CN112151350A - 一种通过带电粒子束扫描工件的方法 - Google Patents

Abstract

一种通过带电粒子束扫描工件的方法，包括以下步骤：将工件安装在通过带电粒子束扫描工件的扫描系统上；通过所述带电粒子束沿始于和结束于所述工件上基本上相同位置的圆形路径对所述工件执行第一扫描运动；通过带电粒子束沿从工件上不同位置开始和结束的非圆路径对工件进行第二次扫描。

Description

一种通过带电粒子束扫描工件的方法

技术领域

本发明涉及使用气体团簇离子束(GCIB)辐照衬底的系统和方法，更具体地说，涉及一种用于通过GCIB扫描衬底的改进的设备、系统和方法。

背景技术

带电粒子尤其是气体团簇离子束(GCIB)用于掺杂、蚀刻、清洗、平滑以及在衬底上生长或沉积层。在本讨论中，气体团簇是在标准温度和压力条件下气态的材料的纳米级聚集物。这种气体团簇可能由包括几个到几千个或更多松散结合在一起的分子的聚集物组成。这些气体团簇可以被电子轰击电离，从而使这些气体团簇形成具有可控制能量的定向束。这些簇离子通常都带有正电荷，由电子电荷的大小和一个大于或等于代表簇离子电荷状态的整数的乘积给出。大尺寸的团簇离子通常是最有用的，因为它们能够携带大量的能量每个团簇离子，而每个分子只有适度的能量。离子团簇在与衬底的冲击下分解。在一个特定的分解离子团簇中，每个单独的分子只携带团簇总能量的一小部分。因此，大离子团簇的影响是实质性的，但仅限于一个非常浅的表面区域。这使得气簇离子能够有效地用于各种表面改性过程，但不会像常规离子束处理那样产生更深的次表面损伤。

相关美国专利申请第11/565,267号，题为“通过离子束扫描工件的方法和设备”，于2006年11 月30日提交，作为美国Pat发布。第7,608,843号，2009年10月27日，作为本文的完整参考，描述了一种工件扫描机构，用于通过气体簇离子束(GCIB)扫描工件，如晶圆片、基片等。其中描述的扫描器有两个运动，结合起来允许GCIB到达工件的每个点。第一种运动是工件通过GCIB(即快速扫描运动)的快速往复运动，工件附着在类似倒立摆的手臂上；所述GCIB穿过工件的合成路径呈弧形。第二种运动是手臂旋转中心的缓慢直线运动(即慢扫描运动)，使GCIB在工件上跟踪不同的平行弧形轨迹，从而可以对工件的整个区域进行加工。所述实施例的快扫描运动电机和持工件的臂的旋转中心安装在垂直梭驱动组件的梭上，其中慢扫描伺服电机通过滑轮和皮带向上拉动梭，驱动快扫描运动电机向上运动。而向下运动是依靠重力完成的，即慢扫描伺服电机将皮带从滑轮上解开卷绕，从而使梭子、快扫描电机和臂一起向下运动。

这种工件扫描机构具有许多缺点。例如，由于对慢扫描运动的至少一个方向的重力依赖性，慢扫描运动只能在垂直或近乎垂直的方向上。飞梭驱动组件的污染或故障会导致慢速扫描运动沿飞梭驱动组件的导轨卡在飞梭的某些位置，重力在某些情况下无法拉动飞梭，扫描电机，并根据工艺配方的要求向下伸臂，导致无法正确处理工件。更糟的是，如果重力在某点上确实克服了卡住的梭子，并且先前已经从滑轮上解开了足够长的皮带，则整个梭子，快速扫描电机和承载工件的臂会突然自由落下，导致对皮带，滑轮和慢扫描伺服电机施加过大的力，通常会导致慢扫描伺服电机故障。本发明旨在纠正上述重力辅助工件扫描机构的缺点。

发明内容

本发明的一个方面是一种通过带电粒子束扫描工件的方法，克服现有技术的不足：如现有对慢扫描运动的至少一个方向的重力依赖性，慢扫描运动只能在垂直或近乎垂直的方向上。是一种非重力辅助工件扫描机构与方法，且用于气体簇离子束(GCIB)扫描。

本发明的技术方案是，一种通过带电粒子束扫描工件的方法，包括：将工件安装在通过带电粒子束扫描工件的扫描系统上；通过所述带电粒子束沿始于和结束于所述工件上基本上相同位置的圆形路径对所述工件执行第一扫描运动；通过带电粒子束沿从工件上不同位置开始和结束的非圆路径对工件进行第二次扫描。其中带电粒子束包括气体簇离子束(GCIB)。

其中圆形路径沿工件的外围边缘区域延伸。其中的非圆形路径延伸沿直线或弧形路径跨越工件。

一种用气体团簇离子束(GCIB)处理衬底的方法，包括：将所述衬底安装在衬底与所述GCIB相交或邻近所述GCIB的位置的传输系统上；利用衬底的旋转运动，确定GCIB工艺参数且去除衬底接近于衬底的边缘的一部分；使用传输系统和工艺参数使衬底围绕GCIB旋转移动，去除使用GCIB 的所述接近于衬底的边缘衬底部分；其中工艺参数包括以下一个或多个：多次扫描；扫描间隔；扫描速度；扫描起始半径；扫描结束半径。其中衬底的移动包括：将衬底靠近GCIB，使GCIB位于或位于起始半径内；改变衬底的旋转运动，至少部分地基于衬底的厚度剖面；当GCIB位于末端(结束)半径时，从衬底中分离GCIB。

其中工艺参数至少部分基于基材的厚度剖面和GCIB的特性。

其中GCIB的特征包括以下一项或多项：GCIB的束剖面；GCIB的一个或多个能级；GCIB的一个或多个剂量水平；GCIB的一种或多种化学成分。

本发明方法基于如下装置：用于通过GCIB扫描工件的装置，包括适于安装工件的拉长构件一旋转机构，将所述加长构件安装在旋转点上，并配置为通过所述GCIB沿弧形路径重复扫描所述工件；慢扫机制暂停细长的部件和转动机制和配置导致的线性运动旋转机制和细长的部件,导致工件的不同部分通过GCIB,慢扫机制包括传动装配有梭子轨道和梭子,梭子旋转机制被附加到梭子和暂停；第一次轮；第二轮；安装在滑轮上并连接到梭上的皮带；以及驱动机构来驱动皮带。

本发明的另一方面是一种装置，其中所述驱动机构包括具有驱动轴的伺服电机；附着于驱动轴的第一滑轮；第二滑轮连接于真空旋转进给；以及安装在第一和第二滑轮上的皮带或齿轮带。

本发明的另一方面是一种用于使用GCIB处理工件的系统，该系统包括喷嘴以从气体形成气体簇射束；分离器，用于从气体团簇束中去除不希望的气体团簇；电离器使气体团簇束电离并形成GCIB；用于加速GCIB的加速器；工件扫描机构，其封闭在处理室中，并配置成通过GCIB扫描工件，该工件扫描机构包括适于安装工件的细长构件；旋转机构，其将细长部件安装在旋转点处，并构造成沿着弧形路径重复扫描通过GCIB的工件；一种慢扫描机构，其悬挂着细长构件和旋转机构，并且构造成引起旋转机构和细长构件的线性运动，以使工件的不同部分穿过GCIB，该慢扫描机构包括往复驱动器具有轨道和梭子的组件，旋转机构附接到梭子并由梭子悬挂；第一滑轮；第二个滑轮；皮带，安装在滑轮上并固定在梭子上；以及驱动皮带的驱动机构。

本发明的另一个方面是一种通过离子束扫描工件的方法，包括将工件安装在加长构件末端的 GCIB路径内的步骤；部分地，重复地旋转被拉长的构件使用一个附加在被拉长的构件上的一个旋转点的旋转机构，使工件通过GCIB，沿着一个弧形路径进行重复扫描；将细长的部件和旋转机制在慢扫机制、附加旋转机制和悬浮,工件的移动导致不同部分通过GCIB路径重复扫描期间,慢扫机制包括传动装配有轨道和梭子,梭子旋转机制被附加到梭子和暂停；包括第一滑轮；第二滑轮；安装在滑轮上并连接到梭子上的皮带；以及驱动所述皮带的驱动机构，所述移动包括驱动所述驱动机构和所述皮带，从而使梭子沿导轨直线运动。

