CN112151349A - 一种减少气体团簇离子束加工设备中微粒污染的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种减少气体团簇离子束加工设备中微粒污染的装置，即产生气体团簇离子束的限定设备，包括：第一构件为孔板，孔板上设有1个在远离工件的方向上从第一构件孔板突出的第二构件；所述第二构件是筒形或锥筒形，该孔板上孔将至少一部分气体团簇离子束传输至被处理工件，孔围绕中心轴线并对准轴线中心，并且孔板上的孔也是第二构件中的入口，第一构件的中心轴线和第一构件中靠近工件的出口；所述第一构件的孔内为筒形或锥筒形相交的外表面，围绕所述筒形或锥筒的内表面，所述筒形或锥筒内表面和所述外表面在所述入口处会聚以限定顶点即筒形或锥筒形的顶端。

Description

一种减少气体团簇离子束加工设备中微粒污染的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于处理工件表面的气体团簇离子束(GCIB)设备和方法，尤其涉及在大电流GCIB处理设备或装置中减少工件污染的方法和设备。

背景技术

气体团簇离子束已被用于在工件上平滑的表面刻蚀、清洗、和用于从被气化的含碳材料辅助膜的沉积(GCIBs)，并用于将沉积或掺杂剂的注入到半导体材料和其他材料中。为了便于讨论，将气体团簇视为纳米级，且视为在标准温度和压力条件下的气态的材料的聚集体。这样的气体团簇可以由数个分子到几千个的聚集体组成，松散结合形成簇的分子或更多分子。

气体团簇可以通过电子轰击而被电离，从而使其形成可控能量的定向束。这些离子通常各自携带“q·e”的正电荷(其中e是电子电荷的量，q是值从一到几的正整数，表示簇离子的电荷状态)。较大尺寸的簇离子通常是利用率最高的，因为它们每个簇离子都能够携带大量的能量，而每个分子却只有适量的能量。团簇在撞击时会分解，每个分子仅携带总团簇能量的一小部分。因此，大型集群的影响是巨大的，但仅限于非常浅的表面区域。这使得气体团簇离子可有效地用于多种表面改良性工艺，而不会产生更深的下层损伤，这是常规离子束处理的特征。

目前可用的簇离子源产生的簇离子分布尺寸的宽度为N，N可高达数千(其中N＝每个簇中的分子数)。在单原子气体(如氩气)的情况下，单原子气体的原子将称为原子或分子，而此类单原子气体的离子化的原子将称为离子化的原子，分子离子或单体离子。由于它们的质量低，在加速的GCIB中分子离子或单体离子以及其他非常轻的离子通常是不太理想的。因为在加速时，通过电位差，它们获得的速度要比较大的簇离子高得多。

当用于加工工件表面时，这种高速单体离子往往比较大的团簇能够更深地穿透表面，并产生有害的下表面损伤，这不利于整个工件加工的过程。

因此，按照惯例，在GCIB处理设备中并入单体射束滤光片。这种过滤器通常使用由(最好是永久性)磁体施加到电子束的磁场将单体离子和其他低质量离子偏转出主GCIB，以消除它们对GCIB过程的不良影响。通常使用下游孔从主GCIB中分析出单体离子和其他低质量离子，该下游孔会截留偏转的光离子，同时允许较重的离子(基本上未偏转)通过工件。此处参考美国专利TORTI等人的美国专利，US6,635,883。该专利公开了使用磁体和孔来去除单体和低质量簇离子的方法，该专利在此全文中将被引入以及作为参考。

在GCIB加工设备中通常使用电流测量装置，例如法拉第杯，以测量加工期间施加的GCIB的剂量和控制输送至工件的GCIB的量。这种电流测量装置通常具有用于接收需要测量的离子束的入射孔。有时，GCIB的包络线定义不清并且可能会略有波动，因此在使用法拉第杯进行电流测量之前，使用束定义孔径来清晰地定义GCIB的形状和和程度是有效并且理想的。这样定义的孔径可确保测量的GCIB和工件加工中使用的GCIB的范围相同。以精确的工艺剂量测定目的，法拉第杯或其他电流测量装置可在使用中进行整个团簇离子束的共同测量和共同分配。Mack等人的美国专利US6,646,277公开了在工件和/或剂量法拉第杯之前使用限定孔进行束的限定的方法，该专利的全部内容通过引用结合于此。

