CN112151371A - 一种对含硅、含锗和含金属材料进行气簇离子束刻蚀方法 - Google Patents

一种对含硅、含锗和含金属材料进行气簇离子束刻蚀方法 Download PDF

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Abstract

一种对含硅、含锗和含金属材料进行气簇离子束刻蚀方法，提供包含晶体硅的衬底和衬底表面上的暴露材料层；在衬底固定器周围保持减压环境，保持所述衬底；将所述衬底安全地保持在所述减压环境中；执行产生压力和气体团簇离子束GCI)蚀刻工艺以去除所述暴露材料层的至少一部分，所述GCIB蚀刻工艺包括：建立GCIB过程条件，包括设置：不超过1000sccm的SiF4的流量，在上述GCIB工艺条件的部分基础上形成气簇离子束GCIB；通过所述减压环境加速所述GCIB；将所述加速GCIB照射到所述衬底的所述表面的至少一部分上，以蚀刻所述衬底的至少一部分。

Description

一种对含硅、含锗和含金属材料进行气簇离子束刻蚀方法
技术领域
本发明涉及一种气体团簇(气簇)离子束(GCIB)的加工。
背景技术
通常，在集成电路(IC)的制造期间，半导体生产设备利用(干式)等离子体蚀刻工艺来沿着细线 或在半导体衬底上构图的通孔或触点内去除或蚀刻材料。等离子体蚀刻工艺的成功需要蚀刻化学物 质包括适合于选择性地蚀刻一种材料，同时以实质上更低的速率蚀刻另一种材料的化学反应物。此 外，等离子蚀刻工艺的成功需要在将蚀刻工艺均匀地施加到衬底上的同时实现可接受的轮廓控制。 在目前的集成电路器件中，含硅和含锗材料是半导体加工的主要材料。然而，更多的奇异材料也被 引入到半导体加工中，以改善集成电路器件的各种电性能。例如，在前端线(FEOL)半导体加工中， 高介电常数(高k)材料是用作晶体管栅介质的理想材料。初步用于该角色的高钾材料是氧化钽和氧化 铝材料。目前，预计镧基介质和可能的镧基介质将作为栅极介质进入生产。此外，在FEOL半导体 加工中，含金属的材料在未来几代电子设备中用作晶体管栅电极是可取的。目前，含有Ti、Ta和/ 或Al(如TiN、TaN、Al2O3和TiAl)的金属电极有望作为金属电极投入生产。当然，在半导体加工中 引入新材料不仅限于FEOL操作，而且是后端(BEOL)操作的金属化过程中的一种趋势。此外，在先 进的存储设备中，使用和引入了新的和外来的材料，包括铁、钴、镍及其合金，以及贵金属。 随着现有材料和电子设备加工中新材料的出现，在保持原有层和/或结构完整性的同时，蚀刻这些现 有材料和新材料的能力面临着严峻的挑战。传统的刻蚀工艺可能无法达到这些材料的实际刻蚀速率， 也无法达到相对于底层或覆盖材料的可接受的刻蚀选择性。此外，传统的蚀刻工艺可能无法实现均 匀应用于整个衬底的60个可接受的轮廓控制。
发明内容
本发明目的是，提供一种气体簇离子束(GCIB)对各种材料进行刻蚀处理的方法和系统。特别地，GCIB 蚀刻处理包括设置一个或多个GCIB工艺条件的GCIB属性，使GCIB实现一个或多个目标蚀刻工艺 指标。GCIB蚀刻处理还可促进含硅材料、含锗材料和含金属材料的蚀刻。
本发明的技术方案是，一种在衬底上刻蚀材料的方法，包括:提供包含晶体硅的衬底和衬底表面上的 暴露材料层；在衬底固定器周围保持减压环境，保持所述衬底；将所述衬底安全地保持在所述减压环 境中；执行产生压力和气体团簇离子束(GCIB)蚀刻工艺以去除所述暴露材料层的至少一部分，所述 GCIB蚀刻工艺包括：建立GCIB过程条件，包括设置：不超过1000sccm的SiF4的流量，在上述GCIB工艺条件的部分基础上形成气簇离子束(GCIB)；通过所述减压环境加速所述GCIB；
将所述加速GCIB照射到所述衬底的所述表面的至少一部分上，以蚀刻所述衬底的至少一部分。 其中所述衬底的所述部分包括一种含硅材料、一种含锗材料或一种含金属材料，或两种或两种以上 材料的任何组合；所述含硅材料包括硅和至少一种元素从集团组成的O,N,C,B,P和Ge。
有益效果：本发明使GCIB实现一个或多个目标蚀刻工艺指标。GCIB蚀刻处理还可促进含硅材料、 含锗材料和含金属材料的蚀刻。
附图说明
图1是说明根据实施例蚀刻衬底的方法的流程图；
图2A到2C在示意图视图中说明根据其他实施例蚀刻衬底的方法；
图3A、3B分别给出了GCIB的气体团簇离子束能量分布函数和离子束角分布函数的示意图。
图4A到4Q，图形化地描述用于在衬底上蚀刻材料的示例数据。提供了用于相对蚀刻氧化硅和氮化 硅的示例数据，以及相对于硅和/或其他含硅或含锗层或衬底材料的示例数据。这些数据有助于说明 几种重要的GCIB刻蚀工艺参数对GCIB参数的依赖关系。
图5、6、7是三种GCIB处理系统的示意图；
图8示出了用于电离气体团簇射流(图5、6和7的气体团簇束118)的电离源示意图。
图9离子发生器结构示意图。
具体实施方式
根据一个实施例，描述了用于在衬底上蚀刻材料的方法。该方法包括提供具有表面的衬底，维持用 于保持衬底的衬底固定器周围的减压环境，以及在减压环境中安全地保持衬底。该方法还包括:从含 有蚀刻化合物的加压气体混合物中形成气簇离子束(GCIB)，该蚀刻化合物由卤素元素和从Si和Ge 组成的基团中选择的一个或多个元素组成；通过降压环境加速GCIB；以及将加速的GCIB照射到所述 衬底表面的至少一部分上以蚀刻所述衬底的至少一部分。
根据另一实施例，描述了一种用于在衬底上蚀刻材料的方法。该方法包括：提供具有表面的衬底， 该衬底在该表面处暴露含W的层；在用于保持衬底的衬底保持器周围保持减压环境；并将衬底牢 固地保持在减压环境中。该方法还包括：由包含由卤甲烷气体，卤硅烷气体或卤代金刚烷气体，或 其两种或更多种的任意组合组成的蚀刻化合物的加压气体混合物形成气体团簇离子束(GCIB)；通 过减压环境加速GCIB；然后，将加速后的GCIB照射到衬底的至少一部分表面上，以蚀刻衬底上 的至少一部分含W层。
几个实施例的详细描述：在各种实施例中，描述了使用气体团簇离子束(GCIB)处理在衬底上蚀刻 包括含硅，含Ge，含金属和半导体层的层的方法。
本发明所称衬底，是指按照本发明加工的对象。所述基片可以包括设备的任何材料部分或结构，特 别是半导体或其他电子设备，是衬底基片结构，例如半导体晶片或衬底基片结构上的一层或覆盖衬 底基片结构，例如薄膜。如上所述，刻蚀速率、刻蚀选择性、轮廓控制(包括CD(临界尺寸)控制)和 表面粗糙度，以及其他过程结果，提供了确定成功模式刻蚀的基本指标。例如，当将一个特征图案 转移到衬底上的材料层时，重要的是要有选择地蚀刻一种材料，其速率要足以保证足够的工艺透入 量，同时还要控制图案表面和相邻表面的图案轮廓和表面粗糙度。
因此，根据各种实施例，描述了在衬底上蚀刻材料的方法，如含硅材料、含锗材料、含金属材料、 半导体材料和/或硫族化合物材料。参考图1所示的图，其中类似的参考数字在几个视图中指定了相 应的部分，图1提供了流程图1，说明了根据实施例在衬底上蚀刻各种材料的方法。此外，图2A和 2B以图形方式描绘了用于蚀刻衬底的示例性方法。
流程图1中所示的方法始于10，其维持在衬底保持器周围的减压环境，以将衬底22保持在气体簇 离子束(GCIB)处理系统中。衬底22可以包括第一材料，第二材料以及暴露第一材料和/或第二材 料的表面。GCIB处理系统可以包括下面在图5、6或7中描述的GCIB处理系统中的任何一个(100、 100'或100”)，或它们的任意组合。
参照图2A，可以使用GCIB 25蚀刻覆盖衬底22的至少一部分20的材料层24。作为示例，第一材 料可以包括材料层24，第二材料可以包括衬底22。暴露第一材料的表面和/或第二材料可以在蚀刻 材料层24的过程中包括材料层24的上表面，或者一旦蚀刻通过材料层24而在材料层24和衬底22 之间的界面。参照图2B，可以使用GCIB 25'蚀刻覆盖衬底22的至少一部分20'的材料层24'，以将 掩膜层26中形成的第一图案27转移到材料层24'中，以产生其中的第二图案28。例如，第一材质可 以包括掩模层26，第二材质可以包括材质层24’。暴露第一材料或第二材料的表面可包括掩模层26 的暴露表面和材料层24'的暴露表面。掩膜层26可由涂覆一层辐射敏感材料(如光刻胶)的衬底22形 成。例如，光致抗蚀剂可以通过旋转涂覆技术应用于基材。然后在显影溶液中显影，在光刻层中形 成图案。
光刻胶层可以包含248nm(纳米)抗蚀剂，193nm抗蚀剂，157nm抗蚀剂或EUV(极端紫外线)抗 蚀剂。可以使用轨道系统形成光致抗蚀剂层。例如，轨道系统可以包括可从东京电子有限公司(TEL) 商购的CLEAN TRACK ACT 8，ACT 12或LITHIUS抗蚀剂涂覆和显影系统。在旋涂抗蚀剂技术领 域中的技术人员众所周知在基材上形成光刻胶膜的其他系统和方法。