有益效果：本发明克服现有技术的不足。是一种非重力辅助工件扫描机构与方法，用于气体簇离子束(GCIB)扫描效果好。

附图说明

图1是根据本发明实施例的多喷嘴GCIB系统的示意图。

图2是根据本发明的另一个实施例的多喷嘴GCIB系统的示意图。

图3是根据本发明的另一个实施例的多喷嘴GCIB系统的示意图。

图4是用于GCIB系统的电离器实施例的示意图。

图5A和5B是用于GCIB系统的工件扫描机构实施例的原理图。

图6是根据本发明实施例的慢扫描机构的详细和部分剖开示意图。

图7是根据本发明实施例的慢扫描机构的详细示意图。

图8是根据本发明实施例的慢扫描机构的驱动机构的一部分的详细示意图。

图9A和9B是根据本发明实施例的梭式驱动组件的详细原理图。

图10示出了穿过GCIB的光束强度的示例剖面图。

图11示出了围绕GCIB的衬底的示例圆形扫描。

图12示出了在圆扫描过程中衬底与GCIB之间的角、距离和速度关系图。

图13示出圆形扫描的起始半径和结束半径的示例。

图14A说明了在具有示例性厚度剖面的衬底上实施圆形扫描的简化示例性实施例。

图14B说明了在衬底的厚度剖面上使用圆形扫描的示例结果。

图15示出衬底区域上起始半径和结束半径之间的GCIB能量分布。

具体实施方式

在下面的描述中，为了促进对发明的全面理解，并为了解释和不受限制的目的，列出了具体的细节，如光刻、涂布机/显影机和空隙填充处理系统的特殊几何形状，以及对各种组件和工艺的描述。但是，应该理解本发明可以在远离这些具体细节的其他实施例中实施。

在下面的描述中，由于工件扫描机构可以用普通(即单体)离子束和气体团簇离子束(GCIB)加工工件，所以可以互换使用离子束和气体团簇离子束(GCIB)。

在下列描述中，工件、衬底和晶圆片可互换使用，以表示被离子束或气体簇离子束(GCIB)加工的工件。工件可以包括导电、半导体或介电衬底，具有或不具有由此形成的各种有图案或无图案的薄膜。此外，工件可以是任何形状，如圆形、矩形等，以及大小，如直径为6英寸、8英寸、12英寸或更高的圆片。示例工件包括晶圆片或半导体晶圆片、平板显示器(FPD)、液晶显示器(LCD)等。

现在参照图1，根据实施例描述了用于修饰、沉积、生长或掺杂层的GCIB处理系统100。GCIB 加工系统100包括真空容器102、基片架150(基片架152)和真空抽吸系统170A、170B和170C。衬底152可以是半导体衬底、晶圆片、平板显示器(FPD)、液晶显示器(LCD)或任何其他工件。GCIB 处理系统100被配置用于生产处理基材152的GCIB。

参照图1中的GCIB处理系统100，真空容器102包括三个通讯室，即源室104、电离/加速室 106和提供减压外壳的处理室108。三个腔室分别通过真空抽吸系统170A、170B和170C排至合适的工作压力。在三个通讯室104、106、108中，第一室(源室104)可形成气体团束，第二室(电离/加速室106)可形成GCIB，其中气体团束被电离和加速。然后，在第三室(加工室108)中，可利用加速 GCIB处理基质152。

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 116,1016。稍后将讨论具有不同于两个的喷嘴数量和不同于两个的气体供应数量的其他实施例，所有这些均属于本发明的范围。两个气体供应器115和1015分别与两个滞止室116和1016中的一个以及喷嘴110和1010连接。所述第一燃气供应115包括第一气源111、第二气源112、第一燃气控制阀113A、第二燃气控制阀113B、燃气计量阀113。例如，储存在第一气源111中的第一气体组合物在压力下通过第一气体控制阀113A进入气体计量阀或阀门113。此外，例如，储存在第二气源112 中的第二气体组合物在压力下通过第二气体控制阀113B进入气体计量阀或阀113。此外，例如，第一气体供应115的第一气体组合物或第二气体组合物，或两者都可包括可冷凝的惰性气体、载气或稀释气体。例如惰性气体、载流气或稀释气可以包括惰性气体，即He、Ne、Ar、Kr、Xe或Rn。

同样，第二供气1015包括第一气源1011、第二气源1012、第一气体控制阀1013A、第二气体控制阀1013B、气体计量阀1013。例如，储存在第一气源1011中的第一气体组合物在压力下通过第一气体控制阀1013A进入气体计量阀或阀门1013。此外，例如，储存在第二气源1012中的第二气体组合物在压力下通过第二气体控制阀1013B进入气体计量阀或阀门1013。此外，例如，第二气体供应1015的第一气体组合物或第二气体组合物，或两者都可包括可冷凝的惰性气体、载气或稀释气体。例如惰性气体、载流气或稀释气可以包括惰性气体，即He、Ne、Ar、Kr、Xe或Rn。

此外，利用第一气体源111和1011以及第二气体源112和1012产生电离团簇。第一和第二气源111、1011、112和1012的材料组成包括主要的原子(或分子)种类，即，为了掺杂、沉积、修饰或在高压下生长一层而需要引入的第一和第二原子成分，包含第一气体组成物和/或第二气体组成物的可冷凝气体通过气体进气管114从第一气体供应115引入到停滞室116，并通过适当形状的喷嘴110 喷射到具有较低压力的真空中。由于高压膨胀，可冷凝气体从滞止室116进入源室104的低压区，气体速度加速到超音速，从喷管110发出一束气体束。

同样，由第一气体成分和/或第二气体成分组成的高压可冷凝气体通过气体进气管1014从第二气体供给管1015引入到滞留室1016，并通过一个适当形状的喷嘴1010喷射到压力低得多的真空中。由于高压膨胀，可冷凝气体从滞止室1016进入源室104的低压区，气速加速到超音速，从喷嘴1010 发出一束气体束。

110和1010喷嘴安装得非常近，以至于由110和1010喷嘴产生的单个气体束在源室104的真空环境中基本上合并成单个气体束118，然后到达气体分离器120。气体簇束118的化学组成是由第一和第二气体供给115和1015所提供的组成混合物，通过110和1010喷嘴注入。

固有的冷却射流作为静态焓交换动能,在飞机扩张的结果,导致部分气体喷射气体凝结,形成集群梁118集群,每个从几美元到几千弱约束组成的原子或分子。气体回收船120年,定位下游从喷嘴的出口源室之间的110年和1010年104年和电离/加速室106年,部分分离气体的气体分子在外围边缘集群梁118,可能没有凝聚成一个集群,从气体分子在118年天然气集群的核心梁,形成的集群。除其他原因外，选择部分气体簇束118可导致下游区域的压力降低，因为较高的压力可能是有害的(如电离器122和处理室108)。此外，气体分离器120定义了进入电离/加速室106的气体束的初始尺寸。

第一和第二气体供应115和1015可配置为独立控制引入到停滞室116和1016的气体混合物的停滞压力和温度。温度控制可以通过使用适当的温度控制系统(如加热器和/或冷却器)在每个气体供应(未显示)来实现。此外，可以将机械手117机械地连接到喷嘴110，例如通过滞止室116，机械手 117被配置为将耦合喷嘴110相对于除气器120定位，独立于喷嘴1010。同样地，机械手1017可以通过机械连接到喷嘴1010，例如通过驻点室1016，机械手1017被配置为将耦合喷嘴1010相对于气体分离器120定位，独立于喷嘴110。因此，可以单独操作多喷嘴组件中的每个喷嘴，以便相对于单个气体分离器120进行适当的定位。

在源室104中形成气体团束118后，气体团束118中的组成气体团被电离器122电离，形成GCIB 128。电离器122可包括一个电子冲击电离器，该电离器可从一个或多个灯丝124中产生电子，这些灯丝被加速并定向与在电离/加速室106内的气体团束118中的气体团碰撞。在与气体团簇的碰撞碰撞中，具有足够能量的电子从气体团簇中的分子中喷射出电子，产生电离分子。气体团簇的电离可导致大量带电的气体团簇离子，通常具有净正电荷。

如图1所示，利用束电子学130对GCIB 128进行电离、提取、加速和聚焦。电子束130包括灯丝电源136，提供电压V_F来加热电离器灯丝124。

此外，电子束130包括一组适当偏置的高压电极126在电离/加速室106，从电离器122中提取簇离子。然后，高压电极126将提取的簇离子加速到所需的能量，并将其聚焦以定义GCIB 128。GCIB 128中簇离子的动能一般在1000电子伏特(1keV)到几十keV之间。例如，GCIB 128可以加速到1 到100keV。