通过用GCIB轰击表面可以实现许多有用的表面处理效果。这些处理效果包括但不限于平滑，蚀刻，膜生长/沉积以及将材料注入表面。在许多情况下，发现为了在这种方法中实现工业实用的产量，需要GCIB电流约数百或可能是数千微安来提供必要的表面处理剂量。通常，随着GCIB电流和剂量的增加，加工效果趋于增加。

由于产量和性能不相同的原因，在工业规模上对工件进行GCIB处理的几种新兴应用，被应用在半导体领域和其他高科技领。考虑到这些应用的实用性，通常要求处理步骤中只可以造成非常低的污染。尽管在对工件进行GCIB处理的过程中，可以使用多种气体团簇源气体，但是其中大部分是是惰性气体。但是在处理应用中，还是希望可以使用包含反应性气体和可用于沉积金属的气体(有时可以与惰性或稀有气体组合或混合)来处理陶瓷，半导体和其他薄膜材料。

通常将含卤素的气体，氧气，含金属的气体，含半导体材料的气体和其他反应性气体或它们的混合物合并到GCIB中，有时也与惰性或稀有气体组合或混合。这些气体由于具有腐蚀性，因此会腐蚀，溅射在表面沉积薄膜。因此，对于用于半导体工艺的气体团簇电离器的设计造成了问题。通常，这种蚀刻，溅射或沉积是工件处理预期效果的一部分。

然而，GCIB还会照射诸如用于束定义以及从处理束中分离分子离子，单体离子和低质量离子的孔。经过延长的加工时间(涉及许多工件的加工)后，孔可以获得巨大的GCIB剂量。由于溅射，腐蚀以及由于GCIB入射效应而从其他表面造成溅射或者造成化学腐蚀的GCIB组件或材料的沉积，溅射和腐蚀，会导致孔表面的污染形成。污染材料通常以粘附不良的薄膜或堆积的形式积聚在孔表面上。

正常的热循环，振动或其他影响会导致污染物颗粒从孔的表面释放出来。设备处理中通过静电传输效应或其他效应导致的颗粒传输会导致产生不理想的污染物颗粒传输到在GCIB设备中处理的工件，从而导致产品变质或产品质量低下，以及产量低下。

现有技术：参考图1A和1B，用于GCIB处理工具的常规团簇离子束限定设备10包括孔板12和延伸通过孔板12的孔14。孔板12被支撑，对准，电接地并保持接地。孔板支架(未显示)热沉。孔板12通常是导电的，其前表面16被沿轴线18的方向行进的GCIB 20撞击。孔14限定了团簇离子束并分析了沿轴线18行进的小束，因此单体，分子和/或低质量簇离子从GCIB20中消除，仅经过准直或过滤。传送部分19用于辐照和处理工件22并用于剂量测定。孔14具有圆形的横截面轮廓，并且通常被布置在孔板12的前表面16和后表面17之间的孔板12的平面内。

GCIB 20的一部分被孔板12的前表面16在大致环形处拦截区域。板孔24围绕孔14。入射角近似垂直于孔板12的前表面16的平面。长时间使用后，由于溅射，蚀刻和/或沉积，污染物26积聚在环形件上。在前表面16上的区域24中，最终，一些污染物26可能会脱落。颗粒从前表面16以可能被传送到工件22的形式被传送到工件22，从而导致不希望的工件22的颗粒污染。从孔板12散落的颗粒主要散落到GCIB 20中，在此处静电力和其他束力有利于传送到工件22。

因此，需要一种用于GCIB加工工具的团簇离子束限定设备，该团簇离子束限定设备可以减少孔附近表面的污染物颗粒释放。

发明内容

本发明目的是，提供一种束限定设备，用于处理工件的气体团簇离子束。在一个实例中，团簇离子束限定装置包括第一构件，该第一构件适于以与工件成一定间隔的关系；以及第二构件，该第二构件从第一构件沿远离工件的方向突出。第一构件和第二构件包括孔，该孔构造可以将气体簇离子束的至少一部分透射到工件上。

