[发明专利]使用基于气体团簇离子束技术的中性射束处理的超浅蚀刻方法以及由此产生的物品

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于低能量的、中性射束处理的方法和设备，并且更具体地，涉及用于从加速气体团簇离子束中提取加速中性单体和/或中性气体团簇射束的高射束纯度方法和系统。本发明还包括受控超浅蚀刻的新的或者改进的方法以及由该方法制造的设备。

背景技术

在过去的十年中，气体团簇离子束(gas cluster ion beam，GCIB)已成为众所周知的，并且被广泛用于各种表面和次表面的处理应用中。由于气体团簇离子典型地具有大质量，即使在被加速至实质上具有能量时，它们仍趋向以相对低的速度(与常规离子相比)行进。这种低速度，与团簇固有的弱粘合能力相结合，产生独特的表面处理能力，与常规离子束和扩散等离子体相比，这种独特的表面处理能力导致减少的表面渗透和减少的表面缺陷。

气体团簇离子束已被用来使表面光滑、蚀刻、清洁、在表面上形成沉积、在表面上生长薄膜或以其他方式改变各种各样的表面，包括例如金属、半导体及介电材料。在涉及半导体和半导体相关材料的应用中，GCIB已被用来清洁、使光滑、蚀刻、沉积和/或生长包括氧化物以及其他的薄膜。GCIB还被用于引入掺杂和晶格应变(lattice-straining)的原子种类、引入非晶(amorphizing)表面层的材料，以及改进掺杂剂在半导体材料中的溶解度。在许多情况下，这种GCIB的应用已经能够提供优于使用其他传统离子、离子束和等离子体的技术的结果。半导体材料包括广泛的材料范围，这些材料的电性能会受掺杂材料的引入的控制，半导体材料包括(但不限于)硅、锗、金刚石、碳化硅，还有包括III-IV组元素及II-VI组元素的复合材料。由于采用氩气(Ar)作为源气体形成GCIB的便利，以及由于氩气的惰性特性，已经开发了许多使用氩气体GCIB处理可植入医疗装置表面的应用，所述可植入医疗装置例如是冠状动脉支架、整形外科假体和其他可植入医疗装置。在半导体应用中，各种源气体和源气体混合物被用来形成含电杂质和晶格应变种类的GCIB，该GCIB用于反应蚀刻、物理蚀刻、薄膜沉积、薄膜生长及其他有用的处理。许多引入GCIB以处理宽范围的表面类型的系统是公知的。例如，授予柯克帕特里克(Kirkpatrick)等人的6,676,989 CI号美国专利文件教示了一种GCBI处理系统，该系统具有适合处理管状或圆柱状工件——如血管支架——的工件保持器和操纵器。在另一个例子中，授予柯克帕特里克(Kirkpatrick)等人的6,491,800 B2号美国专利文件教示了一种GCIB处理系统，该系统具有用于处理其他类型的非平面的医疗装置——包括例如髋关节假体——的工件保持器和操纵器。进一步的例子，授予利比(Libby)等人的6,486,478 BL号美国专利文件教示了一种用于处理半导体晶片的自动化基板装/卸系统。授予豪托拉(Hautala)的7,115,511号美国专利文件教示了使用机械扫描仪相对于未扫描GCIB对工件进行扫描。在又一个例子中，授予布林(Blinn)等人的7,105,199 B2号美国专利文件教示了使用GCIB处理以改进在医疗装置上的药物涂层的粘附及改变从医疗装置上的药物洗脱或释放率。

GCIB已经被用在如钻石和其它宝石的晶体和非晶体形态材料的刻蚀和打光处理中。这并非是完全成功的，有时由于GCIB处理宝石会经历不期望的颜色变化。不清楚这是否是由于对于宝石材料的一些表面或次表面形式损坏，或者由于GCIB处理和下层未处理块体材料所引起的刻蚀和/或光滑表面层之间粗糙化的界面的形成，或者可能由于团簇离子引起的表面带电造成的损害。无论GCIB处理负面效果的原因是什么，需要用于刻蚀和/或打光自然和合成宝石材料的不会引入宝石外观和审美需求不期望的劣化的处理技术。已经表明GCIB处理作为用于打光和/或平整光学材料表面的可行技术，光学材料是例如透镜、反射光学表面、光学窗口、用于显示器的光学面板和触摸屏面板、棱镜装置、光掩膜的透明基板等、光学波导、电-光装置和其它光学装置。用于光学装置的材料包括各种玻璃、石英、蓝宝石、钻石和其它坚硬透明的材料。传统的抛光和平整——包括机械、化学-机械以及其他技术——对于大多数需求的应用而言不能产生足够的表面。在许多情形下GCIB处理已经能够使光学表面光滑和/或平整到传统抛光技术无法实现的程度，但需要不会在光滑表面和下层的块体材料之间引起粗糙界面的可选技术，从而避免产生嵌入在光学材料中的散射层。