如图1所示，如图1所示，束电子器件130还包括阳极电源134，其向电离器122的阳极提供电压V_A，以加速从电离器灯丝124发射的电子并使电子轰击气体簇束118中的气体簇，从而产生簇离子。

如图1所示，束流电子学130包括提供电压V_E来偏压至少一个高压电极126，以从电离器122 的电离区提取离子并形成GCIB 128。例如，萃取电源138向高压电极126的第一电极提供一个电压，该电压小于或等于电离器122的阳极电压。

束流电子学130可以包括一个加速器电源140，提供电压V_Acc偏压一个高压电极126相对于电离器122，从而导致总GCIB加速能量约等于V_Acc电子伏特(eV)。例如，加速器电源140向高压电极 126的第二电极提供一个电压，该电压小于或等于电离器122的阳极电压和第一电极的提取电压。

束流电子学130可包括透镜电源142,144，可提供偏压一些高压电极126与电位(如V_LI和V_L2)，以聚焦GCIB 128。例如,镜头电源142可以提供一个第三电极电压的高压电极126小于或等于122 年离子发生器阳极电压,提取电压的第一电极和第二电极的加速电压,和镜头电源144可以提供一个电压第四电极的高压电极126小于或等于122年离子发生器阳极电压,提取电压的第一电极,所述第二电极的加速器电压和所述第三电极的第一透镜电压。

注意在电离和萃取方案上可以使用许多变体。在这里描述的方案是有用的指令的目的,另一个提取计划包括将离子发生器和提取电极(s)的第一个元素(或提取光学)在V_Acc这通常需要光纤编程控制的离子发生器电源电压,但创建一个简单的整体光学火车。无论离子发生器和萃取透镜偏置的细节如何，本发明都是有用的。

在电离/加速室106的高压电极126下游的一个束流过滤器146可以用来消除单体，或单体和光簇离子从GCIB 128定义一个过滤过程GCIB 128A进入处理室108。在一个实施例中，束滤子146 实质上减少了具有100个或更少原子或分子或两者都有的簇的数量。束滤波器146可包括磁体组件，用于施加横跨GCIB 128的磁场，以辅助滤波过程。

仍然参照图1，在电离/加速室106中，在gcib128的路径上设置了射束门148。梁门148年开放状态的GCIB 128是允许通过电离/加速室106年处理108定义过程GCIB 128室,和一个封闭的状态中GCIB 128从108年进入处理室被阻塞。控制电缆将控制信号从控制系统190传输到光束门148。控制信号可控制地在148束门之间开关开或关状态。

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)或其他要经过GCIB 处理的衬底，布置在加工室108中工艺GCIB 128A的路径上。由于大多数应用都是对具有空间均匀结果的大型基底进行处理，因此可以使用扫描系统对过程GCIB 128A进行大范围的均匀扫描，以产生空间均匀的结果。

X扫描致动器160在X扫描运动的方向上(进入和离开纸平面)提供衬底支架150的线性运动。 Y扫描致动器162在Y扫描运动164的方向上提供衬底保持器150的线性运动，该方向通常正交于 X扫描运动。X扫描和Y扫描运动的组合通过处理GCIB 128A以光栅状扫描运动来平移由衬底保持器150保持的衬底152，以引起对衬底表面的均匀(或以其他方式编程的)照射。通过工艺GCIB 128A 152进行衬底152的处理。

衬底保持器150相对于工艺GCIB 128A的轴线以一定角度布置衬底152，使得工艺GCIB 128A 相对于衬底152表面具有光束入射角166。光束入射角166的角度可以是90度或其他角度，但是通常是90度或接近90度。在Y扫描期间，衬底152和衬底支架150分别从所示位置移动到由标记152A 和150A指示的交替位置“A”。注意，在两个位置之间移动时，衬底152通过过程GCIB 128A被扫描，并且在两个极端位置中，衬底152被完全移出过程GCIB128A的路径(过度扫描)。虽然在图1 中没有明确显示，但在(典型的)正交x扫描运动方向(在纸的平面内和平面外)进行了类似的扫描和超扫描。

在工艺GCIB 128A路径上的衬底支架150之外可设置束流传感器180，以便当衬底支架150扫描出工艺GCIB 128A路径时拦截工艺GCIB 128A的样品。束流传感器180通常是一个法拉第杯或类似的东西，除了一个束流进入孔外是封闭的，通常用电绝缘支架182固定在真空容器102的壁上。

如图1所示，控制系统190通过电缆连接到X扫描致动器160和Y扫描致动器162，并控制X 扫描致动器160和Y扫描致动器162以便将衬底152放入或移出衬底152。处理GCIB128A并相对于处理GCIB 128A均匀地扫描衬底152，以通过处理GCIB 128A实现对衬底152的期望处理。控制系统190年接收采样电子束电流收集到180束电流传感器电子电缆和,因此,监视GCIB和控制GCIB 剂量收到152衬底通过消除衬底152从流程GCIB 128当一个预先确定的剂量已经交付。

如图2所示，GCIB处理系统100'可以类似于图1的实施例。如图1所示，并且还包括X-Y定位台253，该X-Y定位台253可操作以在两个轴上保持和移动衬底252，从而相对于工艺GCIB 128A 有效地扫描衬底252。X动作可以包括进出纸平面的运动，Y动作可以包括沿方向264的运动。

工艺GCIB 128A在衬底252的表面上的突出的冲击区域286处以及相对于衬底252的表面以光束入射角266的角度冲击衬底252。通过XY运动，XY定位台253可以定位衬底252的表面的每个部分在工艺GCIB 128A的路径中，使得可以使表面的每个区域与投影的冲击区域286重合，以通过工艺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，以控制X- 轴和Y-轴方向上的位置和速度。X-Y控制器262通过电缆从控制系统190接收控制信号并且可由控制系统190操作。XY定位台253根据常规的XY台定位技术通过连续运动或步进运动而移动，以将衬底252的不同区域定位在投射的冲击区域286内。在一个实施例中，XY定位台253可由控制系统190可编程地操作。以可编程的速度扫描衬底252的任何部分穿过投射的冲击区域286，以通过过程GCIB 128A进行GCIB处理。

定位表253的基片保持面254是导电的，并连接到由控制系统190操作的剂量测定处理机。定位表253的电绝缘层255将基片252和基片保持面254与定位表253的基片部分260隔离。GCIB 128A 撞击过程在衬底252中诱导的电荷通过衬底252和衬底保持面254进行，信号通过定位表253耦合控制系统190进行剂量测量。剂量测量具有对GCIB电流进行积分以确定GCIB处理剂量的积分手段。在某些情况下，目标中和源(未显示)的电子，有时被称为电子洪水，可用于中和过程GCIB 128A。在这种情况下,一个法拉第杯(没有显示,但这可能是类似于图1束电流传感器180)可以用来保证准确剂量测定法尽管添加电荷的来源,原因是典型的法拉第杯只允许高能正离子输入和测量。

在工作中，控制系统190发出信号，打开射束门148，用工艺GCIB 128A照射衬底252。控制系统190监测衬底252采集的GCIB电流的测量值，以计算衬底252接收的累积剂量。当底物252 接收到的剂量达到预定剂量时，控制系统190关闭射束门148，完成对底物252的处理。基于对基底252给定区域所接收的GCIB剂量的测量，控制系统190可以调整扫描速度，以实现适当的束驻留时间，以处理基底252的不同区域。

或者，该过程GCIB 128A可以在固定图案中以恒定速度扫描穿过衬底252的表面；然而，GCIB 强度被调制(可以称为z轴调制)以向样品提供一个有意的非均匀剂量。GCIB强度可在GCIB处理系统中通过各种方法中的任何一种调制100'，包括改变来自GCIB源供应的气体流量；通过改变灯丝电压V_F或改变阳极电V_A调制电离器122；通过改变镜头电压V_LI或V_L2调制镜头聚焦；或用可变束块、可调快门或可变孔径机械地阻塞GCIB的一部分。调制变化可以是连续模拟变化，也可以是定时调制开关或门控。