本发明的技术方案是：一种用于利用气体团簇离子束加工工件的气体团簇离子束设备，该气体团簇离子束设备包括：

真空容器；真空容器内的气体团簇离子束源，该气体团簇离子束源构造成产生气体团簇离子束；团簇离子束限定装置，其特征在于，具有在所述气体团簇离子束源与所述工件之间的真空容器中配置的团簇离子束限定装置，该团簇离子束限定装置包括：第一构件为孔板，孔板上设有1个在远离工件的方向上从第一构件孔板突出的第二构件；所述第二构件是筒形或锥筒形，

该孔板上孔将至少一部分气体团簇离子束传输至被处理工件，孔围绕中心轴线并对准轴线中心，并且孔板上的孔也是第二构件中的入口，；第一构件的中心轴线和第一构件中靠近工件的出口；

所述第一构件的孔内为筒形或锥筒形(典型是筒形或圆锥筒形)相交的外表面，围绕所述筒形或锥筒的内表面，所述筒形或锥筒内表面和所述外表面在所述入口处会聚以限定顶点即筒形或锥筒形的顶端。锥筒内表面以限定以所述特征的一部分和所述外表面为边界的凹口。

其中顶端是半径小于约1毫米的尖锐边缘。

所述的团簇离子束限定装置，其中，所述锥筒外表面相对于所述中心轴线以第一角度朝所述顶点倾斜，所述锥筒第一角度小于锥筒第一角度小于或等于大约45°；使得所述团簇离子束限定装置相对于所述中心定位；气体团簇离子束以非垂直入射角撞击锥筒外表面。

所述锥筒内表面相对于所述中心轴线以第二角度朝向所述顶点倾斜，该第二角度大于第一角度；，使得所述出口沿所述中心轴线观察具有更大的横截面积并大于进口的横截面积。

所述孔口围绕中心轴线对准，并且所述孔口包括沿着所述中心轴线与所述第一构件间隔开的所述第二构件中的入口和在所述第一构件中的出口像工件靠近，并且包括第二构件与第一构件相交的外表面；围绕孔的内表面，内表面和外表面在入口处会聚以限定顶点，该外表面相对于中心轴线以锐角朝向顶点倾斜，从而使团簇离子束确定装置能够气体簇离子束相对于气体簇离子束定位，并且气体簇离子束以非垂直入射角撞击外表面。

所述第二构件包括与所述第一构件的内部相交的外表面；围绕孔的表面，以及在处连接内表面和外表面的顶点；顶点以限定通向孔的入口，该顶点与第一构件间隔开的距离大于或等于气体团簇离子束的束半径，所述第二构件筒形或锥筒外表面，设有一个以上环状锯齿围绕外表面，这些环状锯齿沿着中心轴线间隔开。

所述第二构件锥筒包括与所述第一构件相交的外表面和围绕所述孔的内表面；所述锥筒内表面和所述外表面在远离所述第一构件孔板的顶点处相交，以限定所述孔的入口，并且所述特征比所述第一孔更靠近所述入口。其中，所述特征是连续的且不间断的。

有益效果：气体团簇离子束限定设备可以与气体团簇离子束设备结合使用，以利用气体团簇离子束处理工件。气体团簇离子束设备包括真空容器和在真空容器内的气体团簇离子束源。气体团簇离子束源配置设备可以产生气体团簇离子束。束定义装置设置在气体团簇离子束源与工件之间的真空容器中。

