(57)【要約】低圧プロセスソース（５３５）を用いてガスクラスタイオンビーム（１２８）を生成するガスクラスタイオンビーム装置（１００）及び方法の実施形態について、一般に、開示されている。一実施形態においては、低圧プロセスソース（５３５）は、混合ソースを生成するようにスタティックポンプ（５００）において高圧希釈ソース（５１２）と混合され、その混合ソースから、ガスクラスタイオンビームを生成するようにガスクラスタ噴射（１１８）が生成される。他の実施形態についても詳述されている。
2010522416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のガスソースによりガスクラスタイオンビームを生成する方法であって：
減圧エンクロージャを備える段階；
混合ソースを生成するようにスタティックポンプを用いて低圧プロセスソース及び高圧希釈ソースを混合する段階；
前記減圧エンクロージャ内で複数のガスクラスタを有する前記混合ソースを用いてガスクラスタ噴射を生成する段階；
前記減圧エンクロージャ内にイオン化領域を与える段階；及び
ガスクラスタイオンビームを生成するように前記ガスクラスタ噴射において前記ガスクラスタの少なくとも一部をイオン化する前記イオン化領域を通るように前記ガスクラスタ噴射を方向付ける段階；
を有する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記低圧プロセスソースを計測する段階を更に有する、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記低圧プロセスソース及び前記高圧希釈ソースを混合する段階に先行して、前記高圧希釈ソースを冷却する段階を更に有する、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記低圧プロセスソースは、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イットリウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、ルテチウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金及びそれらの組み合わせを有する群から選択された遷移金属を有する有機金属化合物である。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記低圧プロセスソースは加熱経路を用いて前記スタティックポンプに供給される、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記スタティックポンプは、ベンチュリ式真空ポンプ、多段式イジェクタ、イダクタ、対向式ジェット装備ミキシングチャンバを有する群から選択される、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記混合ソースの圧力は実質的に１乃至５ｂａｒの範囲内にある、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記スタティックポンプへの前記低圧プロセスソースの供給圧力は約５ｔｏｒｒ乃至約５ｂａｒの範囲内にあり、前記スタティックポンプへの前記高圧希釈ガスの供給圧力は約５ｂａｒ乃至約３０ｂａｒの範囲内にある、方法。
【請求項９】
低圧プロセスソース；
高圧希釈ソース；
前記低圧プロセスソース及び前記高圧希釈ソースを混合するために前記低圧プロセスソース及び前記高圧希釈ソースに流体的に結合されたスタティックポンプ；
前記スタティックポンプに流体的に結合された入口端及び出口端を有するイオン化器であって、前記入口端及び前記出口端は、前記入口端及び前記出口端からイオン化領域の一部を規定し、前記イオンか領域を通ってガスクラスタを有するガスクラスタ噴射が軸に沿って方向付けられる、イオン化器；並びに
前記イオン化領域に電子を供給する電子ソースであって、前記電子はガスクラスタイオンビームを生成するように前記ガスクラスタの少なくとも一部をイオン化する、電子ソース；
を有するガスクラスタイオンビームシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のガスクラスタイオンビームシステムであって、マスフローコントローラ、動作可能なマイクロバルブ要素及びフローコントロールバルブと結合されたフローメータを含む群から選択されたガス流計測装置を更に有する、ガスクラスタイオンビームシステム。
【請求項１１】
請求項９に記載のガスクラスタイオンビームシステムであって、前記スタティックポンプにより前記低圧プロセスソース及び前記高圧希釈ソースを混合することに先行して前記高圧希釈ソースを冷却する冷却システムを更に有する、ガスクラスタイオンビームシステム。
【請求項１２】
請求項９に記載のガスクラスタイオンビームシステムであって、前記低圧プロセスソースを供給する加熱アンプルを更に有する、ガスクラスタイオンビームシステム。
【請求項１３】
請求項９に記載のガスクラスタイオンビームシステムであって、前記低圧プロセスソースを供給する内部調節キャニスタを更に有する、ガスクラスタイオンビームシステム。
【請求項１４】