加工室108还可包括现场计量系统。例如，现场计量系统可包括光学诊断系统，该光学诊断系统具有分别配置为用入射光信号284照亮基片252和接收来自基片252的散射光信号288的光发射机280和光接收机282。所述光学诊断系统包括允许入射光信号284和散射光信号288进出处理室 108的光学窗口。此外，所述光发射机280和所述光接收机282可分别包括发射光学和接收光学。光发射机280接收来自控制系统190的电信号，并对其进行响应和控制。光接收器282将测量信号返回到控制系统190。

现场计量系统可以包括任何配置来监控GCIB处理过程的仪器。根据一个实施例，现场测量系统可以构成光散射测量系统。散射测量系统可以包括散射仪，包括光束椭圆度仪(椭圆度仪)和光束反射度仪(反射仪)，这些可从Therma-Wave公司(1250Reliance Way，加利福尼亚州，94539)或 Nanometrics公司(1550Buckeye Drive,Milpitas，加利福尼亚州，95035)购买。

例如，现场计量系统可包括集成光学数字轮廓术(iODP)散射测量模块，用于测量GCIB处理系统100'中处理过程执行后产生的处理性能数据。例如，计量系统可以测量或监控处理过程产生的计量数据。例如，可以利用计量数据来确定表征处理过程的工艺性能数据，如工艺率、相对工艺率、特征轮廓角、临界尺寸、特征厚度或深度、特征形状等。例如,在一个过程定向沉积在衬底材料,过程性能数据可以包括一个关键维度(CD)，中间或底部CD的功能(即通过、线等)，一个功能深度、材料厚度、侧壁角,一个侧壁形状，沉积速率，相对沉积速率，空间分布的参数，一个参数来描述任何空间分布的均匀性等等。通过控制系统190的控制信号操作X-Y定位表253，现场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”可类似于图1的实施例，并进一步包括一个压室 350，该压室位于电离/加速室106的出口区域或附近。所述压力箱350包括惰性气源352，配置为向压力箱350提供背景气体以提升压力箱350内的压力，以及配置为测量压力箱350内的压力升高的压力传感器354。

压力室350可配置为修改GCIB 128的束能量分布，以产生修改的处理GCIB 128A'。通过引导 GCIB 128沿GCIB路径通过压室350内的增压区，使至少一部分GCIB穿过增压区，从而实现了束流能量分布的这种改变。束能量分布的改变程度可以通过沿GCIB路径至少一部分的压力-距离积分来表征，其中距离(或压力池室350的长度)用路径长度(d)表示。当压力-距离积分的值增加(通过增加压力和/或路径长度(d))，束的能量分布变宽，峰值能量减小。当压力-距离积分值减小(通过减小压力和/或路径长度(d))时，束能量分布变窄，峰值能量增加。压力槽设计的进一步细节可由美国Pat确定。第7,060,989号，标题为“用气簇离子束改进处理的方法和装置”；其内容在此以完整的引用形式纳入。

控制系统190包括微处理器，存储器和数字I/O端口，所述数字I/O端口能够产生足以传达和激活到GCIB处理系统100(或595、100”)的输入的控制电压，以及监视来自GCIB处理系统100 的输出。(或100'，100“)。此外，控制系统190可与真空泵系统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，第二气体控制阀连接并交换信息。113B和1013B，束电子器件130，束过滤器146，束门148，X扫描致动器160，Y扫描致动器162和束电流传感器180。例如，存储在存储器中的程序可用于激活根据处理配方，将其输入到GCIB处理系统100的上述45个组件，以便在衬底152上执行GCIB处理。

然而，控制系统190可以实现为一个通用计算机系统，该计算机系统执行本发明的基于微处理器的一部分或全部处理步骤，以响应执行存储器中包含的一条或多条指令的一个或多个序列的处理器。这样的指令可以从另一种计算机可读媒体(如硬盘或可移动媒体驱动器)读入控制器存储器。多处理安排中的一个或多个处理器也可被用作控制器微处理器，以执行主存中包含的指令序列。在备选实施例中，可以使用硬线电路代替软件指令或与软件指令结合使用。因此，实施例不限于硬件电路和软件的任何特定组合。

如上所述，控制系统190可用于配置任意数量的处理元素，并且控制系统190可以收集、提供、处理、存储和显示来自处理元素的数据。控制系统190可以包括许多应用程序和控制器，用于控制一个或多个处理元件。例如，控制系统190可以包括图形用户界面(GUI)组件(未显示)，该组件可以提供接口，使用户能够监视和/或控制一个或多个处理元素。

控制系统190可以相对于GCIB处理系统100(或100'，100")本地定位，也可以相对于GCIB处理系统100(或100'，100")远程定位。例如，控制系统190可以通过直接连接、内联网和/或互联网络与GCIB处理系统100交换数据。控制系统190可以耦合到内部网，例如，一个客户站点(一个设备制造商等)，或者它可以耦合到一个内部网，如一个供应商站点(一个设备制造商)。或者控制系统190 可以连接到互联网上。此外，另一台计算机(即控制器、服务器等)可以访问控制系统190，通过直接连接、内联网和/或互联网交换数据。

衬底152(或252)可以通过夹紧系统(图中未显示)固定在衬底固定器150(或衬底固定器250)上，例如机械夹紧系统或电气夹紧系统(如静电夹紧系统)。此外，衬底固定器150(或250)可包括加热系统(未显示)或冷却系统(未显示)，该系统配置用于调节和/或控制衬底固定器150(或250)和衬底152(或 252)的温度。

真空泵系统170A、170B和170C可以包括涡轮分子真空泵(TMP)，它的泵速可以达到每秒5000 升(或更高)，并有一个闸阀来调节腔室压力。在传统的真空处理设备，1000到3000升每秒TMP可以被使用。TMPs适用于低压处理，通常小于50mTorr。虽然没有显示，但可以理解，压力室350 可能也包括一个真空抽吸系统。此外，监测室压力的装置(未显示)可以连接到真空容器102或三个真空室104、106、108中的任何一个。如压力测量装置可以是电容式压力计或电离计。

如图2和3是喷嘴机械手的替代实施例。如图1所示，不同于将每个喷嘴110,1010连接到单独操作的机械手117,1017上，喷嘴110,1010可以相互连接，并一起连接到单个机械手117A上。喷嘴 110和1010相对于气体分离器120的位置可以作为一个整体而不是单独操作。

现在参照图4，气体簇离子发生器的第300部分(122，图1、2和3)用于电离气体簇射流(气体簇束118，图1,2,3)显示。section 300垂直于gcib128的轴。对于典型的气体团簇大小(2000到15000个原子)，团簇离开气体分离器孔径(120和进入离子发生器(122，图1、2和3)的动能约为130到1000 电子伏特(eV)。在这些低能量下，电离器122中任何偏离空间电荷中性的地方都会导致喷射流的快速分散，并造成束电流的重大损失。图4说明了一种自中和离子发生器。与其他电离器一样，气体团簇被电子撞击电离。在这个设计中,thermo-electrons(310年7个例子所示)从多个线性热离子发射丝302a, 302b,c和302(通常是钨)和提取和集中的行动提供的合适的电场electron-repeller电极306a,306b,和 306c和波束形成电极304a,304b、304c。热电子310通过气体簇射流和射流轴，然后击打相反的波束形成电极304b，产生低能二次电子(例如312、314和316)。

虽然(为了简单起见)没有显示，线性热离子丝302b和302c也产生热电子，随后产生低能二次电子。所有的二次电子通过提供能被吸引到正电离气体簇射流以保持空间电荷中性的低能量电子，帮助确保电离的簇射流保持空间电荷中性。波束形成电极304a、304b和304c对线性热离子灯丝302a、 302b和302c偏压为正，排斥电子电极306a、306b和306c对线性热离子灯丝302a、302b和302c偏压为负。绝缘体308a,308b,308c,308d,308e，和308/电绝缘和支持电极304a,304b,304c,306a,306b，和306c。例如，这种自中和离子发生器是有效的，可以达到超过1000微安的氩GCIBs。

或者，电离器可以使用等离子体中的电子萃取来电离簇。这些离子化器的几何形状与这里描述的三灯丝离子化器有很大的不同，但工作原理和离子化器的控制是非常相似的。例如，离子发生器的设计可能与美国Pat中描述的离子发生器相似。第7,173,252号，题为“气体簇离子束形成的离子发生器和方法”；其内容在此以完整的引用形式纳入。