附图说明

图1A是用于GCIB处理设备的常规GCIB团簇离子束一限定设备的前视图。

图1B是大体沿图1A的线1B-1B截取的截面图。

图2是根据本发明实施例的结合了GCIB束一限定设备的GCIB处理设备的示意图。

图3A是图2的GCIB团簇离子束一定义装置的正视图。图3B是大体沿图3A的线3B-1B截取的截面图，示出了气体团簇离子束。

图4是类似于图3B的截面图。根据本发明的另一实施例的GCIB束定义装置的图。

图5是类似于图3B和图4的根据本发明的另一实施例的GCIB射束定义装置的截面图。

图6是示出了具有如图1A和1B所示的常规束一限定装置的GCIB处理装置的颗粒污染性能的图。

图7是示出图3A和3B的GCIB束限定装置的改善的颗粒污染性能的图。

具体实施方式

另一个实施例中，提供了一种用于利用气体团簇离子束处理工件的方法。该方法包括将气体团簇离子束通过入口引导至束定义孔，并使围绕束定义孔的表面相对于气体团簇离子束的行进方向定向，以使该表面相对于行进方向倾斜。该方法还包括用气体团簇离子束冲击表面以减小透射通过束定义孔的气体团簇离子束的横截面积，并且在气体团簇离子束离开之后将工件暴露于气体团簇离子束中。

参考图2，GCIB处理设备100包括被分成三个连通室的真空容器102，源室104，电离/加速室106和处理室108。将这三个室抽成适当的操作，分别由真空泵系统146a，146b和146c产生的压力，处理成真空。

可冷凝的原料气112，其中。被储存在储气罐111中的气体在压力下通过气体计量阀113和供气管114进入停滞室116，并通过适当形状的喷嘴110喷射到压力较低的真空中。产生超音速气体喷嘴118。由气体喷口118的膨胀引起的冷却导致气体喷口118的一部分冷凝成簇，每个簇由几至几千个弱结合的原子或分子组成。气体分离器孔120将气体分子部分分开。这些气体不能从团簇射流冷凝成团簇射流，以使下游区域的压力减至最小，在下游区域中这种较高的压力将是有害的(例如，电离器122，抑制器电极142和处理室108)。合适的可冷凝源气体112包括但不限于氩气，氮气，二氧化碳，氧气，NF3，GeH4，B2H6以及其他气体或气体混合物。

在形成包含气体团簇的超音速气体射流118之后，该团簇在电离器122中被电离。电离器122通常是电子撞击电离器，其从一个或多个白炽灯丝124产生热电子并加速和引导电子，从而引起它们。从而与气体喷口118中的气体团簇发生碰撞，在该射流通过电离器122的情况下。受到团簇的电子撞击从团簇中释放出电子，使团簇的一部分被正离子化。一些簇可能有一个以上的电子被发射出来，并可能被多重电离。

抑制器电极142和接地电极144从电离器出口孔126提取簇离子，将它们加速到所需的能量(通常具有几百V至几十kV的加速电位)，并将其聚焦以形成气体簇离子束(GCIB)128。包含气体团簇的超音速气体射流118的轴线129与GCIB 128的轴线基本相同。灯丝电源136提供灯丝电压Vf来加热离子发生器灯丝124。阳极电源134提供阳极电压VA以加速从灯丝124发射的热电子，以使热电子轰击包含团簇的气体射流118以产生团簇离子。抑制电源138将抑制电压Vs提供给偏置抑制器电极142。加速器电源140提供加速电压VAce以相对于抑制器电极142和接地电极144偏置电离器122，从而导致总的GCIB加速电位与VAce相等。抑制器电极142用于从离子发生器122的离子发生器出口孔126提取离子，以防止不需要的电子从下游进入离子发生器122，并形成聚焦的GCIB 128。

可以具有永磁体结构的磁体132具有通孔222以允许GCIB通过，并且沿与GCIB 128的行进方向垂直的方向沿轴128施加磁场。磁体132使GCIB 128中的单体离子，分子离子以及可能的一些较轻离子偏转，从而形成不期望的单体，分子和分子束。其他低质量离子沿方向130从轴129稍微偏斜行进，并将不需要的单体离子，分子和其他低质量离子与GCIB 128中沿轴129行进的较重和较大的簇离子分开。