可以在干式或湿式光刻系统中对电磁(EM)辐射图案进行曝光。可以使用任何合适的常规步进式 光刻系统或扫描光刻系统来形成图像图案。例如，光刻系统可以从ASML荷兰得到。
显影过程可以包括将衬底暴露于诸如轨道系统的显影系统中的显影溶液中。例如，轨道系统可以包 括可从东京电子有限公司(TEL)商购的LITHIUS抗蚀剂涂覆和显影系统。
可以使用湿式剥离工艺，干式等离子体灰化工艺或干式非等离子体灰化工艺去除光致抗蚀剂层。 掩模层26可以包括多层，其中可以使用湿法工艺技术，干法工艺或这两种技术的组合来形成在掩模 层26中形成的第一图案27。光刻和图案蚀刻技术领域的技术人员应理解，具有单层或多层的掩模 层26的形成。一旦在掩模层26中形成第一图案27，就可以利用掩模层26来图案化下面的层。
然而，替代地，如图2C所示，可以使用GCIB 25”蚀刻覆盖衬底22的至少一部分20”的第一材料层 24”和第二材料层24”'以例如平坦化第一材料层24”和第二材料层。24“。作为示例，第一材料可以 包括第一材料层24”，第二材料可以包括第二材料层24”。暴露第一材料和/或第二材料的表面可以 包括第一材料层24”的暴露表面和第二材料层24”的暴露表面。
该方法在11中进行，其中将衬底22牢固地保持在GCIB处理系统的减压环境中。衬底22的温度 可以被控制或可以不被控制。例如，可以在GCIB处理过程中加热或冷却衬底22。衬底22可以包 括导电材料，半导电材料或电介质材料，或者其两种或更多种的任意组合。衬底22可以包括半导 体材料，诸如硅，绝缘体上硅(SOI)，锗或它们的组合。另外，衬底22可以包括晶体硅。
此外，衬底22可以在衬底22的部分(20、20'，20”)上包括第一和/或第二材料层(24、24'，24”， 24”'，26)。第一和/或第二材料层(24、24'，24”，24”'，26)可包括含硅材料和/或含锗材料。含硅 材料可包括硅和选自由以下组成的组的至少一种元素：含Ge材料可以包括Ge和选自由O，N，C 和Si组成的组中的至少一种元素。
例如，第一或第二材料层(24、24'，24”，24”’，26)可以包括硅，掺杂的硅，未掺杂的硅，非晶硅， 单晶硅，多晶硅，氧化硅(SiOx，其中x>0；例如SiO2)，氮化硅(SiNy，其中y>0；例如SiN1.33或 Si3N4)，碳化硅(SiCz，其中z>0)，氧氮化硅(SiOxNy，其中x，y>0)，氧氮化硅(SiOxCy，其中 x，y>0)，碳氮化硅(SiCxNy，其中x，y>0)或硅锗(SixGe1-x，其中x是原子Si，1-x是Ge的原 子分数，且0<1-x<1)。上面列出的任何一种材料都可以掺杂或注入选自B，C，H，N，P，As，Sb， O，S，Se，Te，F，Cl，Br和I。此外，上面列出的任何一种材料都可以掺杂或注入金属，碱金属， 碱土金属金属，稀土金属，过渡金属或过渡后金属。此外，以上列出的任何一种材料可以处于非晶 相或结晶相。
另外，第一和/或第二材料层(24、24'，24”，24”'，26)可以包括含金属的材料。含金属的材料可 以包括碱金属，碱土金属，过渡金属，后过渡金属，贵金属或稀土金属。所述含金属的材料可以包 括过渡金属或过渡金属，所述过渡金属或过渡金属选自Sc，Y，Zr，Hf，Nb，Ta，V，Cr，Mo，W， Mn，Re，Fe，Ru，Co，Rh，Ni，Pd，Pt，Cu，Ag，Au，Zn，Cd，B，Al，Ga，In和Sn含金属 的材料可以包括金属，金属合金，金属氧化物，金属氮化物，金属碳化物，金属硅化物，金属锗化 物，金属硫化物等。此外，第一和/或第二材料层(24、24'，24”，24”'，26)也可以包括半导体材料。 半导体材料可以包括化合物半导体，例如Ⅲ-Ⅴ族化合物(GaAs，GaN，GaP，InAs，InN，InP等)， Ⅱ-Ⅴ族化合物(Cd3P2等)或Ⅱ-Ⅵ类化合物(ZnO，ZnSe，ZnS等)(第Ⅱ，Ⅲ，Ⅴ，Ⅵ组是指元 素周期表中的经典IUPAC表示法；根据修订的或新的IUPAC表示法)组将分别指组2、13、15、 16。材料层(24、24')还可包括硫属化物(硫化物，硒化物，碲化物)。
第一和/或第二材料层(24、24'，24“，24”'，26)可以包括光致抗蚀剂(例如，上面列出的一种抗蚀 剂材料)，软掩模层，硬掩模层，抗反射涂层(ARC)层，有机平坦化层(OPL)或有机介电层(ODL) 或其中两种或多种的组合。
在一个示例中，第一材料包括光刻胶，第二材料包括含硅材料，含锗材料，含金属材料，半导体材 料或硫族化物材料。在另一示例中，第一材料包括硅，并且第二材料包括具有Si和选自O，N，C 和Ge的一种或多种元素的含Si材料。硅可以包括掺杂的Si，未掺杂的Si，p掺杂的Si，n掺杂的 Si，晶体Si，非晶Si，单晶Si(或单晶Si)，多晶Si等。第一材料包括含硅材料，第二材料包括含 锗材料。在又一个示例中，第一材料包括含硅材料，第二材料包括含金属材料。
在12中，选择一个或多个目标蚀刻过程指标。如上所述,在下面更详细地讨论,目标蚀刻过程指标包 括第一材料的腐蚀速率,腐蚀率的第二材料的刻蚀选择性之间的第一个材料和第二个材料,一个关于- 面粗糙度的第一材料,表面粗糙度的第二个材料,一个蚀刻的第一材料,和一个第二材料腐蚀的状况。 在13中，由包含至少一种蚀刻气体的加压气体混合物形成气体簇离子束(GCIB)。至少一种蚀刻 气体可以包括卤素元素。所述至少一种蚀刻气体可以包括卤素元素和选自由C，H，N和S组成的 组中的一种或多种元素。所述至少一种蚀刻气体可以包括卤素元素和选自由C，H，N和S组成的组 中的一种或多种元素。由Si和Ge组成的组。
例如，至少一种蚀刻气体可以包括F2，Cl2，Br2，NF3或SF6。另外，例如，至少一种蚀刻气体可 以包括诸如HF，HCl，HBr或HI的卤化物。另外，例如，至少一种蚀刻气体可以包括卤代硅烷或 卤代金刚烷，例如单取代的卤代硅烷或卤代金刚烷(SiH3F，GeH3F等)，二取代的卤代硅烷或卤代 金刚烷(SiH2F2，GeH2F2等)，三取代的卤代硅烷或卤代金刚烷(SiHF3，GeHF3等)，或四取代的 卤代硅烷或卤代金刚烷(GeF4，SiCl4，GeCl4，SiBr4或GeBr4)。此外，例如，至少一种蚀刻气体可 以包括卤代甲烷，例如单取代的卤代甲烷(例如，CH3F，CH3Cl，CH3Br，CH3I)，二取代的卤代甲 烷(例如，CH2F2，CH2ClF，CH2BrF，CH2FI，CH2CL2，CH2BrCl，CH2ClI，CH2Br2，CH2BrI，CH2I2)， 三取代卤代甲烷(例如CHF3，CHClF2，CHBrF2，CHF2I，CHCl2F，CHBrClF，CHClFI，CHBr2F， CHBrFI，CHFI2，CHCCl2，CHCl3，CHBrCII，CHClI2，CHBr3，CHBr2I，CHBrI2，CHI3)或四取 代的卤代甲烷(例如CF4，CClF3，CBrF3，CF3I，CCl2F2，CBrClF2，CClF2I，CBr2F2，CBrF2I，CF2I2， CCl3F，CBrCl2F，CCl2FI，CBr2ClF，CBrClFI，CClFI2，CBr3F，CBr2FI，CBrFI2，CFI3，CCl4，CBrCl3， CCl3I，CBr2Cl2，CBrCl2I，CCl2I2，CBr3Cl，CBr2CII，CBrCII2，CClI3，CBr4，CBr3I，CBr2I2，CBrI3， Cl4)。
为了形成GCIB，蚀刻气体的组分应选择在相对高的压力(例如，一个大气压或更大的压力)下单独或 与载气(例如惰性气体或氮气)结合存在的气态。
在一个实施例中，当蚀刻含硅和/或含锗的材料时，至少一种蚀刻气体包括选自F，Cl和Br的卤素 元素。至少一种蚀刻气体可以进一步包括Si，Ge，N，S，C或H，或C和H两者。例如，至少一 种蚀刻气体可以包括卤化物，卤硅烷，卤代金刚烷或卤甲烷。另外，例如，至少一种蚀刻气体可以 包括SiF4，CHF3，SF6，NF3，F2，Cl2，Br2，HF，HCl，HBr，CClF3，CBrF3，CHClF2或C2ClF5， 或是两种或更多种的任意组合。
在另一实施例中，当蚀刻含硅和/或含锗的材料时，至少一种蚀刻气体包括两种不同的卤素元素。第 一卤素元素可以选自Cl和Br，第二卤素元素可以包括F。至少一种蚀刻气体可以进一步包括C或H。 至少一种蚀刻气体可以包括卤甲烷，包括CClF3，CBrF3，CHClF2或C2ClF5，或是两种或更多。