請求項９に記載のガスクラスタイオンビームシステムであって、前記スタティックポンプは、ベンチュリ式真空ポンプ、多段式イジェクタ、イダクタ、対向式ジェット装備ミキシングチャンバを有する群から選択される、ガスクラスタイオンビームシステム。
【請求項１５】
請求項９に記載のガスクラスタイオンビームシステムであって、前記混合ソースの圧力は実質的に１乃至５ｂａｒの範囲内にある、ガスクラスタイオンビームシステム。
【請求項１６】
請求項９に記載のガスクラスタイオンビームシステムであって、前記スタティックポンプへの前記低圧プロセスソースの供給圧力は約５ｔｏｒｒ乃至約５ｂａｒの範囲内にあり、前記スタティックポンプへの前記高圧希釈ガスの供給圧力は約５ｂａｒ乃至約３０ｂａｒの範囲内にある、ガスクラスタイオンビームシステム。
【請求項１７】
低圧プロセスソース；
高圧希釈ソース；
ソース混合物を生成するように前記低圧プロセスソース及び前記高圧希釈ソースを混合するために前記低圧プロセスソース及び前記高圧希釈ソースに流体的に結合されたスタティックポンプ；
減圧エンクロージャ；並びに
複数のガスクラスタを有するガスクラスタ噴射を前記ソース混合物から生成する前記スタティックポンプに流体的に結合された、前記減圧エンクロージャ内のノズル；
を有するマルチソースガスクラスタイオンビームシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のマルチソースガスクラスタイオンビームシステムであって、マスフローコントローラ、動作可能マイクロバルブ要素及びフローコントロールバルブに結合されたフリーメータを含む群から選択されたガス流計測装置を更に有する、マルチソースガスクラスタイオンビームシステム。
【請求項１９】
請求項１７に記載のマルチソースガスクラスタイオンビームシステムであって、前記スタティックポンプにより前記低圧プロセスソース及び前記高圧希釈ソースを混合することに先行して前記高圧希釈ソースを冷却する冷却システムを更に有する、マルチソースガスクラスタイオンビームシステム。
【請求項２０】
請求項１７に記載のマルチソースガスクラスタイオンビームシステムであって、前記低圧プロセスソースを供給する加熱アンプルを更に有する、マルチソースガスクラスタイオンビームシステム。
【請求項２１】
請求項１７に記載のマルチソースガスクラスタイオンビームシステムであって、前記低圧プロセスソースを供給する内部調節キャニスタを更に有する、マルチソースガスクラスタイオンビームシステム。
【請求項２２】
請求項１７に記載のマルチソースガスクラスタイオンビームシステムであって、前記混合ソースの圧力は実質的に１乃至５ｂａｒの範囲内にある、マルチソースガスクラスタイオンビームシステム。
【請求項２３】
請求項１７に記載の１７に記載のマルチソースガスクラスタイオンビームシステムであって、前記低圧プロセスソースの圧力は約５ｔｏｒｒ乃至約５ｂａｒの範囲内にあり、前記高圧希釈ガスの圧力は約５ｂａｒ乃至約３０ｂａｒの範囲内にある、マルチソースガスクラスタイオンビームシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、一般に、半導体集積回路の製造の分野に関し、より詳細には、複数のガスソースを用いてガスクラスタイオンビームを生成する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面をエッチングする、クリーニングする及び平滑化するためにガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）を用いることが、当該技術分野において知られている。ＧＣＩＢはまた、気化した炭素質材料からの薄膜の堆積を支援するように用いられてきている。この説明の目的のためには、ガスクラスタは、室温及び常圧の条件下でガスである材料のナノサイズの集合体である。そのようなクラスタは、クラスタを形成するように緩やかに結合した数分子乃至数千分子又はそれ以上から成る集合体から成ることが可能である。それらのクラスタは、電子の衝突によりイオン化されることが可能であり、それらのイオン化されたクラスタは制御可能なエネルギーの指向性ビームを生成されることが可能である。そのようなイオンの各々は、典型的には、ｑｅ（ｅは電荷の大きさであり、ｑはクラスタイオンの帯電状態を表す１乃至５、６までの整数である）の正電荷を担持する。より大きいサイズのクラスタイオンはしばしば、クラスタイオン当たり多大なエネルギーを担持するそれらの能力のために最も有用である一方、分子当たり僅かなエネルギーしか有さない。それらのクラスタは衝突により分解し、個々の分子は、全クラスタエネルギーのほんの僅かな割合のみを担持している。従って、大きいクラスタの衝突の影響はかなり大きいが、かなり狭い表面領域に限定されるものである。このことは、より深い表面化の損傷をもたらす傾向を有することなく、種々の表面改質処理についてガスクラスタイオンを有効にし、そのことが従来のイオンビーム処理の特徴である。
【０００３】
現在利用可能なクラスタイオンソースは、サイズＮの広い分布、即ち、最大数千のＮ（ここで、Ｎ＝各々のクラスタにおける分子数）を有するクラスタイオンを生成する。原子（又は、分子）のクラスタが、ノズルから真空中への高圧ガスの断熱膨張における個々のガス原子の凝縮により生成されることが可能である。小さいアパーチャを有するスキマーは、コリメートされたクラスタビームを生成するようにこの広がったガス流の中心からの拡散ストリームを剥離する。種々のサイズの中性のクラスタが生成され、ファンデルワールス力として知られている弱い内部力により共に拘束されている。この方法は、アルゴン、酸素、窒素、三フッ化窒素、六フッ化硫黄、ジボラン、三フッ化ホウ素及びゲルマン等の種々のガスからクラスタビームを生成するように用いられてきている。