滤波后的GCIB 131由GCIB 128的基本上未偏转的高质量部分组成，并穿过团簇离子束限定设备400的光圈板402中的光圈404。孔板402定义团簇离子束并分析沿方向130行进的子束，因此，单体，分子和/或低质量簇离子已从GCIB中消除，只有经过过滤的GCIB 131才能通过工件加工和剂量测定。孔板402通常是导电的。孔板402由孔板支撑件206支撑，保持对准，电接地并热沉。

工件152可以是半导体晶片或将要通过GCIB处理来处理的其他工件，该工件152被保持在工件保持器150上，该工件保持器可以被设置在过滤后的GCIB 131的路径中。空间均匀的工件。结果，期望一种扫描系统以通过固定的经过滤的GCIB 131均匀地扫描大面积工件152以产生空间均匀的工件处理结果。

X轴扫描驱动器202在X轴扫描运动208的方向上(进入和离开纸平面)提供工件支架150的线性运动。Y轴扫描驱动器204在Y扫描运动210的方向上提供工件支架150的线性运动，该线性运动通常正交于X轴扫描运动208。X轴扫描和Y轴扫描运动的组合使工件运动。被工件保持器150保持的工件152以光栅状的扫描运动通过。过滤后的GCIB 131，以通过过滤后的GCIB 131对工件152的表面进行均匀(或以其他方式编程)照射，以处理工件152。工件保持器150以相对于工件152的轴线129倾斜的角度放置工件152。过滤后的GCIB 131使得过滤后的GCIB 131相对于工件152表面具有团簇离子束入射角。团簇离子束的角度。入射角可以是90度或其他某个角度，但通常为90度或接近90度，如图1所示。在Y扫描期间，工件152和工件支架150从所示位置移动到由标记152A和152B指示的交替位置“A”。150A。请注意，在两个位置之间移动时，工件152通过已过滤的GCIB 131进行扫描，并且在两个极端位置都完全移出了已过滤的GCIB 131的路径(过扫描)。尽管在图1中未明确示出，但是在(典型地)正交X轴扫描运动208方向(在纸面内外)执行类似的扫描和过扫描。

束流传感器218在已过滤的GCIB 131的路径中布置在工件保持器150的上方，以便当从“已过滤的GCIB 131的路径”中扫描出工件保持器150时，截取已过滤的GCIB 131的样品。束流传感器218通常是法拉第杯或类似物，除了束进入开口之外均关闭，并且通常通过电绝缘底座212固定在真空容器102的壁上。

控制器220可以是基于微计算机的控制器，其通过电缆216连接到X轴扫描驱动器202和Y轴扫描驱动器204并控制X轴扫描。X轴扫描驱动器202和Y轴扫描驱动器204，以便将工件152放入或移出过滤后的GCIB 131并进行扫描。工件152相对于过滤后的GCIB 131均匀地实现由过滤后的GCIB 131对工件152的期望处理。控制器220通过导线214接收束电流传感器218收集的采样束电流(团簇离子束流)，从而监视GCIB并控制当已经递送了预定的所需剂量时，通过从过滤后的GCIB131中移出工件152，工件152接收到的GCIB量。

参考图1至4。如图3A和3B所示，团簇离子束限定装置400包括管状突出部412，该管状突出部从孔板402的前表面406朝着GCIB上游方向并在背离工件152的方向上向外突出。限定为部分在突出部412内部且部分在孔板402内部的孔，使GCIB 128准直并成形，从而在通过团簇离子束限定设备400后，已过滤的GCIB 131撞击工件152。孔404在入口之间延伸突出部412的顶点428附近的开口420和孔板402中的入口即板孔422在朝向工件152的方向上位于入口板开口420的下游。在使用中，出口板422沿中心轴线430定位在入口和开口420和工件152之间。

突起412(即锥筒)包括外表面412b，该外表面412b与孔板402的前表面406在拐角处相交。类似地，孔板402和突起412限定围绕孔404并且与后表面417相交的内表面412a。孔板402在板孔422处限定在出口板孔422处的另一个拐角处。内表面412a和外表面412b在顶点428处汇合和相交，该顶点428远离工件152并且沿着中心轴线430与孔板402沿中心轴线430隔开。顶点428限定到孔404的入口和开口420。