气体簇离子发生器(122，图1、2、3)可配置通过改变GCIB 128的电荷状态来改变GCIB 128的束流能量分布。例如，可以通过调整电子通量、电子能量或在气体簇的电子碰撞入电离中使用的电子的电子能量分布来改变电荷态。

参照图5A和5B，示出了工件扫描机构500的实施例。工件扫描机构500被封闭在处理腔室510 中，该处理腔室510可以是例如图1、2和3的处理系统100、100'或100”的处理腔室108之一。处理室510将在使用GCIB的照射过程中将工件520封闭在低压环境中，且无污染。使用卡盘530将工件520附接到扫描臂540的第一端，该扫描臂540包括细长构件，该细长构件用于在横跨GCIB 505 的弓形路径580中扫描工件520，该GCIB 505例如从一个进入加工室510。图1、2和3的处理系统100、100'或100”的电离/加速室106的一部分。根据配置，卡盘530可以使用机械夹紧将工件520 固定到扫描臂540，真空抽吸或使用静电夹紧。静电夹紧卡盘530的示例性实施例在美国专利No.美国专利No.7,948,734，标题为“静电夹头电源”，并在美国专利No.题为“静电卡盘电源”的美国专利第8,169,769号的全部内容通过引用整体并入本文。

扫描臂540的远离工件520和卡盘530的第二端(即旋转点)附接到快速扫描电动机550的旋转输出轴，该快速输出电动机550用作旋转机构以致动工件520。沿着弧形路径580的快速扫描运动方向。快速扫描电动机550的示例性实施例在美国专利No.题为“用于通过离子束扫描工件的方法和装置”的美国专利No.7,608,843的全部内容通过引用合并于此。快速扫描电动机550本身由慢速扫描机构560支撑，这将在后面详细描述。慢扫描机构560被配置为沿着线性路径在慢扫描移动方向570上移动快速扫描电动机550，扫描臂540，卡盘530和工件520。

虽然图5A和5B示出了在垂直方向上对准的慢速扫描机构560，因此扫描臂540用作倒立摆，慢速扫描机构560也可以在水平方向上或以水平和垂直方向之间的某个角度安装。垂直扫描，同时仍允许GCIB 505到达工件520的所有点。例如，在一个实施例中，慢速扫描机构560可以沿处理室510的底壁水平安装。扫描机构560可以沿着处理室510的上壁水平地安装。

为了促进工件的装载和卸载，在一个实施例中，扫描臂540可以包括可选的接头545，以允许扫描臂540在弯曲运动590中充分向后弯曲，从而可以装载和卸载工件520。如图5所示，在水平位置上从卡盘530上取下卡盘530。SB。接头545可以使用电动机(未示出)来致动，并且在美国专利No.5,235,935中描述了一种接头致动系统的实施例。题为“用于通过离子束扫描工件的方法和装置”的美国专利No.7,608,843的全部内容通过引用合并于此。

经由通信线598通信的控制器595用于控制工件扫描机构500。控制器595可以被实现为单独的控制器，或者可以被实现为处理系统100、100'的控制系统190的一部分。控制器595包括图1、2 和3中的“100”或“100”。控制器595包括微处理器，存储器和数字I/0端口，该端口能够产生足以传递和激活至工件扫描机构500的输入的控制电压。此外，控制器595可以耦合到快速扫描电动机 550，慢速扫描机构560，卡盘530，接头545等并与之交换信息。例如，存储在存储器中的程序可以用于激活输入到工件扫描机构500的上述部件根据处理配方以便在工件520上执行GCIB处理。控制器595可实现为通用计算机系统，该计算机系统执行工件520的部分或全部基于微处理器的处理步骤响应于处理器执行存储器中包含的一个或多个指令的一个或多个序列的本发明。这样的指令可以从诸如硬盘或可移动介质驱动器之类的另一计算机可读介质读入控制器存储器。多处理装置中的一个或多个处理器也可以用作控制器微处理器，以执行包含在主存储器中的指令序列。在替代实施例中，可以使用硬连线电路代替软件指令或与软件指令结合使用。因此，实施例不限于硬件电路和软件的任何特定组合。

图6和图7示出了工件扫描机构500的慢扫描机构560的示例性实施例。图6和图7示出了安装成使得慢扫描运动在垂直方向上，但是如前所述，可以使用其他安装角度。图6示出了组件的局部剖视图，但是具有诸如处理室510之类的周围结构。图7示出了没有周围结构的视图。

慢速扫描机构560的核心是梭子驱动组件605，该组件包括导轨610和梭子620。梭子620具有一个连接点660，快速扫描电机550可以连接到该点，导轨610允许梭子620(以及与其相连的所有结构，即快速扫描电动机550，扫描臂540，卡盘530和工件520)沿着定义慢速扫描方向570的线性路径自由移动。在轨道610的末端，止挡612A和612B被附接以防止梭子620从轨道610滑落。

通常平行于往复驱动器组件安装滑轮630和640，皮带650A，B安装在滑轮630和640上。皮带650A，650B包括完整的环，并且可以是平皮带或齿轮皮带。皮带650A，B由与GCIB工艺兼容的材料制成，以减少脱气和污染，并且可以由金属或聚合材料制成。在一个实施例中，皮带650A， B可以由单股或成圈的材料(未示出)制成。在另一个实施例中，皮带650A，B可以由两个部分650A 和650B制成，每个部分分别在附接点652A，652B，653B等处分别独立地附接到滑轮630和640。在该后一实施例中，每个滑轮630和640包括两个并排安装在一起或整体加工的并排滑轮。而且，在后一实施例中，滑轮630和640的直径选择得大，使得滑轮630和640的角行程允许往复运动装置620的整个慢速扫描运动范围，而皮带部分650A和650B不与它们各自的连接点652A，652B， 653B等。

皮带650A、B、650B的一部分附着在梭子620上，靠近附着点660，使梭子620在慢扫描运动方向570上驱动。在一个实施例中，皮带650A,B可以是一个齿轮带，在这种情况下，用链轮630 和640代替滑轮630和640。

还是如图5A，5B，6和7，驱动皮带650A,B，从而影响快扫描电机550，扫描臂540，卡盘530，工件520的慢扫描运动，设有传动机构670。驱动机构670可以连接到任何滑轮630、640上；和无花果。7和8描绘它附加到滑轮630上沿梭形驱动组件605安装在上部位置。所述驱动机构670包括安装在加工室510的壁上的真空旋转馈给680，所述真空旋转给料滑轮630附着在该真空旋转给料轮上。真空旋转馈给680允许旋转运动被赋予滑轮630，从一个伺服电机690外部到加工室510，而不破坏保持在加工室510内的真空。在真空旋转进给680和伺服电机690之间，可选装减速器685。在一个实施例中，减速器685可以包括一对链轮700和710，其上安装有齿轮带720。或者，减速器 685可以包括一对滑轮700和710，其中平带720安装。在另一个替代实施例中，减速器685可以包括减速器组，例如，而不是皮带传动。减速传动685的目的是至少部分地将伺服电机690的转速降低到慢扫描机构560安全运行所需的水平。伺服电机690的额外减速速度可以通过可选的减速齿轮组692来实现，它可能是也可能不是伺服电机690本身的一部分。

为了运行工件扫描机构500的慢扫描机构560，根据控制器595的控制信号驱动伺服电机690。在一实施例中，从伺服电机690的旋转运动通过链轮700、710和齿轮带720传输到真空旋转馈给 680。所述真空旋转送料给滑轮630提供旋转运动，带动皮带650A、B带动附在其上的梭子620的运动。最后，在皮带650A、B的牵引下，梭子620沿着梭子驱动组件605的导轨610确定的直线路径滑动，引导附着在其上的快扫描电机550、扫描臂540、卡盘530和工件520。

图8示出了利用一对链轮700和710以及齿轮带720的减量传动685的示例性实施例。较大的链轮700附在真空旋转进给680的一端。较小的链轮710附在伺服电机695的传动轴上。前面已经提到，需要限制链轮700、真空旋转进给680、滑轮630的旋转运动范围，防止650A、B带的超跑，导致650A、B带的650A、650B部分与滑轮630、640分离。为了防止这样的情况发生,一组限位开关760a和760b是安装在减速传动685；信号控制器595削减伺服电机690极端的允许链轮700旋转范围,真空旋转馈给680。在链轮700、真空旋转进给680、皮带轮或滑轮630的允许旋转行程的极端，使用适合尺寸的限位开关触碰750触发限位开关760A、760B的状态。