【０００４】
工業的規模で被処理物を処理するＧＣＩＢについての幾つかの新しいアプリケーションが半導体分野にはある。被処理物のＧＣＩＢ処理は、多様なガスクラスタソースガスであって、それらのガスの多くは不活性ガスである、ガスクラスタソースガスを用いて行われるが、多くの半導体処理アプリケーションにおいては、ＧＣＩＢの生成において、ときどき不活性ガス又は希ガスと組み合わせて又は混合して、反応性ソースガスを用いることは好ましいことである。ソースガスの組み合わせを用いるとき、ソースキャニスタ、ソースシリンダ又はソースシステムから供給されるソースガス全てが、ノズルへの入射のために単一に高圧で混合される。ピストン、回転翼、ルーツブロア、スクロール型機械ポンプ等の高圧ソースに等しい圧力に低圧ソースを圧縮することにより、機械的圧縮中に又は圧縮の後であるがノズルに入射する前に、低圧ソースの核化及び凝縮のために付着又はプラギング等のソースの問題に繋がる可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
少なくとも１つの低圧ソースを有する複数のガスソースを用いる、ガスクラスタイオンビームを生成する装置及び方法について、複数の実施形態において詳述する。しかしながら、当業者は、１つ又はそれ以上の特定の詳細を有することなく、又は他の代替の及び／又は付加的な方法、材料又は構成要素を有することにより、種々の実施形態を実行することが可能であることを理解することができる。他の実施例においては、既知の構造、材料又は処理について、本発明の種々の実施形態の特徴について分かり難くすることを回避するように、図示していない又は詳述していない。同様に、説明目的で、本発明の全体的な理解を与えるように、特定の数、材料及び構成について記載している。それにも拘わらず、本発明は、特定の詳細なしに実行することが可能である。更に、図に示されている種々の実施形態は例示であり、そしてスケーリングして描く必要がないことを理解することができる。
【０００６】
本明細書全体を通して“一実施形態”又は“実施形態”と表現することは、実施形態に関連して詳述される特定の特徴、構造、材料又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれるが、それらが全ての実施形態に存在するのではないことを意味する。それ故、本明細書全体を通しての種々の場所における表現“一実施形態においては”又は“実施形態においては”が現れることは、本発明の同じ実施形態を必ずしも説明していない。更に、特定の複数の特徴、構造、材料又は特性が、１つ又はそれ以上の実施形態における何れかの適切な方式で組み合わされることが可能である。種々の付加的な層及び／又は構造が含まれることが可能であり、並びに／若しくは、記載されている特徴が他の実施形態で省略されることが可能である。
【０００７】
種々の動作については、本発明を理解する上で最も有用であるように、複数の別個の動作として記載されている。しかしながら、記載の順序は、それらの動作が順序依存性であることを意味するように必ずしも構成されていない。特に、それらの動作は、提示した順序で実行される必要がないものとなっている。記載されている複数の動作は、記載されている実施形態と異なる順序で実行されることが可能である。種々の付加的な動作が実行される及び／又は記載されている複数の動作は付加的な実施形態において省略されることが可能である。
【０００８】
低圧プロセスソースを含む複数のガスソースを用いてガスクラスタイオンビームを生成する一般的な要請が存在している。低圧プロセスソースを用いてガスクラスタイオンビームを生成することにより、高圧ソースは、ノズルにおいて所望の圧力低下をもたらす一方、スタティックポンプを用いて低圧プロセスソースを組み込むように用いられることが可能である。複数のガスソースによりガスクラスタイオンビームを生成する方法の一実施形態は減圧エンクロージャを備える段階を有することが可能である。低圧プロセスソース及び高圧希釈ソースが、混合ソースを構成するようにスタティックポンプを用いて混合される。ガスクラスタ噴射が、減圧エンクロージャ内に複数のガスクラスタを有する組み合わせソースを用いて生成される。減圧エンクロージャ内のイオン化領域がまた、備えられる。ガスクラスタ噴射は、ガスクラスタイオンビームを生成するようにガスクラスタ噴射の状態でガスクラスタの少なくとも一部をイオン化するイオン化領域を通って方向付けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来技術のＧＣＩＢプロセス装置の基本的構成要素を示す図である。
【図２】ガスクラスタ噴射をイオン化する従来のガスクラスタイオン化器の一部を示す図である。
【図３】従来技術の多段階真空ポンプ又は排出器を示す図である。
【図４】従来技術の多段階真空ポンプ又は排出器を示す図である。
【図５】異なる圧力で複数のガスソースを用いるＧＣＩＢノズルに混合ソースを供給する供給システムを示す図である。