在另一实施例中，当蚀刻具有Si和一种或多种选自由O，C，N和Ge组成的组的元素的含硅材料时， 至少一种蚀刻气体包括卤素元素和一种或多种选自以下的元素：蚀刻气体可以包括卤代硅烷或卤代 甲烷。例如，Si，Ge，N，S，C和H。另外，例如，蚀刻气体可以包括SiF4，CH3F，CH3Cl，CH3Br， CHF3，CHClF2，CHBrF2，CH2F2，CH2ClF，CH2BrF，CHCl2F，CHBr3F，CHCl3，CHBrCl2，CHBr2Cl 或CHBr3，或是两种或更多种的任意组合。
在另一实施例中，当蚀刻含金属的材料时，蚀刻气体包括选自F，Cl和Br的卤素元素。蚀刻气体 可以进一步包括Si，Ge，N，S，C或H，或C和H两者。例如，蚀刻气体可以包括卤化物，卤硅 烷，卤代金刚烷或卤甲烷。另外，蚀刻气体可以包括SF6，NF3，F2，Cl2，Br2，HF，HCl，HBr，CClF3， CBrF3，CHClF2或C2ClF5，或它们中的两种或更多种的任意组合。
在另一实施例中，当蚀刻含金属的材料时，蚀刻气体包括两种不同的卤素元素。第一卤素元素可以 选自Cl和Br，第二卤素元素可以包括F。蚀刻气体可以进一步包括C或H，或者C和H两者。例 如，蚀刻气体可以包括C和H卤甲烷。另外，蚀刻气体可以包括CClF3，CBrF3，CHClF2或C2ClF5， 或其两种或更多种的任意组合。
在又一实施例中，当蚀刻硫族化物材料时，蚀刻气体包括卤素元素。例如，蚀刻气体可以包括卤化 物，卤硅烷，卤锗烷或卤甲烷。另外，蚀刻气体可以包括F2，Cl2，Br2，HF，HCl，HBr，NF3，SF6， SiF4，CH3F，CH3Cl，CH3Br，CHF3，CHClF2，CHBrF2，CH2F2，CH2ClF，CH2BrF，CHCl2F，CHBr2F， CHCl3，CHBrCl2，CHBr2Cl或CHBr3，或其两种或更多种的任意组合。
至少一个蚀刻气体可以包括第一蚀刻气体和第二蚀刻气体。在一个实施例中，第一蚀刻气体包含 Cl或Br，第二蚀刻气体包含F。例如，第一蚀刻气体可以包含Cl2，第二蚀刻气体可以包含NF3。卤 代甲烷或卤化物，第二蚀刻气体包含F，Cl或Br。在另一实施例中，第一蚀刻气体包含C，H和卤 素元素，并且第二蚀刻气体包含F，Cl或Br。例如，第一蚀刻气体可以包含CHF3，CHCl3或CHBr3， 第二蚀刻气体可以包含SiF4，SF6，NF3或Cl2。可以将第一蚀刻气体和第二蚀刻气体连续地引入 GCIB。第一蚀刻气体和第二蚀刻气体可以交替地并且顺序地引入到GCIB中。
所述加压气体混合物可以进一步包括含有卤素元素的化合物；优选地，所述卤素化合物包括：含有 F和C的化合物；含H和C的化合物；含有C、H和F的化合物；含有Si和F的化合物；含有Ge 和F的化合物；或其两个或多个的任意组合。另外，加压气体混合物可进一步包括含氯化合物，含 氟化合物或含溴化合物。另外，加压气体混合物还可包括含有一种或多种选自由S，N，Si，Ge，C， F，H，Cl和Br组成的组的元素的化合物。另外，加压气体混合物可进一步包括含硅化合物，含锗 化合物，含氮化合物，含氧化合物或含碳化合物，或其两种以上的任意组合。此外，加压气体混合 物还可以包括一种或多种选自由B，C，H，Si，Ge，N，P，As，0，S，F，Cl和Br组成的组的元 素。另外，加压气体混合物还可包括He，Ne，Ar，Kr，Xe，O2，CO，CO2，N2，NO，NO2，N2O， NH3，F2，HF，SF6或NF3，或其两种或更多种的任意组合。
在另一个实施例中，可以通过交替且顺序地使用包含蚀刻气体的第一加压气体混合物和包含成膜气 体的第二加压气体混合物来产生GCIB。还可以在蚀刻期间调节GCIB的组成和/或停滞压力。
在14中，设置用于GCIB的GCIB工艺条件的一个或多个GCIB属性以实现一个或多个目标蚀刻工 艺指标。为了实现上述目标蚀刻工艺指标，例如蚀刻速率，蚀刻选择性，表面粗糙度控制，轮廓控 制等，可以通过执行以下操作来生成GCIB：选择光束加速电位，一个或多个光束聚焦电位，以及 光束剂量；根据光束加速电位加速GCIB；根据一个或多个光束聚焦电位将GCIB聚焦；根据所述光 束剂量，将加速后的GCIB照射到所述衬底的至少一部分上。
此外,除了这些GCIB属性,光束能量、光束能量分布、光束角分布、光束发散角、滞止压力、临界温 度、质量流量、集群规模、集群大小分布、光束大小、一束组成、束电极电位或气体喷嘴设计(如喷 嘴喉部直径、喷嘴长度、喷嘴发散部分半张角)可能被选中。可以选择任何一个或多个上述GCIB属 性，以实现对目标蚀刻过程指标的控制。此外，可以修改前面提到的任何一个或多个GCIB属性， 以实现对目标蚀刻过程指标的控制，例如上面提到的那些。
在图3A中，给出了GCIB的光束能量分布函数的示意图。例如，图3A图示了几种光束能量分布(30A、 30B、30C、30D)，其中，当沿着35个方向的分布前进时，光束能量峰值下降，能量分布变宽。通 过引导相应的GCIB沿着GCIB路径穿过增加的压力区域，使GCIB的至少一部分穿过增加的压力区 域，可以修GCIB的束能量分布函数。光束能量分布的修正程度可以用沿GCIB路径至少一部分的 压力距离(d)积分来表示。当压力-距离积分值增加时(通过增加压力和/或路径长度(d))，光束能量分布 变宽，峰值能量降低。当压力-距离积分值减小(通过减小压力和/或路径长度(d))时，光束能量分布变 窄，峰值能量增加。例如，可以通过扩大光束能量分布来增加光束的发散度，也可以通过缩小光束 能量分布来减小光束的发散度。
沿着GCIB路径的至少一部分的压力-距离积分可以等于或大于大约0.0001托-厘米。可替代地，沿 着GCIB路径的至少一部分的压力-距离积分可以等于或大于大约0.001托-厘米。沿着GCIB路径的 至少一部分的压力-距离积分可以等于或大于大约0.01托-厘米。作为示例，沿着GCIB路径的至少 一部分的压力-距离积分可以在0.0001托-厘米至0.01托-厘米的范围内。作为另一个示例，沿着GCIB 路径的至少一部分的压力-距离积分的范围可以在0.001托-厘米至0.01托-厘米的范围内。另外，可 以通过修改或改变相应的GCIB的电荷状态来修改GCIB的束能量分布函数。例如，电荷状态可以 通过调整电子通量、电子能量或用于电子碰撞诱导气体簇电离的电子的电子能量分布来改变。
在图3B中，给出了GCIB的光束角分布函数的示意图。例如，图3B图示了第一束角分布函数40， 其特征是在入射方向为45(即入射方向为45)的第一个峰值42。，相对角度为0°)和第一宽度44(例如， 半最大值时的全宽度(FWHM))。此外，举例来说，图3B显示了第二束角分布函数40'，其特征是在 入射方向45'处的第二束角分布函数42'(即在入射方向45'处的第二束角分布函数42')。，相对角度为 0°)和第二宽度44'(例如，半最大值时的全宽度(FWHM))。第一个波束角分布函数40表示一个较窄的 分布(或相对较窄的波束发散角)，第二个波束角分布函数40’表示一个相对较宽的分布(或相对较宽的 波束发散角)。因此，可以通过改变光束角分布函数(例如，改变第一光束角分布函数40和第二光束 角分布函数40'之间的角分布)来调整GCIB相对于衬底上正入射的方向性。利用上述技术可以对光束角分布函数或光束发散角进行修正，以修正光束能量分布函数。
在一个实施例中，GCIB工艺条件的一个或多个GCIB特性可以包括GCIB组成，束剂量，束加速势， 束聚焦势，束能量，束能量分布，束角分布，束发散角，所述GCIB组合物的流量，停滞压力，停 滞温度，所述GCIB通过的升高压力区域的背景气体压力或所述GCIB通过的升高压力区域的背景 气体流量通过(例如，P-单元值，将在下面进行更详细的讨论)。
在另一实施例中，设置一个或多个GCIB特性以实现一个或多个目标蚀刻工艺度量可以包括设置用 于以下目的的GCIB组成，束加速电势，GCIB组成的流速以及背景气体流速。GCIB穿过的压力增 加区域，以达到第一材料和/或第二材料的目标蚀刻速率，第一材料和第二材料之间的目标蚀刻选择 性以及目标表面粗糙度中的两个或更多个第一材料和/或第二材料。
如下所示，可以调整一个或多个GCIB属性，以将第一材料和第二材料之间的目标蚀刻选择性更改 为小于1，基本上接近1并高于1的值。此外，如下所示，可以调节一个或多个GCIB特性以将第 一材料和/或第二材料的目标表面粗糙度改变为小于或等于5埃的值。此外，可以调节一个或多个 GCIB特性以针对第一和/或第二材料实现相对较高的蚀刻速率条件，或者针对第一和/或第二材料实 现相对较低的蚀刻速率条件。