减速传动装置685的设计的优点优于例如美国专利No.5,235,828中所述的蜗轮组。题为“用于通过离子束扫描工件的方法和装置”的美国专利第7,608,843号(通过引用整体并入本文)包括简单，更低的成本以及由于梭子620沿梭子轨道610的变化的摩擦而产生的冲击的较高的弹性。随着两个滑轮630和640以及安装在其上的皮带650A，B的使用，本发明减轻了美国专利No.5,235,650中描述的工件扫描机构的许多故障模式。美国专利第7,608,843号，并且在之前进行了讨论。为了代替蜗轮副的自然作用作为“制动器”，即转矩负载突然增加的阻止被传送到伺服电机驱动蜗轮,伺服电机 690的一个体现；本发明可以配备一个刹车。

图9A和9B是梭驱动组件605的实施例。参照图9B，梭形驱动组件605包括轨道610，包括安装在其上的导向器770。允许滑块780沿导轨770滑动，导轨上附有梭子620和快速扫描电机550的附着点660。导向器770和滑块780定义了梭子驱动组件605的对称的纵向平面790，在本实施例中，梭子620和附着点660均位于对称的纵向平面790的外部。这种非对称结构与现有技术的对称往复驱动器组件相比具有许多优点，包括不易由于来自GCIB的污染而导致故障，因为在图1和图2中可以看出。参见图5A，图5B和图6所示的梭驱动组件605。可以安装图9A和9B所示的结构，使得暴露出引导件770和滑动件780的开口定向成远离GCIB 505进入处理室510的方向，从而降低由于污染和堵塞引起的故障率。

在一个实施例中，利用这些参数的任何一个或组合在GCIB处理系统中形成GCIB，该GCIB处理系统具有基本上近似于图7所示的高斯分布的波束分布。在其他实施例中，还可能有其他波束分布。

如图10所示，形成了具有基本高斯分布的波束轮廓450。在沿着GCIB的长度的轴向位置(如衬底表面)，光束轮廓的特征在于半峰全宽(FWHM)452和最大宽度454(例如峰强度的5％时的全宽)。

在建立GCIB之后，流程继续到520，在那里为一个基材采集计量数据。测量数据可以包括参数化数据，例如与上层或在基片上层形成的一个或多个器件相关的几何、机械、电气和/或光学参数。计量数据包括但不限于上述计量系统可测量的任何参数。此外，计量数据包括膜厚度的测量,电影高度、表面粗糙度、表面污染、功能深度、槽深度、通过深度、宽度、功能沟宽度、通过宽度、一个关键维度(CD)、一个电阻或任何组合两个或更多。计量数据可以包括一个或多个声表面波(SAW)设备的一个或多个可测量参数，如声表面波频率。

成型孔的特征在于横截面尺寸。横截面尺寸可以包括直径或宽度。另外，一个或多个成形孔的形状可包括圆形，椭圆形，正方形，矩形，三角形或具有任何任意形状的横截面。再次参考图。参照图10，可以形成具有光束轮廓450的GCIB，该光束轮廓450基本近似于高斯轮廓。作为示例，孔的横截面尺寸456被选择为包括小于或等于GCIB的FWHM的直径。

图11示出了围绕GCIB 128A'的衬底152的示例性圆形扫描，该GCIB 128A'至少部分地沿着圆形路径与衬底接触。因此，GCIB 128A'可以在衬底152的外围周围蚀刻或沉积膜。可以这样做以补偿具有比衬底152的内部区域更高或更低的厚度的衬底152的边缘轮廓。如果衬底152的边缘厚度偏离衬底的其余部分，则GCIB 128A'对衬底152的圆形扫描可以蚀刻膜以最小化厚度偏差。相应地，如图3所示，工件扫描机构500被安装在工件100上。图5A-5B可以被编程或配置为使得能够在衬底152的外围周围进行蚀刻或沉积。

图11所示，通过使用工件扫描机构500，可以使衬底152以旋转运动移动。SA和5B。在图5 中仅示出了工件扫描机构500的扫描臂540。为了易于图示和说明起见，图11中示出了图11。在一实施例中，当衬底152围绕GCIB 128A'进行旋转运动时，圆形扫描可使GCIB128A'沿着衬底的外围接触以蚀刻衬底或上覆膜。如上文在图5A-5B的描述中所描述的，衬底152可以经由扫描臂540耦合至工件扫描机构500。工件扫描机构500可以在两个点之间沿旋转方向580移动，同时还以线性运动570移动。旋转580或径向运动和线性运动570的组合使得能够进行圆周运动575，该圆周运动允许GCIB 128A'进行扫描在旋转扫描中横穿衬底152的边缘。如图11所示，对衬底152的扫描可以从衬底152附近或边缘的一点开始。工件扫描机构500可以旋转运动衬底575，使GCIB 128A' 沿衬底152的圆周轨迹运动。例如，衬底152围绕GICIB 128A'的运动由旋转衬底1521、1522、1523 的位置示出，其示出了如何完成圆形扫描。如图4所示，仅四个旋转的衬底1521、1522、1523被形成。为了易于图示和说明起见，图11中示出了图11。在实践中，GCIB 128A'在比衬底152和旋转的衬底1521、1522、1523所示的四个点更多的程度上与衬底152接触。例如，GCIB 128A'可以沿着衬底152与衬底152接触。可以在衬底152上的相同点处开始和结束的圆形路径。在完成第一圆形扫描之后，工件扫描机构500可以使衬底变位以增加或减小圆形扫描半径(未示出)，并开始另一圆形扫描以进行蚀刻。或沿衬底152周围的另一个圆形路径沉积或沉积。沿半径方向的扫描可以按需要继续进行，以在GCIB 128A'与衬底152相交的位置上腐蚀或沉积在衬底上。这样，衬底152的边缘厚度轮廓可以是在不改变或基本上不改变衬底152的其余部分的厚度轮廓的情况下，优化衬底102。图12示出了在圆形扫描期间衬底152与GCIB 128A'之间的角度，距离和速度关系的图。可以控制圆形扫描的速度和方向的第一扫描运动580(径向)在旋转运动的两个点之间振荡，第二扫描运动570(线性)在组合在一起时形成围绕衬底152的圆形路径575。

图12示出了在圆形扫描期间衬底152与GCIB 128A'之间的角度，距离和速度关系的图。可以控制圆形扫描的速度和方向的第一扫描运动580(径向)在旋转运动的两个点之间振荡，第二扫描运动570(线性)在组合在一起时形成围绕衬底152的圆形路径575。

在一个化身,循环扫描1100可以实现通过了解扫描半径1102从衬底的中心152年,角8 1110,相对位置的GCIB 128”通过角δ2 1112 128这可能代表之间的夹角GCIB”和衬底的中心152。在一个实施例中，衬底半径可以至少为150mm。所述圆周扫描的速度1104或停留时间可通过控制所述第一扫描运动1106的速度和所述第二扫描运动1108的速度来优化。速度1104可为常数，可用于推导第一扫描运动1106的速度和第二扫描运动1108的速度。

在一个实施例中，速度1104在扫描过程中可以是恒定的，以保持在基底周围类似的停留时间。然而，考虑到厚度剖面(未显示)的变化，GCIB 128A'的特征可能会改变，以增加或减少局部腐蚀或沉积速率在同一圆周扫描。同样地，蚀刻或沉积速率可以通过在圆形扫描期间改变速度1104来改变。这样，GCIB 128A'的驻留时间可以优化，以考虑沿工件扫描机构500执行的圆形扫描模式可能存在的厚度变化。

图13示出了衬底152，其示出了可以在GCIB处理系统100中的蚀刻或沉积工艺期间进行的圆形扫描的路径。为了便于图示和说明，图3中仅示出了三个圆形扫描路径。13、第一半径1302可以是位于衬底152的边缘处或附近的起始或终止半径。在一些实施例中，第一半径1302可比衬底152 的半径稍大以说明轮廓和/或强度。GCIB 128A'。在某些情况下，光束轮廓可能相对较大，并且与其他轮廓相比可能会影响更大面积。因此，在第一半径1302扫描期间，整个GCIB 128A'的射束轮廓可能不必与衬底完全接触。在一些实施例中，对于一个以上的圆形扫描1100而言，整个GCIB 128A' 的光束轮廓可能不会完全接触衬底。但是，在其他实施例中，第一半径1302可以小于衬底152的半径。