【図６】低圧プロセスソースを用いてガスクラスタイオンビームを生成する方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、従来技術において知られている様式のＧＣＩＢプロセス装置１００についての構成を示し、その構成については、次のように説明することができる。即ち、真空容器１０２は３つの連通室、即ち、減圧エンクロージャを備えるように、ソースチャンバ１０４、イオン化／加速チャンバ１０６及びプロセスチャンバ１０８に分割されている。それらの３つのチャンバは、真空ポンプシステム１４６ａ、１４６ｂ及び１４６ｃのそれぞれにより適切な動作圧力に真空引きされる。一実施形態においては、ソースチャンバ１０４の動作圧力は実質的に、０．００１乃至０．００００１Ｔｏｒｒの範囲内にある。
【００１１】
ガス収容シリンダ１１１内に収容された蓄積圧縮可能ソースガス１１２（例えば、アルゴン又は酸素）は、ガス計測バルブ１１３及びガス供給管１１４を介して滞留チャンバ１１６に圧力をかけられて収容され、適切な形状のノズル１１０を介して十分に低い圧力の真空中に噴射される。超音速ガス噴射１１８が得られる。その噴射における広がりからもたらされる冷却は、ガス噴射１１８の一部がクラスタに凝縮するようにし、各々のクラスタは数個乃至数千個の弱く結合した原子又は分子から成る。ガススキマーアパーチャ１２０は、高圧が有害である下流領域（例えば、イオン化器１２２、サプレッサ電極１４２及びプロセスチャンバ１０８）において圧力を最低化するようにそのクラスタ噴射から、クラスタ噴射に凝縮されていないガス分子に一部を分離する。適切な凝縮可能なソースガス１１２は、アルゴン、窒素、二酸化炭素、酸素、窒素、三フッ化物、他のガス及び／又は混合ガスを含むが、それらに限定されるものではない。
【００１２】
ガスクラスタを有する超音速ガス噴射１１８が生成された後、そのクラスタはイオン化器１２２を用いてイオン化される。イオン化器１２２は、ガスクラスタを有するガス噴射１１８がその噴射の軸に沿って方向付けられるイオン化領域を部分的に規定する入口端１２２ａ及び出口端１２２ｂを有する。イオン化器１２２は、代表的には、１つ又はそれ以上の白熱フィラメント１２４から熱電子を生成し、それらの熱電子を加速して方向付ける電子衝突イオン化器であり、噴射がイオン化器１２２内を通る場合に、電子をガス噴射１１８におけるガスクラスタと衝突させる。電子のガスクラスタとの衝突は、それらのクラスタから電子を出射させ、それにより、クラスタの一部を正にイオン化するようにする。一部のクラスタは、２つ以上の出射された電子を有することが可能であり、多重イオン化することが可能である。サプレッサ電極１４２及び接地電極１４４は、出口端１２２ｂにおいてイオン化器出射アパーチャ１２６からクラスタイオンを抽出し、それらのクラスタイオンを好ましいエネルギーに加速し（典型的には、数百Ｖ乃至数万Ｖの範囲内の加速電位で）、そしてＧＣＩＢ１２８を生成するようにそれらのクラスタイオンをフォーカシングする。ガスクラスタを有する超音速ガス噴射１１８は、ＧＣＩＢ１２８の軸と実質的に同じ軸を有する。フィラメント電源１３４は、クラスタイオンを生成するようにガス噴射１１８を有するクラスタに熱電子が衝突するようにフィラメント１２４から出射された熱電子を加速するアノード電圧ＶＡを供給する。抑制電源１３８は、サプレッサ電極１４２にバイアスを掛ける抑制電圧ＶＳを供給する。加速電源１４０は、ＶＡｃｃに等しい全ＧＣＩＢ加速電位をもたらすようにサプレッサ電極１４２及び接地電極１４４に対してイオン化器１２２にバイアスを掛けるように加速電圧ＶＡｃｃを供給する。サプレッサ電極１４２は、イオン化器１２２のイオン化器出射アパーチャ１２６からイオンを抽出し、不所望の電子が下流からイオン化器１２２に入ることを回避し、フォーカシングされたＧＣＩＢ１２８を形成する役割を果たす。
【００１３】
ＧＣＩＢプロセスにより処理されるようになっている半導体ウェーハ又は他の被処理物であることが可能である被処理物１５２は、ＧＣＩＢ１２８の経路内に備えられることが可能である被処理物ホルダ１５０において保持されている。殆どのアプリケーションは大きい被処理物を検討し、空間的に均一な結果を有するようにするため、スキャンシステムにおいては、空間的に均一は被処理物の処理結果を得るように、固定ＧＣＩＢ１２８を介して大きい面積の被処理物１５２を均一にスキャンすることが好ましい。
【００１４】
Ｘ方向スキャンアクチュエータ２０２は、Ｘ方向スキャン運動２０８の方向（紙面に対して上下方向）への被処理物ホルダ１５０の線形運動を与える。Ｙ軸方向スキャンアクチュエータ２０４は、典型的には、Ｘ方向スキャン運動２０８に対して垂直方向にあるＹ方向スキャン運動２１０の方向への被処理物ホルダ１５０の線形運動を与える。Ｘ方向スキャン運動及びＹ方向スキャン運動の組み合わせは、被処理物１５２を処理するためにＧＣＩＢ１２８により被処理物１５２の表面の均一な（又はプログラムされた）照射をもたらすようにＧＣＩＢ１２８によるラスター状スキャン運動で、被処理物ホルダ１５０により保持された被処理物を移動させる。被処理物ホルダ１５０は、ＧＣＩＢ１２８が被処理物１５２の表面に対するビーム入射角２０６を有するように、ＧＣＩＢ１２８の軸に対してある角度にあるように被処理物１５２を配置する。ビーム入射角２０６は９０°又はある他の角度であるが、典型的には、９０°である又は略９０°である。Ｙ方向スキャン中、被処理物１５２及び被処理物ホルダ１５０は、示されている位置から、参照番号１５２Ａ及び１５０Ａで表されている、行ったり来たりする位置“Ａ”まで移動する。それらの２つの位置の間の移動において、被処理物１５２はＧＣＩＢ１２８によりスキャンされ、そして両者の極端位置において、ＧＣＩＢの経路から完全に外れるように移動される（オーバースキャンされる）。図１には明示的に示されていないが、類似するスキャン及びオーバースキャンが、（典型的である）直交するＸ方向スキャン運動２０８方向（紙面に対して直交する方向）において実行される。