在15中，根据束加速势，通过减压环境朝向衬底22加速GCIB。对于GCIB，束加速电势的范围 可以高达100kV，束能量的范围可以高达100keV，簇的大小可以高达数以万计的原子，并且束剂 量可以高达每平方厘米1个×1017簇。例如，GCIB的束加速电势可以在约1kV至约70kV的范围内 (即，假设平均簇电荷状态为1，则束能量可以在约1keV至约70keV的范围内)。另外，例如， GCIB的束剂量可以在每平方厘米约1×1012簇到每平方厘米约1×1014簇的范围内。
GCIB的每原子能量比可以从每原子0.25e V到每原子100e V不等。或可建立每原子能量比为0.25 eV到10eV的GCIB。或可建立每原子能量比从每原子约1eV到约10eV的GCIB。
每原子比具有所需能量的GCIB的建立可能包括束加速势的选择，形成GCIB的滞止压力，或气体 流速，或两者的任何组合。束加速势可用于增加或减少束能或每个离子簇的能。在16中，所述GCIB 被辐射到衬底22的表面的至少一部分上，以在衬底22上蚀刻所述第一材料和所述第二材料中的至 少一种。
图1中描述的方法可以进一步包括改变一个或多个目标蚀刻过程度量来创建一个或多个新的目标蚀 刻过程度量，以及为GCIB设置附加GCIB工艺条件的一个或多个附加GCIB特性，来实现一个或多 个新的目标蚀刻过程指标。
根据另一个实施例，除了用GCIB照射衬底22之外，另一个GCIB可以用于附加的控制和/或功能。 在使用GCIB之前，期间或之后，可以通过诸如第二GCIB的另一GCIB对衬底22进行辐照。另一 GCIB可用于用杂质掺杂衬底22的一部分。例如，另一GCIB可用于修改衬底22的一部分以改变衬 底22的特性。此外，另一GCIB可用于蚀刻衬底22的一部分以从衬底22去除额外的材料。另一GCIB可用于清洁衬底22的一部分，以从衬底22去除额外的材料或残留物，例如含卤素的残留物。 此外，另一GCIB可用于生长。在衬底22的一部分上沉积或沉积材料。掺杂，改性，蚀刻，清洁， 生长或沉积可以包括引入选自由He，Ne，Ar，Xe，Kr，B，C，Se，Te，Si，Ge，N，P，As，O， S，F，Cl和Br组成的组中的一种或多种元素。
根据另一个实施例，受GCIB照射的衬底22的至少一部分(20,20'，20")可以在用GCIB照射之前或 之后清洗。例如，清洗过程可能包括干洗过程和/或湿式清洗过程。此外，衬底22的至少一部分(20,20 '，20")在GCIB辐照后可以退火。
根据另一个实施例，在制备和/或蚀刻衬底22时，衬底22的任何部分或特征图案28可进行校正处 理。在纠正处理过程中，可以使用与GCIB处理系统耦合的计量系统获取地铁测量数据，可以在现 场或非现场进行。计量系统可包括但不限于各种衬底诊断系统，包括但不限于光学诊断系统、x射 线荧光光谱系统、四点探测系统、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM) 等。此外，计量系统可包括光学数字轮廓仪(ODP)、散射计、椭圆偏振计、反射计、干涉仪其中两者 或两者以上的任何组合。
例如，计量学系统可以构成光学散射测量系统。散射测量系统可以包括散射仪，其结合了光束轮廓 椭圆仪(椭圆仪)和光束轮廓反射仪(反射仪)，可从热波公司.(1250Reliance Way，Fremont，CA. 94539)或纳米计量学公司(1550Buckeye Drive，Milpitas，CA.95035)购得。原位计量系统可以包 括被配置为测量衬底上的计量数据的集成光学数字轮廓测量(iODP)散射测量模块。
该计量数据可包括参数数据，如与衬底相关的几何、机械、电气和/或光学参数、在衬底上形成的任 何层或子层和/或衬底上的任何器件部分。例如，计量数据可以包括上述计量系统可测量的任何参数。 此外,计量数据可以包括膜厚度,表面和/或界面粗糙度、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。
测量数据可以在基片上的两个或多个位置进行测量。一旦使用该计量系统为一个或多个基片收集了 计量数据，该计量数据被提供给控制器以计算修正数据。计量数据可以通过物理连接(如电缆)、无线 连接或两者的组合在计量系统和控制器之间进行通信。此外，计量数据可以通过内部网或互联网连 接进行通信。
计算校正数据可以用于衬底的特定位置处理。给定衬底的校正数据包括调制作为衬底上位置函数的 GCIB剂量的工艺条件，以实现与输入计量数据相关的参数数据与给定衬底的目标参数数据之间的变 化。给定衬底的校正数据可以包括使用GCIB校正给定衬底参数数据的非均匀性的工艺条件的确定。 或者，给定衬底的校正数据可以包括使用GCIB来为给定衬底创建参数数据的特别打算的非均匀性 的工艺条件的确定。
使用参数数据和GCIB剂量期望变化之间建立的关系，以及GCIB剂量和具有一组GCIB处理参数的 GCIB工艺条件之间建立的关系，控制器确定每个衬底的修正数据利用光束剂量与GCIB过程条件之 间的关系，可以确定GCIB处理参数来影响计算的束剂量等值线。GCIB处理参数可以包括束剂量、 束面积、束剖面、束强度、束扫描速率或曝光时间(束驻留时间)，或其中两种或两种以上的组合。 可使用GCIB将校正数据应用于衬底。在校正处理过程中，GCIB可配置为执行至少一种平滑、非晶 化、修饰、掺杂、蚀刻、生长或沉积，及两者或两者以上的任何组合。将校正数据应用于衬底可促 进衬底缺陷的校正、衬底表面平整度的校正、层厚的校正或层附着力的改善。一旦加工到GCIB规 格，衬底的均匀性或衬底参数数据的分布可以在现场或现场外进行检查，过程可完成或细化。
参考图4A至4L，以图形方式描绘了用于在衬底上蚀刻材料的示例性数据。图4A是作为12个GCIB 工艺条件的函数的二氧化硅(SiO2)的标准化蚀刻速率的条形图。每个GCIB处理条件都提供了GCIB 组成，电子束加速电势(kV)和与电子束能量分布函数的修改有关的P单元值。关于GCIB组成， 符号“5％NF3/N2”表示N2中NF3的相对量(mol/mol％)。关于P-单元值，如上所述，P-单元值与 引入到压力增加区域以引起GCIB和色谱柱之间碰撞的背景气体的流量(似乎是标准立方厘米每分 钟)有关。本底气体扩大了束能量分布函数。例如，通过以40sccm的流速引入背景气体来提高 GCIB穿过压力室中的压力(压力传感器“P-传感器值”为“40”)(或压力-距离积分约为0.005托-厘 米)。
如图4A所示，在大范围的GCIB工艺条件下测定了二氧化硅(SiO2)的蚀刻速率。当GCIB只包含Ar 时，如在GCIB工艺条件“A”中，蚀刻速率由纯物理成分驱动，例如溅射。图4A，可以选择GCIB 组成为蚀刻过程提供化学成分，并提高蚀刻速率。
在图4B中，条形图绘制了二氧化硅(SiO2)和光致抗蚀剂之间的蚀刻选择性，其是GCIB工艺条件 的函数。蚀刻选择性将二氧化硅(SiO2)的蚀刻速率与光致抗蚀剂(P.R.)(即E/R SiO2/E/R P.R.)的 蚀刻速率相关。图4B表明基于CHF3的GCIB组合物和基于Cl2的GCIB组成提供了蚀刻选择性。 图4C是作为GCIB工艺条件和P-单元值的函数的二氧化硅(SiO2)和光刻胶(P.R.)的蚀刻速率的 数据图。三个GCIB蚀刻工艺的GCIB工艺条件。每种GCIB工艺条件提供了各自GCIB组成中各化 学成分的GCIB组成、束加速势(kV)和流量(sccm)。从图4C可以明显看出，使用三种GCIB工艺条 件中的任何一种，二氧化硅和光阻的蚀刻速率都随着P-单元值的增加而降低。
在图4D中，条形图绘制了表2中二氧化硅(SiO2)和光刻胶之间的蚀刻选择性与GCIB工艺条件的 关系。蚀刻选择性将二氧化硅(SiO2)的蚀刻速率与光致抗蚀剂(P.R.)(即E/R SiO2/E/R P.R.)的蚀 刻速率相关。图4D表示：(1)SiO2和P.R.之间的蚀刻选择性随着P-单元值增加而增加；(2)在卤 代甲烷成分中，在较高的P-单元值下，SiO2和P.R.之间的刻蚀选择性可随氧的添加而略有增加；(3) 基于CHF3的GCIB组合物比基于Cl2的GCIB组合物在SiO2和P.R.之间提供高蚀刻选择性。
在图4E中，根据GCIB工艺条件和P-单元值绘制了二氧化硅(SiO2)中蚀刻表面的表面粗糙度的数 据图。表面粗糙度(Ra，以埃为单位，A)表示平均粗糙度。粗糙度可以是界面或表面不平度的量 度。例如，粗糙度的程度，例如表面粗糙度，可以在数学上被表征为最大粗糙度(Rmax)，平均粗糙 度(Ra)或均方根(rms)。粗糙度(Rq)。(1)SiO2表面的平均粗糙度随着P-单元值的增加而降低； (2)基于CHF3的GCIB组合物在SiO2上的平均粗糙度略高于基于Cl2的GCIB组合物。
