-08-15 Tel Epion Inc. Process gas enhancement for beam treatment of a substrate
JP6545053B2 (ja) * 2015-03-30 2019-07-17 東京エレクトロン株式会社 処理装置および処理方法、ならびにガスクラスター発生装置および発生方法
US9947597B2 (en) 2016-03-31 2018-04-17 Tokyo Electron Limited Defectivity metrology during DSA patterning
DE102016214146A1 (de) * 2016-08-01 2018-02-01 Kjellberg Stiftung Plasmabrenner
RU2649883C1 (ru) * 2017-03-15 2018-04-05 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Способ подачи газа в сверхзвуковое сопло ускорителя газовых кластерных ионов
JP6998664B2 (ja) 2017-03-23 2022-01-18 東京エレクトロン株式会社 ガスクラスター処理装置およびガスクラスター処理方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2831369B2 (ja) * 1989-02-15 1998-12-02 株式会社日立製作所 情報記録再生方式およびシステム
JP2000073936A (ja) * 1998-08-26 2000-03-07 Mitsubishi Electric Corp イオン源装置
US20020005676A1 (en) * 2000-05-02 2002-01-17 Greer James A. System and method for adjusting the properties of a device by GCIB processing
CN101107699A (zh) * 2004-11-08 2008-01-16 Tel艾派恩有限公司 铜互连布线和形成铜互连布线的方法
US20080149826A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for providing a ribbon-shaped gas cluster ion beam
EP2088613A1 (en) * 2008-02-08 2009-08-12 ICT, Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik Mbh Dual mode gas field ion source
TW201001538A (en) * 2008-06-24 2010-01-01 Tel Epion Inc Method and system for growing a thin film using a gas cluster ion beam

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1483966A (en) 1974-10-23 1977-08-24 Sharp Kk Vapourized-metal cluster ion source and ionized-cluster beam deposition
US4361762A (en) 1980-07-30 1982-11-30 Rca Corporation Apparatus and method for neutralizing the beam in an ion implanter
US5280983A (en) * 1985-01-22 1994-01-25 Applied Materials, Inc. Semiconductor processing system with robotic autoloader and load lock
JPS62296357A (ja) 1986-06-16 1987-12-23 Fujitsu Ltd イオン注入装置の電荷中和装置
US4740267A (en) 1987-02-20 1988-04-26 Hughes Aircraft Company Energy intensive surface reactions using a cluster beam
US4916311A (en) 1987-03-12 1990-04-10 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Ion beaming irradiating apparatus including ion neutralizer
US4886971A (en) 1987-03-13 1989-12-12 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Ion beam irradiating apparatus including ion neutralizer
JP3386175B2 (ja) 1993-03-22 2003-03-17 科学技術振興事業団 ガスクラスターイオン援用による化合物薄膜の形成方法
US5669556A (en) * 1994-07-06 1997-09-23 Exedy Corporation Nozzle for a welding torch having sputter build-up reducing configuration
JPH0831369A (ja) * 1994-07-13 1996-02-02 Nissin Electric Co Ltd ガス供給装置
JP3352842B2 (ja) 1994-09-06 2002-12-03 科学技術振興事業団 ガスクラスターイオンビームによる薄膜形成方法
JP3318186B2 (ja) 1995-05-19 2002-08-26 科学技術振興事業団 ガスクラスターの形成方法と薄膜形成方法
US6218207B1 (en) 1998-05-29 2001-04-17 Mitsushita Electronics Corporation Method for growing nitride semiconductor crystals, nitride semiconductor device, and method for fabricating the same
US5907780A (en) 1998-06-17 1999-05-25 Advanced Micro Devices, Inc. Incorporating silicon atoms into a metal oxide gate dielectric using gas cluster ion beam implantation
EP1238406B1 (en) 1999-12-06 2008-12-17 TEL Epion Inc. Gas cluster ion beam smoother apparatus
WO2001070378A1 (en) 2000-03-20 2001-09-27 Epion Corporation Cluster size measurement instrument and method for cluster ion beam diagnostic
JP3387488B2 (ja) * 2000-12-01 2003-03-17 日新電機株式会社 イオンビーム照射装置
US6646277B2 (en) 2000-12-26 2003-11-11 Epion Corporation Charging control and dosimetry system for gas cluster ion beam
US6857447B2 (en) * 2002-06-10 2005-02-22 Advanced Technology Materials, Inc. Pressure-based gas delivery system and method for reducing risks associated with storage and delivery of high pressure gases
JP3816484B2 (ja) 2003-12-15 2006-08-30 日本航空電子工業株式会社 ドライエッチング方法
JP2007525838A (ja) 2004-02-14 2007-09-06 エピオン コーポレーション ドープ済みおよび未ドープの歪み半導体の形成方法およびガスクラスタイオン照射による半導体薄膜の形成方法
US7060988B2 (en) * 2004-03-17 2006-06-13 Epion Corporation Method and apparatus for improved beam stability in high current gas-cluster ion beam processing system
EP1738388A4 (en) 2004-03-19 2009-07-08 Tel Epion Inc METHOD AND DEVICE FOR IMPROVED PROCESSING WITH A GAS CLUSTER ION BEAM
JP4926067B2 (ja) 2004-10-25 2012-05-09 ティーイーエル エピオン インク． ガスクラスターイオンビーム形成のためのイオナイザおよび方法
JP2006173327A (ja) 2004-12-15 2006-06-29 Canon Inc 薄膜トランジスタとその製造方法および製造装置
JP4049168B2 (ja) * 2005-05-24 2008-02-20 日新イオン機器株式会社 イオンビーム照射装置
US7709345B2 (en) 2006-03-07 2010-05-04 Micron Technology, Inc. Trench isolation implantation
US7838428B2 (en) 2006-03-23 2010-11-23 International Business Machines Corporation Method of repairing process induced dielectric damage by the use of GCIB surface treatment using gas clusters of organic molecular species
EP1936653B1 (en) * 2006-12-18 2014-01-15 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Gas field ion source for multiple applications
US7670964B2 (en) * 2007-03-22 2010-03-02 Tokyo Electron Limited Apparatus and methods of forming a gas cluster ion beam using a low-pressure source
US7749849B2 (en) 2007-12-18 2010-07-06 Micron Technology, Inc. Methods of selectively oxidizing semiconductor structures, and structures resulting therefrom
US8097860B2 (en) 2009-02-04 2012-01-17 Tel Epion Inc. Multiple nozzle gas cluster ion beam processing system and method of operating
US7855123B2 (en) * 2009-03-31 2010-12-21 Tokyo Electron Limited Method of integrating an air gap structure with a substrate
US8338806B2 (en) 2010-05-05 2012-12-25 Tel Epion Inc. Gas cluster ion beam system with rapid gas switching apparatus

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2831369B2 (ja) * 1989-02-15 1998-12-02 株式会社日立製作所 情報記録再生方式およびシステム
JP2000073936A (ja) * 1998-08-26 2000-03-07 Mitsubishi Electric Corp イオン源装置
US20020005676A1 (en) * 2000-05-02 2002-01-17 Greer James A. System and method for adjusting the properties of a device by GCIB processing
CN101107699A (zh) * 2004-11-08 2008-01-16 Tel艾派恩有限公司 铜互连布线和形成铜互连布线的方法
US20080149826A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for providing a ribbon-shaped gas cluster ion beam
EP2088613A1 (en) * 2008-02-08 2009-08-12 ICT, Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik Mbh Dual mode gas field ion source
TW201001538A (en) * 2008-06-24 2010-01-01 Tel Epion Inc Method and system for growing a thin film using a gas cluster ion beam

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