可以在第一半径1302扫描之后执行第二半径1304扫描。如图2所示，第二半径1304可以小于第一半径1302。13.然而，这在其他实施例中不是必需的。通常，第二半径扫描1304代表可以在蚀刻或沉积工艺期间进行的许多其他圆形扫描。例如，一个过程可以包括两个或更多个在第一半径1302 和第三半径1306之间的半径变化的圆形扫描。第三半径1306可以是起始半径或终止半径。从基底 152的中心测量，第三半径1306可以比第一半径1302和第二半径1304更短。扫描的次数和半径可以至少部分地基于厚度轮廓。衬底152的特性和/或GCIB 128'的特性。在一些实施例中，圆形扫描可以在第一半径1302和第三半径1306或第二半径1304之间振荡。例如，第一半径1302可以是可以在第一半径1302和第二半径1304之间移动的GCIB扫描的起始半径和终止半径。半径1302和第三半径1306。起始半径和终止半径可以相应于衬底152的边缘处的厚度轮廓而变化。

图14A示出了通过GCIB处理系统100在衬底152上实施圆形扫描(第一半径扫描1302)的简化示例性实施例。图14A示出了衬底152的横截面和任何覆盖膜的厚度轮廓1400。在该实施例中， GCIB 128A'以大于衬底152的半径的起始半径示出。但是，即使起始半径可能大于衬底半径152， GCIB 128A的光束轮廓仍可能影响厚度轮廓。起始半径和衬底152半径可以从衬底152的中心线1402 测量。

可以通过在可以是相同位置的起点(未示出)和终点(未示出)之间以旋转运动旋转1404来完成1404圆形扫描1100。如图1所示。参照图14A，对于覆盖衬底152的另一部分的另一圆形扫描，可以将衬底152指向GCIB 128A'。基于GCIB 128'的光束轮廓，两次或更多次扫描的影响可以重叠相同或相似的图像。衬底152或覆盖膜的部分。图14B示出了在衬底152的厚度轮廓1400上使用圆形扫描的示例性结果。在该实施例中，可以蚀刻掉下面的膜的部分1406以最小化厚度轮廓1400的变化。因此，先前的不均匀性衬底152的厚度(例如，厚度轮廓1400)可能不会对衬底152的附加处理(例如，蚀刻，图案，沉积等)产生影响或具有较小的影响。例如，附加处理可以包括但不限于不限于此，在整个衬底152上蚀刻上覆膜。

图15示出了在起始半径1302和终止半径1306之间的衬底152区域上的GCIB能量分布1500。在该实施例中，衬底152的边缘附近的扫描密度1504高于更靠近衬底152的边缘的扫描密度1502。扫描密度由GCIB 128A'的光束轮廓及其在圆形扫描期间彼此之间以及与衬底152的相对位置组成。例如，每个圆形扫描可以由至少一个光束轮廓曲线表示。扫描密度图显示，最高扫描密度发生在距衬底152的边缘1毫米(x轴上的零)附近1毫米处。所有光束轮廓的积分可用于生成跨横轴的GCIB 能量分布1500衬底。在该实施例中，蚀刻工艺限于从衬底的边缘延伸到距边缘4mm的圆形区域。然而，在其他实施例中，处理区域可以距衬底152的边缘高达10mm或更多。

在一实施例中，GCIB能量分布1500可对应于衬底152的厚度分布，因为高密度区域1504可对应于衬底152或上覆膜的较高厚度。在该实施例中，可以通过减小圆形扫描之间的距离来形成较高密度的区域1504。在另一个实施例中(未示出)，可以通过降低衬底的速度以增加GCIB 128A'在衬底152的特定部分上的停留时间来形成高能区域1500。在另一个实施例中，高能区域1500也可以通过增加GCIB 128A'的能量或其他特性来形成。

使用GCIB处理系统100来实施衬底152的圆形扫描的一种示例性方法。衬底152可以具有不均匀的厚度分布，其可以以可能影响器件成品率和/或性能的方式影响后续工艺。在一实施例中，厚度轮廓可在衬底边缘附近具有比在衬底152的内部处更高的厚度。一种方法可以是开发一种蚀刻工艺，该蚀刻工艺在边缘处具有比在其中心处更高的蚀刻速率。另一种方法可以是选择性地蚀刻较厚的区域以减小整个衬底152上的厚度不均匀性，然后均匀地蚀刻整个衬底152。GCIB处理系统100 可用于实现选择性蚀刻工艺和随后的均匀蚀刻工艺。

GCIB处理系统100可以被配置为将工件(衬底152)定位并固定到工件扫描机构500。工件可以由硅，硅锗或任何其他半导体材料组成。在一实施例中，工件可以是圆形的并且具有至少100mm 的半径。在一个实施例中，工件可以包括表面属性，该表面属性在衬底的外围边缘区域和内部区域之间表现出空间变化。在一个特定实施例中，表面属性可以是工件的厚度或工件表面上的膜。例如，空间变化可以由横跨工件或覆盖工件的膜的厚度变化来表示。厚度轮廓1400将是该空间变化的一种表示。然而，在其他实施例中，表面属性可以包括但不限于表面轮廓，表面粗糙度，表面成分，表面层成分，工件和/或膜的机械性能，电性能。工件和薄膜的光学特性，或工件和薄膜的光学特性，或其两种或更多种的任意组合。

如上所述，工件扫描机构500可以配置为将工件的特定部分放置在GCIB 128A'的轨迹中。

工件扫描机构500可以通过第一GCIB(如GCIB 128A’)沿基本圆周路径对工件进行第一次扫描运动(如圆周运动575)，该路径将工件的外围边缘区域暴露给第一GCIB。GCIB暴露减少了外围边缘区域和内部区域之间的表面属性的空间变化或其他特征。这种减小的一个例子是厚度分布1400的变化。图14A可以示出工件的进入状态，而图14B可以示出工件的进入状态。图14B可以示出工件的后第一扫描条件。

在一个实施例中，第一扫描运动可包括工件扫描机构500，该工件扫描机构沿始于和结束于基本上相同的位置的基本圆周路径移动。在其他实施例中，工件扫描机构500可以以一个或多个具有不同半径的圆周运动来移动工件。在图13中，起始半径(如第一半径1302)可以是第一扫描运动的第一圆周运动，结束半径(如第三半径1306)可以是第一扫描运动的最后圆周运动。简而言之，第一扫描运动可包括沿两个或多个同心圆路径扫描工件。同心圆路径可以包括具有不同半径的圆。

在另一实施例中，工件扫描机构500的第一次扫描运动可包括将工件安装在加长部件(如扫描臂 540)的第一端。可使用附在旋转点上的旋转机构(如快速扫描电机550)旋转细长构件。在一个特定实施例中，旋转点可以远离所述加长构件的末端。

所述工件扫描机构500可与慢扫描机构560同时旋转所述细长件和旋转机构。这种运动可能导致工件的外围边缘区域的不同部分通过第一GCIB，跟踪一个基本上是圆形的路径。除了圆周运动，第一个GCIB 128A'的特征也可能是不同的。特征可能包括但不限于剂量和能量。

完成第一次扫描后，应沿工件周边区域改变表面属性。在一个实例中，沿外围区域的表面属性可能更类似于工件内部的表面属性。因此，后续加工可以应用于整个工件，而不仅仅是外围区域。

工件扫描机构500可以通过第二GCIB沿非圆路径对工件进行第二次扫描运动，该路径将工件的外围边缘区域和内部区域暴露给第二GCIB。第二扫描运动可包括沿横跨工件的线性或弧形路径重复扫描工件。

第二扫描运动可包括将工件安装在工件扫描机构500的伸长构件的第一端。然后部分地，重复地旋转拉长的部件使用一个转动机构附加在拉长的部件上的一个旋转点。旋转点可能远离第一个结束，使一个或多个工件扫描遵循一个弧形路径(例如，一个弧，不完全形成一个圆)。所述第二扫描运动还可包括移动所述延长构件和旋转机构以及所述旋转机构所附和悬挂于其上的慢扫描机构。因此，在重复扫描过程中，第二扫描运动使工件的不同部分通过第二GCIB路径。在一个具体实施例中，第二GCIB的特征也可以改变。特征可能包括但不限于剂量和/或能量，而且第一个GCIB与第二个 GCIB至少在一个GCIB参数上有所不同。