【００１５】
ビーム電流センサ２１８は、被処理物ホルダ１５０がＧＣＩＢ１２８の経路から外れてスキャンされるときに、ＧＣＩＢ２１８のサンプルを傍受するように、ＧＣＩＢ１２８の経路内の被処理物ホルダ１５０を越えて配置される。ビーム電流センサ２１８は、典型的には、ビーム入射開口を除いて閉じているファラデーカップ等であり、そして典型的には、電気絶縁マウント２１２を有する真空容器１０２の壁に固定されている。
【００１６】
マイクロコンピュータベースの制御器であることが可能である制御器２２０は、ＧＣＩＢ１２８から外れずに又は外れて被処理物を位置付けて、及びＧＣＩＢ１２８により被処理物１５２の好ましい処理を行うようにＧＣＩＢ１２８に対して均一に被処理物１５２をスキャンするように、電気ケーブル２１６を介してＸ方向スキャンアクチュエータ２０２及びＹ方向スキャンアクチュエータ２０４に接続していて、Ｘ方向スキャンアクチュエータ２０２及びＹ方向スキャンアクチュエータ２０４を制御する。制御器２２０は、リード線２１４を介してビーム電流センサ２１８により収集されるサンプリングされるビーム電流を受け入れ、それにより、ＧＣＩＢをモニタし、所定の好ましいドーズが供給されたときに、ＧＣＩＢ１２８から被処理物１５２を外すことにより被処理物１５２により受け取られるＧＣＩＢドーズを制御する。
【００１７】
図２は、ガスクラスタ噴射をイオン化する従来技術のガスクラスタイオン化器の断面３００を示している。断面３００は噴射軸１２９を横断している。スキマーアパーチャ（１２０、図１）を出て、イオン化器（１２２、図１）に入るクラスタは、略ガスの音速特徴で移動する。典型的なガスクラスタのサイズ（２０００乃至１５０００原子）については、この音速特徴は、１３０乃至１０００ｅＶの運動エネルギーに相当する。そのような低エネルギーにおいて、イオン化器１２２内での空間電荷の中和からの何らかの逸脱は、ビーム電流のかなりの損失を伴う噴射の急速な爆発をもたらす。図２は、従来技術の自己中和イオン化器を示している。他の従来技術のイオン化器と同様に、ガスクラスタは電子衝突によりイオン化される。このデザインにおいては、熱電子（参照番号３１０で示している７つの例）が、マルチ線形熱イオンフィラメント３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃ（代表的には、タングステンである）から出射され、電子リペラ電極３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃ並びにビーム生成電極３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃにより与えられる適切な電界の作用により抽出されて、フォーカシングされる。熱電子３１０は、ガスクラスタ噴射及び噴射軸１２９を通過し、次いで、低エネルギーの二次電子（例示としての３１２、３１４及び３１６）を生成するように対向するビーム生成電極３０４ｂに衝突する。
【００１８】
（簡略化のために）図示していないが、線形熱イオンフィラメント３０２ｂ及び３０２ｃはまた、低エネルギーの二次電子を続いて生成する熱電子を生成する。二次電子全てが、空間電荷の中和を維持するように必要な正にイオン化されたガスクラスタ噴射に引き付けられる低エネルギーの電子を供給することにより、イオン化されたクラスタ噴射が空間電荷の中和を維持することを保証する役割を果たす。ビーム形成電子３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃは、線形熱イオンフィラメント３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃに対して正にバイアスをかけられ、電子リペラ電極３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃは、線形熱イオンフィラメント３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃに対して負にバイアスを掛けられる。絶縁体３０８ａ、３０８ｂ、３０８ｃ、３０８ｄ、３０８ｅ及び３０８ｆは、電極３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃを電気的に絶縁し、支持している。この自己中和化イオン化器はかなり有効であり、１０００μＡのアルゴンによるＧＣＩＢを得ることができる。図２の自己中和化イオン化器の主な制約は、イオン化処理中のガスクラスタからもたらされるガスが内部圧力の上昇をもたらすことである。腐食性ガス、特に、酸素中の六フッ化窒素を用いる場合、種々のイオン化器の部品、特に、線形熱イオンフィラメント３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃのアタックをもたらす。従って、フィラメントの寿命は短くなり、許容できない金属汚染が、ＧＣＩＢにより処理される被処理物上にもたらされる。