在图4F中，条形图绘制了二氧化硅(SiO2)的蚀刻速率以及二氧化硅(SiO2)和光致抗蚀剂之间的 蚀刻选择性，作为GCIB工艺条件的函数。蚀刻选择性与硅的蚀刻速率相关。二氧化硅(SiO2)对 光刻胶(P..R)的蚀刻速率(即E/R SiO2/E/R P.R.)。但是，某些GCIB工艺条件已经过调整，以实现 相对较低的表面粗糙度(3数量级或更小的数量级)。基于CHF3的GCIB组合物具有较低的表面粗 糙度和较高的蚀刻选择性。
图4G是一个柱状图，显示了在含20％CHF3/He的GCIB组成下，相对于多晶硅，光阻剂(P.R.)、二 氧化硅(SiO2)和氮化硅(SiN)的蚀刻选择性。该GCIB工艺条件还包括波束加速度电位为60kv和p单 元值为。随着流速从350似乎增加到550似乎，刻蚀选择性对p.r、SiO2和SiN相对于Si的值从高 于统一的值衰减到低于统一的值。
图4H是二氧化硅(SiO2)和多晶硅(Si)之间的蚀刻选择性柱状图，该柱状图是GCIB工艺条件对10％ CHF3/He的GCIB组成的函数。如图4H所示，P-单元值的增加增加了SiO2和Si之间的腐蚀选择性， 而流速的增加降低了SiO2和Si之间的腐蚀选择性。
GCIB工艺条件中，以及由此产生的蚀刻选择性(在SiO2和Si之间)和平均粗糙度。通过调整各种GCIB 工艺条件，包括GCIB组成、束流加速电位、p值和流速，蚀刻选择性可以从大约1到大约12的值 变化，而平均粗糙度从大约1A到大约4A。
图4I是SiO2的蚀刻率、多晶硅(Si)的蚀刻率以及SiO2和Si之间的蚀刻选择性的数据图，这些数据 图是在10％CHF3/O2的GCIB组分中加入He的流速的函数。GCIB工艺条件下蚀刻选择性峰值(约 12.2)。当改变He流量时，其余参数在GCIB工艺条件下保持不变。
图4J是与多晶硅(Si)相关的光阻剂(P.R.)、二氧化硅(SiO2)和氮化硅(SiN)的蚀刻选择性柱状图，它是 10％CClF3/He的GCIB组分的P-单元值的函数。该GCIB工艺条件还包括梁加速电位为60kV和流 速为450sccm。随着p值从0增加到40，SiO2和SiN相对于Si的蚀刻选择性增加，而P.R.相对于Si的蚀刻选择性降低。
图4K是相对于多晶硅(Si)的光阻(P.R.)、二氧化硅(SiO2)和氮化硅(SiN)的蚀刻选择性条形图，它是10％ CClF3/He的GCIB组成的束流加速势的函数。GCIB工艺条件包括p值为0和流速为450sccm。当 光束加速电位由60千伏降至10千伏时，蚀刻的选择性也随之降低SiO2,SiN相对于Si减小。
根据GCIB工艺条件，以及由此产生的蚀刻选择性(Si和SiO2之间)和Si中的平均粗糙度。每一GCIB 工艺条件列举了含有10％CBrF3的GCIB组成。在某些情况下，N2被添加到GCIB中。通过调整各 种GCIB工艺条件，包括GCIB组成、束流加速电位、p值和流速，蚀刻选择性可以在0.3到2.5之 间变化，而平均粗糙度在3A到30A之间。例如，N2的加入，加上光束加速电位的增加，p值的增 加，以及蚀刻化合物流速的降低，使得平均粗糙度最小。
根据GCIB工艺条件，产生的蚀刻选择性(Si和SiO2之间)和Si中的平均粗糙度。每一GCIB工艺条 件列举了含有20％CF4的GCIB组成。通过调整各种GCIB工艺条件，包括GCIB组成、束流加速 电位、p值和流速，蚀刻选择性大约从0.32到大约0.54的值变化，而平均粗糙度从大约2A到大约 19A。
根据GCIB工艺条件，以及由此产生的蚀刻选择性(Si和SiN之间)和Si中的平均粗糙度。每个GCIB 工艺条件列举了在N2中含有20％NF3的GCIB组成。通过调整各种GCIB工艺条件，包括GCIB组 成、束流加速电位、p值和流速，蚀刻选择性可以从大约1到大约4的值变化，同时获得从大约2A 到大约60A的平均粗糙度。高的蚀刻速率和选择性可以在牺牲平均粗糙度的情况下实现。此外，Si 和SiN之间的蚀刻选择性似乎与p掺杂Si和SiN之间的蚀刻选择性相似。
根据GCIB工艺条件，以及由此产生的蚀刻选择性(Si和SiN之间)和Si中的平均粗糙度。每种GCIB 工艺条件都含有含2％-6％Cl2在N2中的GCIB组成。在某些情况下，He、Ar或N2被添加到GCIB 中。通过调整各种GCIB工艺条件，包括GCIB组成、束流加速电位、p值和流速，可以将蚀刻选择 性从小于1改变为大约11，同时实现平均粗糙度范围为大约12A至大约105A。
根据GCIB工艺条件，以及由此产生的蚀刻选择性(Si和SiN之间)和Si中的平均粗糙度。每一种GCIB 工艺条件都含有He中4％-6％Cl2的GCIB组成。通过调整各种GCIB工艺条件，包括GCIB组成、 束流加速电位、p值和流速，蚀刻选择性可以在1.4到6之间变化，而平均粗糙度在5A到40A之间。 使用He作为Cl2的载体似乎比使用N作为Cl2的载体产生更低的平均粗糙度。
根据GCIB工艺条件，以及由此产生的蚀刻选择性(Si和SiN之间)和Si中的平均粗糙度。每个GCIB 工艺条件列举了含有35％HCl的GCIB组成。通过调整各种GCIB工艺条件，包括GCIB组成、束 加速电位、p值和流速，蚀刻选择性可以从大约2到大约7的值变化，而平均粗糙度从大约15A到 大约25A。
在图4L中，图形化地描述了用于在衬底上蚀刻材料的示例性数据。图4L是三种GCIB腐蚀过程中 几种材料的腐蚀速率的条形图，包括NiFe、Cu、CoFe、Al、Al2O3、Ru、W、Mo、TaN、Ta、AlN、 SiO2、SiN、Si、SiC、光阻(P.R.)和SiCOH。GCIB程序包括:(A)Ar；(B)5％NF3/N2；(C)4％Cl2/He。 三种GCIB蚀刻工艺的GCIB工艺条件，选择GCIB组合物，并增加蚀刻速率。每个GCIB处理条件 提供了GCIB组成，束加速电势(kV)，与束能量分布函数的改变有关的P-单元值以及GCIB流速。 如图4L所示，与基于F的GCIB化学方法相比，当使用基于Cl的GCIB化学方法时，几种含金属 的材料例如CoFe，NiFe和Al的蚀刻速率趋于提高。而且，当GCIB仅包含Ar时，如在GCIB工 艺条件“A”中一样，蚀刻速率由纯粹的物理成分例如溅射来驱动。
在GCIB蚀刻处理期间使用基于SiF4，NF3和CHF3的蚀刻化学。观察到，在某些情况下，NF3和SiF4可用于实现几种材料(包括含Si材料)的蚀刻速率的增加。使用这些蚀刻剂可以观察到增加的Si 和SiO2蚀刻速率。
图4M是c-Si(结晶Si)(实心圆)、SiN(实心金刚石)和SiO2(实心正方形)的蚀刻速率数据图，该速率是 作为载气氮气中5％SiF4总流速的函数。这些材料之间的蚀刻选择性可以通过在60kv加速电位和无 p-单元条件下的总流量来实现。对于c-Si的表面粗糙度，在60kV条件下，当p值为20、35和50 时，对于5％SiF4/N2的400sccm，平均粗糙度分别为8.4A、4.0A和2.3A。当使用10％SiF4/N2时， p-值为35或50时，平均粗糙度更大。用He代替N2作为载气时，在高总流量条件下，在腐蚀速率、 腐蚀选择性和粗糙度方面也可以得到相似的结果。与NF3相比，SiF4对Si的腐蚀速率更高。
图4N是c-Si(结晶Si)(实心圆)、SiN(实心金刚石)和SiO2(实心正方形)的蚀刻速率的数据图，它是作 为载气的He中20％SiF4的总流速的函数。这些材料之间的蚀刻选择性可以作为在60kv加速电位和 p单元值为20时总流量的函数来实现。在这种情况下，在总流速约为550的情况下观察到腐蚀峰值。 此外，c-Si(结晶Si)(开圆)、SiN(开金刚石)和SiO2(开方形)的蚀蚀速率的数据图显示为作为载气的 He中20％SiF4的总流速的函数。这些材料之间的蚀刻选择性可以通过30kV加速电位下总流量和 20p单元值的函数来实现。在这种情况下，在总流速约为450sccm的情况下观察到蚀刻速率峰值。
图4O是c-Si(结晶Si)(实心圆)、SiN(实心金刚石)和SiO2(实心正方形)的蚀刻速率的数据图，是作为 载气的He中20％SiF4总流量的函数。这些材料之间的蚀刻选择性可通过30kV加速电位下总流量 和20p值的函数来实现。在这种情况下，在总流速约为550sccm时观察到峰值蚀刻速率。此外，c-Si(结 晶Si)(开圆)、SiN和SiO2的蚀刻速率的数据图显示为作为载气的He中20％SiF4的总流量的函数。 在10kv加速电位和无p-单元条件下，这些材料之间的蚀刻选择性可作为总流量函数来实现。此时可 观察到SiN和Si之间的高蚀刻选择性。图4P是c-Si(结晶Si)(开圆)、SiN(开金刚石)和SiO2(开方形) 的蚀蚀速率的数据图，它是作为载气的He中20％SiF4的p-单元值的函数。在加速电位为60kv和总 流速为450sccm时，这些材料之间的蚀刻选择性可作为p值的函数来实现。
