[发明专利]利用低压源形成气体团簇离子束的装置和方法

说明书

一种形成具有多个气体源的气体团簇离子束的方法，包括：提供减压外壳；使用静态泵将低压过程源和高压稀释剂源混合以形成混合源，其中低压过程源到静态泵的输送压力大于约5托而小于约5托高压稀释气体至静态泵的输送压力大于约5巴且小于约30巴。使用混合源产生气体团簇射流，该混合源包括在减压外壳内的多个气体团簇；在减压外壳内提供电离区域；和引导气体团簇射流通过电离区域以使气体团簇射流中的至少一部分气体团簇电离以形成气体团簇离子束。

技术领域

本发明总体上涉及半导体集成电路制造领域，并且更具体地但非排他地涉及形成具有多个气体源的气体团簇离子束的设备和方法。

背景技术

气体团簇离子束(GCIB)用于蚀刻，清洁和平滑表面的使用在本领域中是已知的。GCIB也已被用于辅助从汽化含碳材料中沉积膜。为了便于讨论，气体团簇是在标准温度和压力条件下呈气态的纳米级材料聚集体。这样的簇可以由松散结合形成簇的几至数千个分子或更多的聚集体组成。团簇可以通过电子轰击而电离，从而使其形成可控能量的定向束。这些离子通常各自带有qe的正电荷(其中e是电子电荷的大小，q是表示簇离子的电荷状态的从1到几的整数)。较大尺寸的簇离子通常是最有用的，因为它们能够携带每个簇离子大量的能量，而每个分子却只有适度的能量。团簇在碰撞时会分解，每个分子仅携带总团簇能量的一小部分。因此，大型簇的冲击效果很大，但仅限于非常浅的表面区域。这使得气体团簇离子可有效用于多种表面改性工艺，而不会产生更深的地下损伤，这是常规离子束加工的特征。

目前可用的簇离子源产生的簇离子具有宽的尺寸分布，高达几千的N(其中，N＝每个簇中的分子数)。高压气体从喷嘴到真空的绝热膨胀过程中，单个气体原子(或分子)的缩合可形成原子团簇。带有小孔的撇渣器从不断膨胀的气流的中心剥离发散的气流，以产生准直的簇束。通过称为范德华力的弱原子间力产生并保持各种大小的中性簇。该方法已用于从多种气体(例如氩气，氧气，氮气，三氟化氮，六氟化硫，乙硼烷，三氟化硼和锗烷)中产生簇束。

在工业规模上对工件进行GCIB处理的几种新兴应用是在半导体领域。尽管使用多种气体簇源气体对工件进行GCIB处理，其中许多是惰性气体，但在许多半导体处理应用中，理想的是在GCIB的形成中使用反应性气体，有时与惰性气体组合或混合使用或稀有气体。当使用多种原料气时，将从原料罐，气瓶或系统中输送的所有原料气都在单个高压下混合后进入喷嘴。使用活塞，旋片，罗茨鼓风机或涡旋式机械泵等将低压源压缩至等于高压源的压力可能会导致成核问题，例如由于低压源的最大压力，成核和冷凝而导致结垢或堵塞在机械压缩期间或压缩之后但在进入喷嘴之前。

发明内容

本发明目的是，提出一种用于使用包括至少一个低压源的多个气体源形成气体团簇离子束的设备和方法。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个特定细节的情况下，或者在具有其他替换和/或附加方法，材料或组件的情况下实践各种实施例。在其他情况下，未详细示出或描述公知的结构，材料或操作，以避免使本发明的各个实施例的各方面不清楚。类似地，出于解释的目的，阐述了具体的数字，材料和配置，以便提供对本发明的透彻理解。然而，可以在没有具体细节的情况下实践本发明。此外，应当理解，附图中所示的各种实施例是说明性表示，不一定按比例绘制。

在整个说明书中，对“一个实施例”或“一个实施例”的引用是指结合该实施例描述的特定特征，结构，材料或特性包括在本发明的至少一个实施例中，但并不表示它们。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”或“在一个实施例中”不一定是指本发明的同一实施例。在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式组合材料或特性，在其他实施例中，可以包括各种附加的层和/或结构和/或可以省略所描述的特征。

本发明技术方案是，一种形成具有多个气体源的气体团簇离子束的方法，包括：提供减压外壳；使用静态泵将低压过程源和高压稀释剂源混合以形成混合源，其中低压过程源到静态泵的输送压力大于约5托而小于约5托高压稀释气体至静态泵的输送压力大于约5巴且小于约30巴。使用混合源产生气体团簇射流，该混合源包括在减压外壳内的多个气体团簇；