【００１９】
図３は、ハウジング３２０を有する従来技術のイジェクタであって、イジェクタノズル３２５、３３０、３３５及び３４０は、ポート３５０、３５５、３６０及び３６５のそれぞれを介してチャンバ３４５と別個に連通している中間ギャップと直列に支持されている、イジェクタを示している。図３においては、イジェクタ３２１は、非動作モードで示されている。図４においては、イジェクタ３２１は、チャネル内に加速される空気により駆動され、その図の左側から右側にノズルを通って方向付けられ、それにより、圧力低下が、ノズル間のギャップで生じる。図４においては、それらのギャップに亘る全圧力低下は、イジェクタノズル３２５と３３０との間のギャップにおける圧力低下に比べて低いレベルにチャンバ３４５内の圧力を低下させ、フラップバルブ４１０がポート３５０を閉状態にする。図３及び４の多段式イジェクタは、イジェクタ３２１により駆動される外部の装置に排気ポート４２０を介して接続されている。
【００２０】
加圧されたガスのソースはチャネル４００に接続され、そのチャネルは一端部で開状態であり、他端部で排気ポート４２０に繋がっている。加圧されたガスは、排気ポート４２０の方向に向けられたポンプチャンバの内部の軸方向に備えられたイジェクタジェット又はイジェクタノズル３２５、３３０、３３５及び３４０を通るように強制される。チャネル４００を通って、排気ポート４２０内への加圧されたガスの経路は、チャンバ３４５の開放端において吸気をもたらし、それ故、真空がチャンバ３４５の開放端においてもたらされ、その開放端に接続された低圧ガス又は蒸気はチャンバ３４５内に引き込まれ、イジェクタノズル３２５、３３０、３３５及び３４０からのガスと共に排気ポート４２０の方に方向付けられる。
【００２１】
本発明の一実施形態は、図５に示すように、プロセスソースを用いる希釈ガスの供給のためのシステムと、希釈ソースと、プロセスソースの調合のためのガス流測定装置と、ＧＣＩＢツールの実質的に低圧の真空滞留チャンバにおける適切に整形されたノズルに対して希釈されたプロセスソース混合物におけるプロセスソースの推定濃度を得るように希釈されたプロセスガス混合物を生成するためにプロセスソース及び希釈ソースを混合するように備えられているスタティックポンプとに基づいている。超音速ガス噴射が得られる。その噴射における広がりによりもたらされる冷却は、ガス噴射の一部がクラスタに凝縮するようにし、クラスタの各々は、数個乃至数千個の範囲の弱く結合した原子又は分子から成る。他の実施形態においては、ガス流測定装置は外されることが可能であり、プロセスソースの流れは、ガスクラスタイオンビームシステムについての混合ソースを生成する供給システムの測定なしでスタティックポンプの方に流れることが可能である。他の実施形態においては、複数の希釈ソース及び／又は複数の低圧プロセスソースを用いることが可能である。
【００２２】
混合ソースは、低圧プロセスソース５３５と組み合わされた高圧希釈ガス５１２を有する。高圧希釈ガス５１２は何れかの適切な種類であることが可能であり、単原子の又は２原子の単一成分組成及び多成分の希釈式を多様に有することが可能である。本発明の種々の実施形態における有望な適切な高圧希釈ガス５１２の例示には、窒素、アルゴン、ヘリウム、空気、クリプトン、キセノン、キセノンハロゲン化物、水素、酸素、アンモニア及びガス状の有機金属化合物がある。
【００２３】
ガス収容シリンダ５１５に収容された凝縮可能な高圧希釈ガス５１２（例えば、アルゴン又は酸素）が、加圧下でガス調節バルブ５７１及びガス供給管５０５を介してスタティックポンプ５００に供給される。冷却システムは、希釈ガスの温度を低下させ、その結果として圧力を低下させるように用いられることが可能である。例えば、ガス収容シリンダ５１５は任意に、高圧希釈ガス５１２の温度及び全圧を低下させるようにシリンダ収容冷却ループ５２０（冷却ユニット（図示せず））を用いて冷却されることが可能である。同様に、ガス供給管５０５が任意に、ガス供給管５０５における高圧希釈ガス５１２の温度及び全圧を低下させるようにガス冷却ループ５１０（冷却ユニット（図示せず））を用いて冷却されることが可能である。
【００２４】
低圧プロセスソース５３５は、何れかの適切な低圧ガス又は蒸気の種類を有することが可能であり、例えば、低圧ガス収容及び調合容器は、使用するために希釈される低圧プロセスソース５３５を収容することが可能である。一実施形態においては、低圧プロセスソース５３５は、吸着維持プロセスソース、蒸気生成加熱アンプルプロセスソース若しくは調節圧力ガス又は蒸気プロセスソース等の準大気圧プロセス収容及び調合を有する。吸着維持プロセスソース５３５は、ヒ化水素、四フッ化ホウ素、ホスフィン、四フッ化ゲルマニウム、セレン化水素、四フッ化リン、五フッ化ヒ素又は四フッ化珪素を有するＡＴＭＩ  ＳＤＳ（登録商標）Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙシリンダ等のプロセスソース５３５の調合のために物理吸着剤において維持される及びその物理吸着剤から選択的に脱着されるプロセスガスであることが可能である。
【００２５】