图4Q是W(实心圆)和SiO2(实心方)作为载气He中20％CHF3的p-单元值的函数的蚀刻速率数据图。 在加速电位为60kv和总流速为400sccm时，这些材料的蚀刻选择性可以作为p值的函数来实现。 现在参照图5，根据实施例描述了用于处理上述衬底的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。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至合适的工作 压力。在三个真空室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(处理室108)中，可利用加速GCIB处 理基质152。GCIB处理系统100可以包括一个或多个气源，配置为将一种或多种气体或混合气体引 入102。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。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。如惰性气体、载气或稀释气体，即He,Ne,Ar,Kr,Xe，或Rn。
此外，可以单独或结合使用第一气体源111和第二气体源112来产生电离团簇。高压可冷凝气体， 包括第一气体组合物或第二气体组合物或两者均由气体进气管114引入到停滞室116中，并通过适 当形状的喷嘴110喷射到具有较低压力的真空中。由于高压的膨胀，可冷凝气体从滞止室116进入 源室104的低压区，气速加速到超音速，气体团束118从喷管110发出。
固有的冷却射流作为静态焓交换动能,在喷气扩张的结果,导致部分气体喷射气体凝结,形成气体团束 118,每个从几到几千弱约束组成的原子或分子。气体分离器120、定位下游的出口喷嘴110源室之间 的104和电离/加速室106。气体团束118可以降低下游区域的压力，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。 GCIB处理系统100还可以包括具有一个或多个撇嘴开口的多个喷嘴。关于多气体团簇离子束系统设 计的更多细节见2009年4月23日提交的美国专利申请编号2010/0193701Al，题为“多喷嘴气体团簇 离子束系统”以完整的引用形式纳入其中。
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5所示，利用电子束130对GCIB 128进行电离、提取、加速和聚焦。电子束130包括一个灯丝 电源136，提供电压VF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，GClB 128可以加速到1到100keV。
如图5中所示,光束电子130进一步包括一个阳极提供电压的电源134VA,加速电子的阳极的离子发 生器122发出124和导致电子轰击电离剂灯丝气体118集群产生离子。此外，如图5所示，束流电 子学130包括提取电源138，该电源138提供电压VEE对高压电极126中的至少一个进行偏置，以 从电离器122的电离区提取离子并形成GCIB 128。提取电源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。
此外，电子束130可以包括一个加速器电源140，提供电压V ACC来偏压一个高压电极126相对于电 离器122，从而导致总GCIB加速能量约等于VACC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。 此外，束流电子学130可以包括透镜电源142,144，可提供偏压一些高压电极126与电位(例如，VL1和V L2)，以聚焦GCIB 128。例如,透镜镜电源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,和透镜镜电源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离子发生器阳极电压,提取电压的第一电极, 第二电极的加速器电压，第三电极的第一透镜电压。
在电离/加速室106高压电极126下游的束滤146可以用来消除单体，或单体和光簇离子从GCIB128 定义一个过滤过程GCIB1 28A进入处理室108。在一个实施例中，束滤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。该束滤波器可包括磁体组件，用于施加横跨GCIB 128 的磁场以辅助滤波过程。
仍然参照图5，在电离/加速室106中，在GCIB128的路径上设置了束门148。束门148具有一种开 放状态，允许GCIB 128从电离加速室106进入加工室108，以定义加工过程GCIB128A；一种关闭 状态，禁止GCIB 128进入加工室108。控制电缆将控制信号从控制系统190传输到束门148。控制 信号可在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 的大型衬底进行处理，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的方向上提供衬底支架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和衬底保持器150分别从所示位置移动到由指示 符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)。尽管 在图5中未明确示出，但是在(通常)正交X扫描运动方向(在纸面内外)执行类似的扫描和过扫 描。
可以在过程GCIB 128A的路径中将束电流传感器180设置在衬底保持器150的上方，以便当衬底保 持器150被从过程GCIB 128A的路径中扫描出时拦截过程GCIB 128A的样本。射束电流传感器180 通常是法拉第杯或类似物，除了射束进入开口是封闭的，并且通常通过电绝缘底座182固定在真空 容器102的壁上。
如图5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，并且控制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GCIB128A实现对衬底152的期望处理。控 制系统190通过电缆接收由束电流传感器180收集的采样束电流，并由此在以下情况下通过从过程 GCIB 128A中移除衬底152来监视GCIB并控制衬底152所接收的GCIB剂量。预定剂量已送达。 在图6所示的实施例中，GCIB处理系统100’可以类似于FlG的实施例。进一步包括X-Y定位表253， 可用于在两个轴上持有和移动衬底252，有效地扫描衬底252相对于工艺GCIB 128A。例如，x轴运 动可以包括进入和离开纸平面的运动，y轴运动可以包括沿着264方向的运动。
GCIB 128A以投射冲击区域286对衬底252的表面进行冲击，并以光束相对于衬底252表面的入射 角度266的角度进行冲击。通过X-Y运动，X-Y定位表253可将衬底252的每一部分表面定位到工 艺GCIB128A的路径上，使表面的每一个区域都能与工艺GCIB128A加工的投影冲击区域286重合。 X-Y控制器262通过一根电缆向X-Y定位表253提供电信号，以控制x轴和y轴方向上的位置和速 度。X-Y控制器262通过一根电缆接收来自控制系统190的控制信号，并由控制系统190操作。X-Y 定位台253根据传统的X-Y工作台定位技术，通过连续运动或逐步运动的方式，在预计冲击区域286 内对基片252的不同区域进行定位。在实施例，控制系统190可编程地操作X-Y定位台253，以可 编程的速度通过预计冲击区域286扫描衬底252的任何部分，用于由过程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。GCIB128A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GCIB128A。在 这种情况下,一个法拉第杯(没有显示，但可能类似于图5中的束流传感器180)可以用来保证准确剂量 测定电荷的来源,原因是典型的法拉第杯只允许高能正离子输入和测量。