另一个示例方法：GCIB处理系统100实现衬底152的循环扫描1100。

将工件安装在扫描系统(如工件扫描机构500)上，该扫描系统可以通过带电粒子束对工件进行扫描。在一个实施例中，带电粒子束可以包括但不限于气体团簇离子束(GCIB)。

扫描系统可以沿着至少一个圆路径通过带电粒子束对工件进行第一次扫描运动。所述圆形路径可以开始和结束于工件上基本上相同的位置。然而，圆路径可能有不同的曲率半径。如上所述，在图13的描述中所述，圆形路径可以沿工件的外围边缘区域延伸。在一个具体实施例中，外围区域可以包括距离工件边缘至多10mm的区域。如上所述，在图11的描述中所述，电荷粒子束可以在不实质上改变工件内部区域的表面属性的情况下改变工件外围区域的表面属性。因此，在完成第一次扫描时，周边区域和内部区域的表面属性可能更加相似。

扫描系统可以通过带电粒子束沿非圆路径对工件进行第二次扫描，该非圆路径开始和结束于工件上基本上不同的位置。所述非圆路径可沿横跨工件的直线或弧形路径延伸。

另一个示例方法：使用GCIB处理系统100实现衬底152的循环扫描1100。可由GCIB处理系统100执行选择蚀刻。然而，后续处理可以在其他可能无法实现GCIB过程的设备上执行。在这种情况下，GCIB处理系统100可以为附加处理准备衬底152，该附加处理可能不需要第二次扫描。此外，还可以在GCIB处理系统100上执行与确定处理该循环扫描有关的参数。

GCIB加工系统100可以将衬底152安装在一个传输系统(如工件扫描机构500)上，该传输系统可以将衬底放置在与GCIB 128A'相交或接近GCIB 128A'的位置。

GCIB加工系统100可确定或接收工艺参数，该工艺参数可用于通过衬底152的旋转运动去除衬底靠近衬底边缘的一部分。过程参数可以包括但不限于GCIB处理系统扫描次数100、扫描间隔、扫描速度、扫描起始半径、扫描结束半径。在一个实施例中，起始半径和结束半径至少部分地基于从衬底上的位置测量的衬底的半径。当衬底为圆形时，其位置可以是衬底152的中心。例如，起始半径(例如第一半径1302)可以包括当衬底围绕GCIB 128A'开始移动时从衬底中心152到GCIB 128A' 的距离。当基底152移动结束时，结束半径(例如第三半径1306)可以是基底152的中心与GCIB 128A' 之间的距离。

在一个实施例中，工艺参数可以至少部分地基于衬底152的厚度剖面和GCIB的特性。工艺参数可确定为蚀刻或沉积薄膜，以最大限度地减小衬底152从内部到外围的表面属性差异。如上所述，在图15的描述中，可以优化工艺参数以生成GCIB能量剖面1500，该能量剖面1500可能去除基底 152的外围部分。除了上述工艺参数外，GCIB 128A'的特性也可以改变以实现GCIB能量剖面1500。在一个实施例中，所述特征可能包括但不限于束剖面、剂量、能量、化学或其任何组合。在一个具体实施例中，波束轮廓可以包括波束中心的基本恒定的或平坦的部分，以及围绕GCIB 128A'外围的倾斜部分。这样，束流剖面可包括包括基本恒定的GCIB条件的第一部分和包括作为距离函数比第一部分改变更高速率的GCIB条件的第二部分。这种效果可以用图11所示的高斯曲线来说明。

GCIB加工系统100可以利用传输系统和工艺参数使衬底以旋转运动的方式围绕GCIB 128A'移动。伴随GCIB 128A'的圆周运动可以移除衬底152中与GCIB 128A'相交的部分。

在一个实施例中，衬底的移动可包括将衬底靠近GCIB 128A'放置，使GCIB 128A'位于衬底152 的中心起始半径处或其范围内。GCIB处理系统100可以改变衬底152所做圆周运动的半径，这样 GCIB 128A'可以处理衬底152的外围区域。当外周区域完成处理后，GCIB处理系统将GCIB 128A' 从底物152分离。当所述圆形扫描半径与所述结束半径相同或相似时，即可完成处理。

在另一个实施例中，GCIB处理系统100可包括可由计算机处理器执行的计算机可执行指令。例如，计算机可执行指令可以用来实现上面描述的任何部分或所有方法。

在本规范中提到的“一个实施例”或“一个实施例”是指在本发明的至少一个实施例中包括与该实施例有关的特定特征、结构、材料或特征，但不表示它们在每个实施例中都存在。因此，短语“在一个实施例中”或“在一个实施例中”在本规范各处的出现不一定指的是本发明的同一实施例。此外，可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合特定的特征、结构、材料或特征。

Claims (10)

1.一种通过带电粒子束扫描工件的方法，其特征是，包括以下步骤：将工件安装在通过带电粒子束扫描工件的扫描系统上；通过所述带电粒子束沿始于和结束于所述工件上基本上相同位置的圆形路径对所述工件执行第一扫描运动；通过带电粒子束沿从工件上不同位置开始和结束的非圆路径对工件进行第二次扫描。

2.根据权利要求1的所述的方法，其特征是，带电粒子束包括气体簇离子束(GCIB)。

3.根据权利要求1的所述的方法，其特征是，圆形路径沿工件的外围边缘区域延伸。

4.根据权利要求1的所述的方法，其特征是，其中的非圆形路径延伸沿直线或弧形路径跨越工件。

5.一种用气体团簇离子束(GCIB)处理衬底的方法，其特征是，包括以下步骤：

将所述衬底安装在衬底与所述GCIB相交或邻近所述GCIB的位置的传输系统上；

利用衬底的旋转运动，确定GCIB工艺参数且去除衬底接近于衬底的边缘的一部分；使用传输系统和工艺参数使衬底围绕GCIB旋转移动，去除使用GCIB的所述接近于衬底的边缘衬底部分。

6.权利要求5的方法，其中工艺参数包括以下一个或多个：多次扫描；扫描间隔；扫描速度；扫描起始半径；扫描结束半径。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征是，其中衬底的移动包括：

将衬底靠近GCIB，使GCIB位于或位于起始半径内；

改变衬底的旋转运动，至少部分地基于衬底的厚度剖面；

当GCIB位于末端(结束)半径时，从衬底中分离GCIB。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征是，其中工艺参数至少部分基于基材的厚度剖面和GCIB的特性，其中GCIB的特征包括以下一项或多项：GCIB的束剖面；GCIB的一个或多个能级；GCIB的一个或多个剂量水平；GCIB的一种或多种化学成分。

9.一种用于使用GCIB处理工件的系统，其特征是，包括喷嘴以从气体形成气体簇射束；分离器，用于从气体团簇束中去除不希望的气体团簇；电离器使气体团簇束电离并形成GCIB；用于加速GCIB的加速器；工件扫描机构，其封闭在处理室中，并配置成通过GCIB扫描工件，该工件扫描机构包括适于安装工件的细长构件；旋转机构，其将细长部件安装在旋转点处，并构造成沿着弧形路径重复扫描通过GCIB的工件；一种慢扫描机构，其悬挂着细长构件和旋转机构，并且构造成引起旋转机构和细长构件的线性运动，以使工件的不同部分穿过GCIB，该慢扫描机构包括往复驱动器具有轨道和梭子的组件，旋转机构附接到梭子并由梭子悬挂；第一滑轮；第二个滑轮；皮带，安装在滑轮上并固定在梭子上；以及驱动皮带的驱动机构。

10.根据权利要求9所述的用于使用GCIB处理工件的系统，其特征是，包括将工件安装在加长构件末端的GCIB路径内的步骤；部分地，重复地旋转被拉长的构件使用一个附加在被拉长的构件上的一个旋转点的旋转机构，使工件通过GCIB，沿着一个弧形路径进行重复扫描；将细长的部件和旋转机制在慢扫机制、附加旋转机制和悬浮,工件的移动导致不同部分通过GCIB路径重复扫描期间,慢扫机制包括传动装配有轨道和梭子,梭子旋转机制被附加到梭子和暂停；包括第一滑轮；第二滑轮；安装在滑轮上并连接到梭子上的皮带；以及驱动所述皮带的驱动机构，所述移动包括驱动所述驱动机构和所述皮带，从而使梭子沿导轨直线运动。

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