蒸気生成加熱アンプルプロセスソース５３５は、プロセスソース５３５として用いるために十分な蒸気圧を得るように加熱される固体又は液体を有する容器であることが可能である。一実施形態においては、低圧プロセスソースは、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イットリウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、ルテチウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金及びそれらの組み合わせを有する群から選択された遷移金属を有する有機金属化合物である。
【００２６】
調節された圧力ガス又は蒸気圧ソースは、スタティックポンプ５００へのプロセスソースの供給に先行して、例えば、ＶＡＣ（登録商標）ＡＴＭＩシリンダ等のシリンダ内部に又はそのシリンダの外部に位置付けられた調節バルブ又は複数の内部に位置付けられた小さい径の管等の調節装置により調節されるガス又は蒸気ソースを有する内部で調節されたキャニスタであることが可能である。一実施形態においては、調節された圧力ガス又は蒸気圧ソースは、ホウ素、三フッ化物、三フッ化窒素、一酸化炭素、四フッ化ゲルマニウム又はシランであることが可能である。更に、機械ポンプ（図示せず）のような圧縮装置が、所定温度における凝縮圧力より少し高い圧力に低圧プロセスソース５３５を圧縮し、スタティックポンプ５００に対して低圧プロセスソース５３５の供給圧力を増加するように、プロセスソース５３５とスタティックポンプ５００との間の供給ライン５２５に組み込まれることが可能である。
【００２７】
特定の実施形態においては、次により詳細に説明するように、ガス流計測装置５４５は、低圧プロセスソース５３５とスタティックポンプ５００を相互接続する供給ライン５２５におけるマスフローコントローラを有する。ガス流計測装置５４５は、例えば、マスフローコントローラ、プロセスソース供給からプロセスソース成分のかなり低い流量を分注するために動作可能であるマイクロバルブ要素、分注ラインにおけるフローコントロールバルブと結合されたフローメータ、又は低圧プロセスソース５３５の選択された流量を与えるのに有効である何れかの他の要素又はアセンブリを有する何れかの適切な種類であることが可能である。低圧プロセスソース５３５は、アンプルヒータ又はシリンダ加熱ジャケット等のソースヒータ５４０により任意に加熱されることが可能である。更に、供給ライン５２５は、低圧プロセスソース５３５がスタティックポンプ５００への供給に先立って凝縮しないように加熱経路を得るようにヒートブランケット５３０のような加熱装置により加熱されることが可能である。
【００２８】
混合ソース５５０を生成するために低圧プロセスソース５３５及び高圧希釈ガス５１２を混合するように備えられたスタティックポンプ５００は何れかの適切な種類であることが可能であり、それにより、低圧プロセスソース５３５及び高圧希釈ガス５１２は、例えば、下流の希釈ガス混合物消費プロセスへの流れについて、低圧プロセスソース５３５の推定濃度での送出のために互いに相互混合される。スタティックポンプ５００は、低圧プロセスソース５３５の核化及び／又は凝縮なしに混合ソース５５０を生成するように低圧プロセスソース５３５及び高圧希釈ガス５１２の混合をもたらす、例えば、ベンチュリ式真空ポンプ、多段式イジェクタ、イダクタ、対向式ジェット装備ミキシングチャンバ又は他の装置、構造若しくはアセンブリを有する。一実施形態においては、混合ソース５５０の圧力は、またスタティックポンプ５００の出口圧力及びノズル１１０における圧力に対応し、実質的には１乃至５ｂａｒの範囲内の圧力である。他の実施形態においては、混合ソースの圧力は１０乃至２０ｂａｒの範囲内の圧力である。
【００２９】
本発明に従って、混合ソースの供給圧力は、スタティックポンプ５００を通る高圧希釈ガス５１２の広がりのために、高圧希釈ガス５１２の供給圧力に比べて低い。更に、“低圧”及び“高圧”は、低圧プロセスソース５３５は高圧希釈ガス５１２に比べて低い圧力を有することを意味する。単なる例示として及び制限的でなく、スタティックミキサ５００への高圧希釈ガス５１２の供給圧力は少なくとも約５ｂａｒであることが可能であり、そして約３０ｂａｒ程度であることが可能である。更なる例示として及び制限的でなく、
低圧プロセスソース５３５の圧力が高圧希釈ガス５１２の圧力より低い場合には、スタティックミキサ５００への低圧プロセスソース５３５の供給圧力は少なくとも約５ｔｏｒｒ（０．０１ｂａｒ）であることが可能であり、そして約２５ｂａｒ程度であることが可能である。一実施形態においては、低圧プロセスソース５３５の圧力は約５ｔｏｒｒより高く、約５ｂａｒより低く、高圧希釈ガス５１２の圧力は約５ｂａｒより高く、約３０ｂａｒより低い。低圧プロセスソース５３５及び高圧希釈ガス５１２の実際の圧力は、低圧プロセスソースの供給温度、高圧希釈ガスの供給温度、スタティックポンプ５００のアーキテクチャ及び好ましい混合ソースの圧力に依存する。好ましい混合ソースの圧力に達するようにガスマニホールドを構成することは当業者の技能による。
【００３０】