控制系统190发出信号，打开束门148，用工艺GCIB 128A照射衬底252。控制系统190监测衬底 252收集的GCIB电流的测量值，以计算衬底252接收的累积剂量。当衬底252接收到的剂量达到预 定剂量时，控制系统190关闭束门148，完成对衬底252的处理。基于对衬底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，以处理衬底252 的不同区域。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源供应气体流量；通过改变灯丝电压VF或改 变阳极电压VA调制电离器122；通过改变透镜电压VL1和/或VL2调制透镜镜聚焦；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。调制变化是连续模拟变化，或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。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返回测量信号到控制系统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。根据一实施例，原位地铁系统可以 构成光学散射测量系统。散射测量系统可以包括散射计，包括光束椭圆度仪(椭圆度仪)和光束反射度 仪(反射计)，这些都可以从Therma-Wave公司(1250Reliance Way，加利福尼亚州弗里蒙特，94539) 或Nanometrics公司(1550Buckeye Drive,Milpitas，加利福尼亚州95035)购买。
现场计量系统可包括集成光学数字轮廓测量(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过程性能数据。计量系统可以测量或监控处理过程产生的计量数据。可以利 用计量数据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。在一个将材料定向沉积在衬底上的过程中，过程性能数据可以包括 一个关键维度(CD)，如一个特征(即:特征)中的顶部、中间或底部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、其任意参数的空间分布、表征其任意空间分布均匀性 的参数等。通过控制系统190的控制信号操作X-Y定位表253，现场计量系统绘制衬底252的一个 或多个特性。
在图7所示的实施例中，GCIB处理系统100”可类似于图5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。压力箱350由惰性气源352组成，惰性气源352配 置为向压力箱350提供背景气体，以提高压力箱350中的压力，以及压力传感器354配置为测量压 力箱350中的压力升高。压力室350可配置为修改GCIB 128的束能量分布，以产生修改处理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。压力槽的进一步细节可 由美国Pat确定。第7,060,989号，标题为“改进气簇离子束处理的方法和装置”内容以完整的引用形 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100'，100”)的输入的控制电压，以及监视来自GCIB处理系统的输出。 100(或100'，100“)。此外，控制系统190可以与真空泵系统170A，170B和170C，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，电子束130，束滤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。可以利用存储在存储器中的程 序来根据过程配方激活对上述GCIB处理系统100组件的输入，以便在衬底152上执行GCIB过程。 但是，控制系统190可以实现为一个通用计算机系统，该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。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特定 组合。
如前所述，控制系统190可以用于配置任意数量的处理元素，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。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可以耦合到例如客户现场(设备制造商等)的内联网，或者它 可以耦合到例如厂商现场(设备制造商)的内联网。替代地，控制系统190耦合到互联网。此外， 另一台计算机(控制器，服务器等)可以访问控制系统190以直接连接，内联网和/或因特网交换数 据。
衬底152(或252)可以通过夹紧系统(未显示)固定在衬底支架150(或衬底支架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，基片固定器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/或控制基片固定器150(或250)和基片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)，它的泵速可达每秒5000升(或更 高)，并有一个闸阀来调节室压。压力室350也包括一个真空泵系统。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。压力测量是电容压力表。 参照图8，示出了用于电离气体团簇射流(图5、6和7的气体团簇束118)的电离器(122，图5、 6和7)的部分300。截面300垂直于GCIB 128的轴。对于典型的气体团簇尺寸(2000至15000个 原子)，团簇离开气体分离器(120，图5、6和7)并进入电离器(122，图5、6和7)将以约130 到1000电子伏特(eV)的动能行进。在这些低能量下，任何离电离器122中的空间电荷中性的情况 都将导致射流的快速分散，并显着损失电子束电流。图8示出了自中和离子发生器。与其他离子 发生器一样，气体团簇通过电子撞击而离子化。在这种设计中，从多个线性热电子灯丝302a，302b 和302c(通常是钨)发射热电子(由310表示的七个示例)，并通过电子排斥电极306a提供的适当 电场的作用将热电子提取并聚焦。电极306a，306b和306c以及束形成电极304a，304b和304c。热 电子310穿过气体团簇射流和射流轴，然后撞击相对的束形成电极304b，以产生低能的二次电子(例 如所示的312、314和316)。
线性热电子丝302b和302c也产生热电子，该热电子随后产生低能的二次电子。所有二次电子通过 提供低能电子来帮助确保电离团簇射流保持空间电荷中性，这些低能电子可以根据需要被吸引到正 离子化气体团簇射流中，以保持空间电荷的中性。束形成电极304a，304b和304c相对于线性热电 子丝302a，302b和302c正偏，电子排斥电极306a，306b和306c相对于线性热电子丝302a，302b 和302c负偏。绝缘体308a，308b，308c，308d，308e和308f电绝缘并支撑电极304a，304b，304c， 306a，306b和306c。这种自中和离子是有效的，实现超过1000微安的GCIBs。
电离器可以使用等离子体的电子萃取来电离簇。这些离子化器的几何形状与上述三灯丝离子化器有 很大的不同，但工作原理和离子化器的控制是非常相似的。现在参照图9，电离器400(122，图5、6、 7)用于电离气体簇射流(气体簇束118，图5、6、7)所示。400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120进入离子发生器122(图5、6和7)的 动能约为130到1000eV。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9示出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。截面400垂直于GCIB 128的轴。对于典型的气体团簇尺寸(2000至15000 个原子)，团簇离开气体分离器(120，图5、6、7)并进入电离器(122，图5、6、7)将以约130 到1000电子伏特(eV)的动能行进。在这些低能量下，任何电离器122中的空间电荷中性的情况 都将导致射流的快速分散，并显着损失电子束电流。图9示出了自中和离子发生器。与其他离子发 生器一样，气体团簇通过电子撞击而离子化。电离器包括由支撑板(未示出)支撑并电连接的细棒 阳极电极452的阵列。细棒阳极电极452的阵列与气体簇束(图5、6、7的气体簇束118)的轴线 基本同心。电离器还包括由另一支撑板(未示出)支撑并电连接的细杆电子排斥器杆458的阵列。离子发生器还包括由另一根支撑板(未显示)支撑并电连接的细杆离子排斥器杆464阵列。
