一种多喷嘴气体簇离子束处理系统及操作方法技术方案

一种多喷嘴气体簇离子束处理系统及操作方法，采用气体团簇离子束(GCIB)照射衬底的方法，基于一种GCIB处理系统，所述系统包括一组至少两个用于形成和发射气体团簇束的喷嘴；将待处理的衬底加载到GCIB处理系统中；用至少两个喷嘴组形成的第一GCIB照射衬底上的至少一个区域；用至少第一与第二两个喷嘴组形成的第二GCIB照射衬底上的至少一个区域，其中，第一GCIB和第二GCIB沿着第一GCIB和第二GCIB共同的离子束轴指向；其中，所述GCIB处理系统还包括气体分离器，以及至少一个与第一喷嘴组以及与不同于所述第一喷嘴的第二喷嘴组连通的气体供应。体供应。体供应。

【技术实现步骤摘要】
一种多喷嘴气体簇离子束处理系统及操作方法


[0001]本专利技术涉及一种利用气体团簇离子束(GCIB)对衬底进行辐射的具有多个喷嘴的系统，以及利用该多喷嘴GCIB处理系统对衬底进行辐射的衬底的辐射方法。

技术介绍

[0002]气体团簇离子束(GCIB's)用于掺杂，蚀刻，清洁，平滑以及在衬底上生长或沉积层。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材料聚集体。这样的气体团簇可能由聚集在一起的聚集体组成，这些聚集体包括几到数千个分子或更多。气体团簇可以通过电子轰击而电离，从而使气体团簇形成可控能量的定向束。这些簇离子通常各自携带正电荷，该正电荷由电荷量的大小与代表簇离子的电荷状态的整数之或大于1的整数乘积给出。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。离子团簇在与基底碰撞时崩解。特定的分解离子簇中的每个分子仅携带总簇能量的一小部分。因此，大型离子簇的冲击效应很大，但仅限于非常浅的表面区域。这使气体簇离子对多种表面改性过程均有效，但不会产生传统离子束处理所特有的更深的亚表面损伤。
[0003]常规的簇离子源产生的簇离子具有宽的尺寸分布，其随每个簇中的分子数量成比例地达到数千个分子。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。带有小孔的气体分离器会从这种膨胀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(例如氦气，氖气，氩气，氪气，氙气，氮气，氧气，二氧化碳，六氟化硫，一氧化氮，一氧化二氮以及这些气体的混合物)中产生簇束。在工业规模上对衬底进行GCIB处理的一些新兴应用是在半导体领域。尽管衬底的GCIB处理是使用多种气体簇源气体(其中许多是惰性气体)进行的，但许多半导体处理应用仍使用反应性气体，有时将它们与惰性或稀有气体组合或混合，以形成GCIB。某些气体或气体混合物的组合物由于它们的反应性而不相容，因此需要一种克服不相容性问题的GCIB系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是，提出具有用于利用气体团簇离子束(GCIB)照射衬底的多个喷嘴的组件和系统，以及涉及使用多喷嘴GCIB处理系统照射衬底以处理衬底上的层的相关方法。此外，本专利技术涉及一种具有多个喷嘴的组件和系统，所述多个喷嘴用于使用GCIB辐照衬底，并且涉及使用多个喷嘴GCIB处理系统依次辐照衬底以处理衬底上的层的相关方法。
[0005]本专利技术的技术方案：一种多喷嘴气体簇离子束处理系统及操作方法，采用气体团簇离子束(GCIB)照射衬底的方法，基于一种GCIB处理系统，所述系统包括一组至少两个用于形成和发射气体团簇束的喷嘴；将待处理的衬底加载到GCIB处理系统中；用至少两个喷嘴组形成的第一GCIB照射衬底上的至少一个区域；用至少第一与第二两个喷嘴组形成的第二GCIB照射衬底上的至少一个区域，其中，第一GCIB和第二GCIB沿着第一GCIB和第二GCIB
共同的离子束轴指向；
[0006]其中，所述GCIB处理系统还包括气体分离器，以及至少一个与第一喷嘴组以及与不同于所述第一喷嘴的第二喷嘴组连通的气体供应，第一和第二喷嘴组至少包括一个喷嘴，并且其中至少两个喷嘴组中的每个喷嘴配置为形成和发射气体团簇束，以及至少一个喷嘴组两个喷嘴布置成彼此紧密接近，并且能够至少部分地将从至少两个喷嘴组发射的离子气体簇束中的每个气体束沿离子束轴线聚到气体分离器中；所述至少一个气体供应包括：与第一喷嘴组连通的第一气体供应；第二气体供应源与第二喷嘴组连通；所述第一GCIB照射所述衬底上的至少一个区域包括：使来自至少一个气体供应源的第一气体混合物流经至少第一喷嘴组，以形成第一离子气体簇束，将第一离子气体簇束沿束轴引导通过气体分离器，然后将第一离子气体簇束电离形成第一GCIB，并将第一GCIB朝向衬底加速；所述第二GCIB照射衬底上的至少一个区域，包括：使来自至少一个气体供应源的第二气体混合物流经至少第二喷嘴组，以形成第二离子气体簇束，将第二离子气体簇束沿离子束轴引导通过气体分离器，然后电离第二离子气体簇束形成第二GCIB，并使第二GCIB朝向衬底加速。
[0007]其中，所述第一GCIB和所述第二GCIB具有相同的原子和/或分子成分；或所述第一GCIB和所述第二GCIB具有不同的原子和/或分子成分。