過剰な圧力を用いて真空を得るスタティックポンプ５００については当該技術分野で知られている。意図された種類のイジェクタ、所謂、多段式イジェクタは、通常、ハウジング内で直列に配列された２つ又はそれ以上のノズルを有し、チャンバのような周囲の空間は各々のそれぞれのノズルに結合され、隣接するチャンバ間の仕切り壁を通って延びている。複数のノズルは、次第に増加する部分開口領域を有する貫通チャネルを与え、その貫通チャネルを通って、高速の空気流が、ノズル間に位置するスロットを通って、周囲のチャンバ内に空気又は他の媒体を搬送し、そのチャンバにおいて圧力の低下をもたらすように供給される。
【００３１】
３つ又はそれ以上のノズルが直列に結合されているとき、それぞれのチャンバは、通常、真空ポンプを外部装置に接続する結合手段を有する共通の空間又は外側の空間と流れが連通状態にある。例えば、可撓性舌形状の逆止めバルブが、特定の圧力差のときに、圧力を更に低下させるためにアクティブでなくなるチャンバと外側の空間との間のリークを回避するように流路内に備えられている。この既知の構成のイジェクタは、１つのイジェクタにおいて高真空流及び低真空レベルの両方を与えるように、異なる効率特定を有する、直列に結合された複数のノズルにより成ることが可能である。
【００３２】
本発明の一実施形態の希釈ガス供給システムにおける低圧プロセスソース５３５は、希釈プロセスソース混合物が供給されるようになっている特定の希釈プロセスソース混合物を用いるプロセスに依存して、何れかの適切な種類であることが可能である。そのガスは、表面のエッチング又は処理のための、又は代替として、薄膜を形成するための又は表面にドーパントを融合しないためのソース材料であるガスであることが可能である。希釈プロセスソース混合物を用いるプロセスは、従って、変更されることが可能であり、工業的プロセス（例えば、化学的気相堆積）、医用診断、研究開発、農業検定、希釈放射性物質治療剤を用いる体の治療等を多様に有することが可能である。
【００３３】
図６を参照するに、低圧プロセスソース５３５を用いてガスクラスタイオンビームを生成する方法の一実施形態を表すフローチャートを示している。参照番号６００においては、その方法は、減圧エンクロージャを備える段階を有する。参照番号６１０においては、その方法は、混合ソース５５０を生成するようにスタティックポンプ５００を用いて高圧希釈ソース５１２と低圧プロセスソース５３５を混合する段階を有する。参照番号６２０においては、その方法は、混合ソース５５０を用いて減圧エンクロージャ内のガスクラスタ噴射１１８を生成する段階であって、ガスクラスタ噴射１１８は複数のガスクラスタを有する、段階を有する。例えば、混合ソース５５０は、減圧エンクロージャ内のノズル１１０を通って方向付けられることが可能である。参照番号６３０においては、その方法は、減圧エンクロージャ内にイオン化領域を与える段階を有する。例えば、そのイオン化領域は、イオン化器１２２の入口端１２２ａ及び出口端１２２ｂにより一部が規定されることが可能であり、入口端１２２ａは、混合ソース５５０から生成されるガスクラスタ噴射１１８を受け入れるためにノズル１１０を介してスタティックポンプ５００に流体的に結合されている。電子ソース、例えば、フィラメント１２４又は複数のフィラメント３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃは、イオン化領域に電子を供給するために備えられることが可能である。段階６４０においては、その方法は、ガスクラスタイオンビーム１２８を生成するようにガスクラスタの少なくとも一部をイオン化するイオン化領域を通ってガスクラスタ噴射１１８を方向付ける段階を有する。
【００３４】
以上、低圧プロセスソースを有する、複数のガスソースを用いてガスクラスタイオンビームを生成する複数の実施形態について説明している。本発明の複数の実施形態についての上記説明は、例示及び説明目的で提示されている。開示されているまさにその形態に本発明を徹底するように又は限定するようには意図されていない。本明細書及び同時提出の特許請求の範囲においては、単に説明目的のみのために用いられ、限定的であるように解釈されるべきでない、左、右、上、下、上方、下方、上部、下部、第１、第２等の用語が記載されている。例えば、相対的な鉛直方向の位置を表す用語は、基板又は集積回路の装置側（又は、アクティブな面）がその基板の“上”  面である状態のことを表し、その基板は、基板の“上”側が通常の地球の基準系において“下”側に比べて下方であることが可能であるように、実際には何れの方位にあることが可能であるが、用語“上”の意味の範囲内にあることが可能である。本明細書（特許請求の範囲も含む）で用いられる用語“上の”は、第２層上の第１層は、そのように具体的に記載されない場合には、第２層上に直接接する及び第２層と隣接していることを意味するものではなく、第１層と第１層上の第２層との間に第３層又は他の層が存在し得る。本明細書で述べている装置又は物品の実施形態は、多くの位置及び方位で製造される、使用される又は出荷されることが可能である。
【００３５】
当業者は、上記の記載に鑑み、多くの修正及び変形が可能であることを理解することができる。当業者は、添付図に示している種々の構成要素について種々の同等の組み合わせ及び代替の存在について認識することができる。従って、本発明の範囲は、本明細書の記載に限定されるのでなく、同時提出の特許請求の範囲により限定されることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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