高能电子从等离子体电子源470供应到束流区444。等离子体电子源470包括等离子体室472，其中 在等离子体区442中形成等离子体。该等离子电子源470还包括热离子灯丝476、气体进入孔426 和多个提取孔480。热离子灯丝476通过绝缘体477与等离子体室470绝缘。例如热离子灯丝476 可以包括一个在“辫子”结构中有一个半匝的钨丝。气体簇电离器的第400节包括具有多个孔径482 的电子加速电极488。此外，400包括具有多孔径484的电子减速电极490。所述孔径482、484和 所述多个提取孔480均从等离子区442对准到波束区444。
等离子体形成气体，如惰性气体，通过气体进入孔426进入等离子体室472。绝缘气体供给管422 将加压等离子形成气体提供给遥控可控气体阀424，该气阀调节等离子形成气体进入等离子室472。 灯丝电源408提供灯丝电压(VF)来驱动电流通过热离子灯丝476来刺激热电子发射。灯丝电源408 在3到5伏时可控制地提供大约140到200a(安培)。电弧电源410可控制地提供电弧电压(VA)，使 等离子体室472对热离子灯丝476偏正。电弧电源410通常在固定电压下工作，通常在35V左右， 并提供在等离子体室472内加速电子形成等离子体的手段。控制灯丝电流，调节410电弧电源供电 的电弧电流。电弧电源410能够为等离子弧提供高达5A电弧电流的电子。
电子偏置电源412使电子减速电极490对等离子体室472进行正偏置。电子偏置电源412提供偏 置电压(VB)，可在30-400V范围内可控调节。通过电子提取电源416，电子加速电极488对电子减 速电极490有正偏置。电子提取电源416提供电子提取电压(VEE)，可控制在20–250V的范围内。加 速度电源420提供加速电压(VACC)，使薄棒阳极电极阵列452和电子减速电极阵列490对地偏置。VACC是气体簇离子发生器产生的加速电位，如图中400所示，在1～100kV范围内可控可调。电子排斥电 源414提供了电子排斥偏置电压(VER)，使薄棒电子排斥电极阵列偏置，相对于VACC为458负。VER在50到100V的范围内是可以控制的。离子排斥电源418提供离子排斥偏置电压(VIR)，使薄棒离子 排斥电极阵列相对于VACC为464正。VIR在50-150V范围内是可控制的。
光纤控制器430接收电缆434上的电子控制信号，并将其转换为控制链路432上的光信号，从而利 用来自接地控制系统的信号控制元件在高电势下工作。光纤控制链路432向遥控气体阀424、灯丝 电源408、电弧电源410、电子偏置电源412、电子排斥电源414、电子提取电源416、离子排斥电 源418发送控制信号。
电离器的设计可以类似于美国专利No.5,235,824中所述的电离器。题为“用于气团簇离子束形成的电 离器和方法”的美国专利第7,173,252号；其内容通过引用整体并入本文。电离器(122，图5、6和 7)可以配置为通过更改GCIB 128的电荷状态来更改GCIB 128的束能量分布。例如，可以通过调 整电子通量来修改电荷状态，电子能量或电子的电子能量分布，用于电子碰撞诱导的气体团簇电离。
尽管本发明的某些实施例已在上面详细描述，但本技术的那些技术人员将容易地欣赏到，在实 施例中可以进行许多修改，而不会实质上背离本发明的新教义和优点。因此，所有这些修改都打算 包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种在衬底上气簇离子束刻蚀材料的方法，其特征是，
提供包含晶体硅的衬底和衬底表面上的暴露材料层；在衬底固定器周围保持减压环境，保持所述衬底；将所述衬底安全地保持在所述减压环境中；
执行产生压力和气体团簇离子束(GCIB)蚀刻工艺以去除所述暴露材料层的至少一部分，所述GCIB蚀刻工艺包括：建立GCIB过程条件，包括设置：不超过1000sccm的SiF4的流量，在上述GCIB工艺条件的部分基础上形成气簇离子束GCIB；通过所述减压环境加速所述GCIB；
将所述加速GCIB照射到所述衬底的所述表面的至少一部分上，以蚀刻所述衬底的至少一部分。
2.根据权利要求1的所述的方法，其特征是，所述衬底的所述部分包括一种含硅材料、一种含锗材料或一种含金属材料，或两种或两种以上材料的任何组合；所述含硅材料包括硅和至少一种元素从集团组成的O,N,C,B,P和Ge；所述含硅材料包括未掺杂硅、掺杂硅、单晶硅、多晶硅、微晶硅、纳米晶硅或两者及两者以上的任何组合。所述含金属材料包括W。
3.根据权利要求1的所述的方法，其特征是，所述的压力气体混合物包含第二蚀刻化合物，包括卤素，卤化物，或卤化物，或两者或以上的任何组合。尤其包括BCl3,SF6,CF4,NF3，或CHF3，或包括惰性气体元素，或N2，或两者；或者选择自B,C,H,Si,Ge,N,P,As,O,S,F,Cl和Br。
4.根据权利要求1的所述的方法，其特征是，选择一个或多个蚀刻过程指标，蚀刻工艺指标包括衬底表面或第一材料和第二材料层即其它材料层的蚀刻速率，暴露衬底表面的第二材料层的蚀刻速率,第一材料层和第二材料层两种材料之间的刻蚀选择性,第一材料的表面粗糙度，第二个材料层的表面粗糙度,第一和第二材料层的蚀刻剖面其中所述GCIB的形成基于所述一个或多个目标蚀刻工艺指标。
5.根据权利要求1的所述的方法，其特征是，选择目标蚀刻工艺指标表示GCIB蚀刻过程,表示包括性衬底表面和第二个材料层暴露在表面衬底材料层之间的刻蚀选择,以及至少一个材料层的表面粗糙度和第二材料层表面粗糙度,所述形成GCIB表示目标蚀刻过程指标：束流加速势，以及所述GCIB通过的增加压力区域的背景气体压力或背景气体流量的至少一个。以及包括束剂量，束焦点电位，束能量，束能量分布，束角分布，束发散角，或停滞压力。
6.根据权利要求5的所述的方法，其特征是，向所述GCIB引入添加剂气体以改变所述GCIB组成并实现所述一个或多个目标蚀刻工艺指标。其中所述GCIB组合物包括第一蚀刻化合物和第二蚀刻化合物，并且所述第一蚀刻化合物和所述第二蚀刻化合物在所述辐照期间连续地引入所述GCIB。
7.根据权利要求5的所述的方法，其特征是，所述GCIB组合物包括第一蚀刻化合物和第二蚀刻化合物，其中所述第一蚀刻化合物和所述第二蚀刻化合物在所述辐照期间交替地、顺序地引入所述GCIB。
8.根据权利要求5的所述的方法，其特征是，目标表面粗糙度为说的材料层和/或说的第二层材料层是小于或等于5埃。
9.根据权利要求1的所述的方法，其特征是，使用所述GCIB刻平所述衬底的上表面；提供包括晶体硅和位于所述衬底表面上的含金属层的衬底；所述含金属层包括过渡金属或过渡后金属；
在衬底固定器周围保持减压环境，以保持所述衬底；
将所述衬底安全地保持在所述减压环境中；
从含有不超过20％SiF4的加压气体混合物中形成气体团簇离子束(GCIB)；
通过所述减压环境加速所述GCIB；
将所述加速GCIB辐照到至少一部分所述衬底的所述表面以在所述衬底上蚀刻所述含金属层的至少一部分。
10.根据权利要求1的所述的方法，其特征是，包括：提供包括具有所暴露的第一材料和第二材料的表面的衬底；
在衬底固定器周围保持减压环境，以保持所述衬底；将所述衬底安全地保持在所述减压环境中；执行气体团簇离子束(GCIB)蚀刻工艺，以除去比使用GCIB的第二种材料更多数量的所述第一材料，所述GCIB蚀刻工艺包括；
确定以SiF4气体体积计，其浓度至少为5％且不超过20％的混合气的流量，确定束加速势，和为所述GCIB通过的增加压力区域确定背景气体压力或背景气体流量中的至少一个；形成气体簇离子束(GCIB)的基础上，至少部分GCIB工艺条件；通过所述减压环境加速所述GCIB；将所述加速GCIB照射到所述衬底的所述表面的至少一部分上，以蚀刻所述衬底的至少一部分；其中所说的流量包括一个小于1000sccm的值。
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