锥筒出口孔即板孔422的横截面积通常大于开口420，以限制GBIC 128和内表面412a之间的相互作用。突出部412的尺寸可以被确定为使得长度L如图2所示。在图3B中，突出部412从前表面406突出大于或等于RB。在替代实施例中，孔板402的前表面406和后表面417可以是非一平面的，与平坦表面406相反，代表性实施例的417。

GCIB 128可以关于轴线129对称地分布，并且特别地，GCIB 128可以是具有圆形的基本上圆柱形的。从沿轴线129和团簇离子束半径Rg的角度看的横截面轮廓，如图3中最佳所示。在图3B中，从轴线129径向测量。孔404及其开口420、板孔422以及内表面412a相对于中心轴线430对准，在代表性的实施例中，中心轴线430被示出为与轴线129基本共线。通常，开口420的孔404、板孔422以及内表面412a相对于中心轴线430具有同心布置。如本领域普通技术人员所理解的，轴线129 430不限于是共线的，而是可以仅是平行的或可以相对于彼此成角度地倾斜。

GCIB 128的一部分被突起412的外表面412b拦截，另一部分被孔板402的前表面406上的环形区域410拦截，尽管后者的撞击取决于团簇离子束半径RB的值，与轴线129、430之间的空间关系有关。通常，轴线129、430是大致共线的，出于描述的目的而假定。当碰到突出部412的外表面412b时，GCIB 128的部分以掠射角(即锐角)冲击，而不是像常规团簇离子束限定设备中那样发生近似法线角(即90°)的冲击。GCIB撞击孔板12(图1A，1B)。由于掠射入射，因此，如果GCIB的入射角垂直于表面，则外表面412b的构成材料的溅射速率和溅射材料在外表面412b上的沉积比溅射速率低。在常规的团簇离子束限定装置中。

此外，通过溅射或蚀刻从外表面412b去除的材料趋向于再沉积在前表面406上的大致环形区域410处，但是远离入口开口420的孔404，在长期使用之后，并且作为溅射的结果，蚀刻和/或沉积，污染物408积聚在前表面406上的环形区域410上。最终，一些污染物408以颗粒形式从前表面406脱落，但是在这种情况下，没有被有效地输送到前表面406。工件152，至少部分是因为环形区域410从开口420到孔404的距离很远，并且可能至少部分是由于防止了脱落的粒子受到静电和其他束力的影响。

参考图4，其中在图1和2中相同的附图标记指代相同的特征。并按照图3A，3B。在另一实施例中，本发明一限定装置500的突起部412在外表面412b上包括锯齿504。锯齿504包括一系列围绕突起412的圆周延伸并围绕梁的孔404的同心脊。对于装置500而言，对于特征在于当垂直于表面入射时具有低溅射速率的气体簇离子束，与突起部412(图3B)的光滑外表面412b相比，锯齿504可以具有益处。轮廓锯齿504可能会干扰脱落的颗粒向其的重力传输。

参考图5，其中相同的附图标记指代：图3A，3B和4中的相同特征，并且根据替代实施例，团簇离子束装置600的突出部412包括从其突出的凸出603。外表面412b。围绕突出部412的圆周延伸并环绕孔404的凸出603从其突出。在外表面412b上限定圆形凹穴或凹痕604，该凹穴或凹痕604通常在外表面412b和凸出603的被GCIB 128遮挡的表面之间。凸出603和圆形凹痕604可用于收集从圆锥形外部脱落的颗粒可能倾向于通过重力或其他力向孔404的开口420输送的表面412b。此类颗粒被捕获在圆形凹痕604中，在此处它们不受GCIB128的影响。凸出603可以是连续的，并且在代表性的实施例中，凸出603的位置比孔板402和出口即板孔422更靠近开口420。

图6是示出了结合了如图1A和1B所示的常规束一限定装置的GCIB处理装置的颗粒污染性能的曲线图，该装置包括具有常规圆形平面孔的平坦孔板。GCIB处理设备配置为处理直径200mm的清洁硅晶片，用于半导体应用。通过用由BH6原料气组成的气体团簇离子束辐照许多晶片，以5kV的加速电位对其进行辐照，从而处理了许多晶片。