[0008]其中，所述第一GCIB和所述第二GCIB包括选自由H，B，C，Si，Ge，N，P，As，O，S，F，C1组成的组中的一个或多个元素，Br，He，Ne，Ar，Kr或Xe。
[0009]其中，对于所述第一GCIB和所述第二GCIB，选自停滞压力和停滞温度的一个或多个气体供应参数相同或不同。其中，对于第一GCIB和第二GCIB，选自束能量、束能量分布、束聚焦和束剂量的一个或多个过程参数相同或不同的。
[0010]所述第一GCIB照射所述衬底上的至少一个区域在其上的一层对所述衬底执行选自掺杂，生长，沉积，蚀刻，平滑，非晶化或改性的组中的一个或多个工艺；并用所述第二GCIB照射所述衬底上的至少一个区域在其上一层对所述衬底执行选自掺杂，生长，沉积，蚀刻，平滑，非晶化或改性的组中的一个或多个工艺；同时用第一GCIB照射至少一部分衬底，并用第二GCIB照射至少一部分衬底。
[0011]顺序执行包括在用所述第一GCIB照射所述衬底的至少一部分与用所述第二GCIB照射所述衬底的至少一部分之间的部分重叠；所述顺序第二照射与所述顺序第一照射部分重叠。
[0012]交替且顺序地用第一GCIB照射衬底的至少一部分和用第二GCIB照射衬底的至少一部分。
[0013]所述GCIB处理系统还包括气体分离器，以及至少一个与第一喷嘴组以及与不同于所述第一喷嘴组的第二喷嘴子流体连通的气体供应，第一和第二喷嘴组，每个喷嘴组包括至少两个喷嘴组中的至少一个喷嘴，并且其中至少两个喷嘴组中的每个喷嘴均配置为形成和发射具有离子气体簇束轴的离子气体簇束，所述至少两个喷嘴的集合成一定角度，以使每个离子气体簇束轴线朝向单个相交点会聚，并且将一个或多个离子气体簇束沿束轴线引导到气体分离器中。
[0014]提供一种具有至少两个用于形成和发射气体团簇束的喷嘴的GCIB处理系统；将要处理的衬底装载到GCIB处理系统中；依次地，首先，使用在至少两个喷嘴组中的第一喷嘴组形成的第一GCIB辐照在衬底上的至少一个区域；然后依次地，使用在衬底上形成的第二
GCIB辐照在衬底上的至少一个区域；或者至少两个喷嘴组中的第二喷嘴组与第一喷嘴组不同。
[0015]根据一个实施例，提供了一种用GCIB照射衬底的方法。该方法包括提供GCIB处理系统，该GCIB处理系统包括用于形成和发射气体团簇束的一组至少两个喷嘴。该方法还包括：将待处理的衬底装载到GCIB处理系统中；用至少两个喷嘴的组形成的第一GCIB照射衬底上的至少一个区域；以及用第二照射衬底上的至少一个区域。使用至少两个喷嘴的组形成的GCIB，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多喷嘴气体簇离子束处理系统及操作方法，其特征是，采用气体团簇离子束(GCIB)照射衬底的方法，基于一种GCIB处理系统，所述系统包括一组至少两个用于形成和发射气体团簇束的喷嘴；将待处理的衬底加载到GCIB处理系统中；用至少两个喷嘴组形成的第一GCIB照射衬底上的至少一个区域；用至少第一与第二两个喷嘴组形成的第二GCIB照射衬底上的至少一个区域，其中，第一GCIB和第二GCIB沿着第一GCIB和第二GCIB共同的离子束轴指向；其中，所述GCIB处理系统还包括气体分离器，以及至少一个与第一喷嘴组以及与不同于所述第一喷嘴的第二喷嘴组连通的气体供应，第一和第二喷嘴组至少包括一个喷嘴，并且其中至少两个喷嘴组中的每个喷嘴配置为形成和发射气体团簇束，以及至少一个喷嘴组两个喷嘴布置成彼此紧密接近，并且能够至少部分地将从至少两个喷嘴组发射的离子气体簇束中的每个气体束沿离子束轴线聚到气体分离器中；所述至少一个气体供应包括：与第一喷嘴组连通的第一气体供应；第二气体供应源与第二喷嘴组连通；所述第一GCIB照射所述衬底上的至少一个区域包括：使来自至少一个气体供应源的第一气体混合物流经至少第一喷嘴组，以形成第一离子气体簇束，将第一离子气体簇束沿束轴引导通过气体分离器，然后将第一离子气体簇束电离形成第一GCIB，并将第一GCIB朝向衬底加速；所述第二GCIB照射衬底上的至少一个区域，包括：使来自至少一个气体供应源的第二气体混合物流经至少第二喷嘴组，以形成第二离子气体簇束，将第二离子气体簇束沿离子束轴引导通过气体分离器，然后电离第二离子气体簇束形成第二GCIB，并使第二GCIB朝向衬底加速。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，其中，所述第一GCIB和所述第二GCIB具有相同的原子和/或分子成分；或所述第一GCIB和所述第二GCIB具有不同的原子和/或分子成分。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，其中，所述第一GCIB和所述第二GCIB包括选自由H，B，C，Si，Ge，N，P，As，O，S，F，C1组成的组中的一个或多个元素，Br，He，Ne，Ar，Kr或Xe。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，其中，对于所述第一GCIB...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹路，刘翊，张同庆，
申请(专利权)人：江苏集创原子团簇科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：