在GCIB处理之前和之后，在晶圆上均以每厘米1x10'S气体簇离子的剂量测量了直径大于0.16微米的颗粒。对于每个晶片计算通过GCIB工艺添加到晶片中的颗粒的数量，并在图6中绘制为GCIB处理设备的总操作时间的函数。图2中的标绘数据。图6表明，当用包括常规孔径的团簇离子束限定设备进行处理时，处理过的晶片上的颗粒污染率开始时较低，每个晶片添加约30个颗粒。但是，随着累积工作时间的增加，污染率迅速增长(大约10小时)，达到很高的水平，每个晶圆添加了400多个颗粒。

图7是示出配备有基本上如图3A和3B所示的改进的射束限定设备的GCIB处理设备的改善的颗粒污染性能的曲线图。GCIB处理设备再次被配置为处理用于半导体应用的直径为200mm的清洁硅晶片。使用与图6相同的加工条件加工了许多晶片。通过用由B2H6原料气组成并以5kV加速电势加速的气体团簇离子束辐照它们，从而形成图6所示的结构。测量直径大于0.16微米的颗粒。晶圆在GCIB处理之前和之后均以每厘米1x10¹⁵的气体团簇离子剂量进行处理。对于每个晶片，计算通过GCIB工艺添加到晶片的颗粒数量。绘制为GCIB处理设备总运行时间的函数。还在图上绘制了25个晶圆滚动平均值。

从图7中的数据可以明显看出，改进的团簇离子束定义孔径减少了观察到的颗粒积累。加工后的颗粒污染率。观察到晶片保持较低的平均污染率，每个晶片添加约25个颗粒。颗粒污染率直到至少192个小时才随着累积的运行时间而增加，这代表着对具有常规孔径的射束定界设备所观察到的行为的实质性改进。

射束限定设备的各种实施例具有改善的射束孔径几何形状，该几何形状增加了必须将污染物传输到孔径以便被传输到工件并由此污染工件的距离。改进的团簇离子束孔径几何结构表现为：与传统的团簇离子束限定设备相比，GCIB撞击的表面积增加，导致污染物以较低的显影速率积聚在限制孔径的表面上，改进的团簇离子束孔径几何结构可屏蔽污染物散落的颗粒束限定设备通过束产生的静电传输效应，如果不减轻的话，可能从中转移粒子。将团簇离子束限定设备对准工件。

尽管已经通过各种实施例的描述示出了本发明，并且尽管已经相当详细地描述了这些实施例，但是申请人的意图不是将所附权利要求的范围限制或以任何方式限制到这种细节。其他优点和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。例如，孔可具有非圆形的横截面几何形状，而是矩形(对应的限定装置500的突起部为矩形锥)，狭缝形，椭圆形(对应的限定装置500的突起部为椭圆形锥)和另一种非圆形的孔形状。因此，本发明在其更广泛的方面因此不限于所示出和描述的具体细节，代表性设备和方法以及说明性示例。因此，在不脱离“申请人”总体发明构思范围的情况下，可以偏离这些细节。

Claims (10)

1.一种产生气体团簇离子束的限定设备，其特征是，限定设备包括：

第一构件为孔板，孔板上设有1个在远离工件的方向上从第一构件孔板突出的第二构件；所述第二构件是筒形或锥筒形，该孔板上孔将至少一部分气体团簇离子束传输至被处理工件，孔围绕中心轴线并对准轴线中心，并且孔板上的孔也是第二构件中的入口，；第一构件的中心轴线和第一构件中靠近工件的出口；

所述第一构件的孔内为筒形或锥筒形相交的外表面，围绕所述筒形或锥筒的内表面，所述筒形或锥筒内表面和所述外表面在所述入口处会聚以限定顶点即筒形或锥筒形的顶端。

2.根据权利要求1所述的团簇离子束限定装置，其特征是，筒形或锥筒形顶端是厚度小于约1毫米的尖锐边缘。

3.根据权利要求2所述的团簇离子束限定装置，其特征是，所述锥筒外表面相对于所述中心轴线以第一角度朝所述顶点倾斜，所述锥筒第一角度小于锥筒第一角度小于或等于大约45°；使得所述团簇离子束限定装置相对于所述中心定位；气体团簇离子束以非垂直入射角撞击锥筒外表面。

4.根据权利要求3所述的团簇离子束限定装置，其特征是，所述锥筒内表面相对于所述中心轴线以第二角度朝向所述顶点倾斜，该第二角度大于第一角度；使得所述出口沿所述中心轴线观察具有更大的横截面积并大于进口的横截面积。

5.根据权利要求1所述的团簇离子束限定装置，其特征是，所述孔板的孔口围绕中心轴线对准，并且所述孔口包括沿着所述中心轴线与所述第一构件孔板间隔开的所述第二构件中的入口和在所述第一构件中的出口像工件靠近，并且包括第二构件锥筒与第一构件孔板相交的外表面；围绕孔的内表面，内表面和外表面在入口处会聚以限定顶点，该外表面相对于中心轴线以锐角朝向顶点倾斜，从而使团簇离子束确定装置能够气体簇离子束相对于气体簇离子束定位，并且气体簇离子束以非垂直入射角撞击外表面。

6.根据权利要求1所述的团簇离子束限定装置，其特征是，所述第二构件锥筒包括与所述第一构件的内部相交的外表面；围绕孔的表面，以及在处连接内表面和外表面的顶点；顶点以限定通向孔的入口，该顶点与第一构件间隔开的距离大于或等于气体团簇离子束的束半径，所述第二构件筒形或锥筒外表面，设有一个以上环状锯齿围绕外表面，这些环状锯齿沿着中心轴线间隔开。

7.根据权利要求1-6之一所述的用于利用气体团簇离子束加工工件的气体团簇离子束设备，其特征是，气体团簇离子束设备包括：真空容器；真空容器内的气体团簇离子束源，该气体团簇离子束源构造成产生气体团簇离子束；团簇离子束限定装置，其特征在于，具有在所述气体团簇离子束源与所述工件之间的真空容器中配置的团簇离子束限定装置，该团簇离子束限定装置包括：第一构件为孔板，孔板上设有1个在远离工件的方向上从第一构件孔板突出的第二构件；所述第二构件是筒形或锥筒形；

该孔板上孔将至少一部分气体团簇离子束传输至被处理工件，孔围绕中心轴线并对准轴线中心，并且孔板上的孔也是第二构件中的入口，；第一构件的中心轴线和第一构件中靠近工件的出口；

所述第一构件的孔内为筒形或锥筒形相交的外表面，围绕所述筒形或锥筒的内表面，所述筒形或锥筒内表面和所述外表面在所述入口处会聚以限定顶点即筒形或锥筒形的顶端；锥筒内表面以限定以所述特征的一部分和所述外表面为边界的凹口。

8.一种用气体团簇离子束加工工件的方法，该方法包括：将气体团簇离子束通过入口引导至束一限定孔；使围绕束一限定孔的表面相对于气体簇离子束的行进方向定向，使得该表面相对于行进方向倾斜；用所述气体团簇离子束撞击所述表面，以减小通过所述束限定孔透射的所述气体团簇离子束的横截面；在气体团簇离子束离开束限定孔的出口之后，使工件暴露于气体团簇离子束；收集微粒，该微粒与由气体团簇离子束撞击表面而形成的污染物分层，该特征从表面突出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，使围绕束一限定孔的表面相对于气体簇离子束的行进方向定向，还包括：相对于气体团簇离子束定位束限定孔；束限定孔和气体团簇离子束基本上是同轴的。

10.根据权利要求要求8所述的方法，收集颗粒包括：保持粒子恒定，从而防止微粒到达孔的入口；使围绕限定团簇离子束的孔表面相对于气体簇离子束的行进方向定向，包括：对表面进行定向，以使该表面相对于离子束的传播方向以锐角倾斜；锥筒出口422的横截面积通常大于入口420。

Images