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气体团簇离子束 喷嘴组件

阅读：278发布：2020-05-11

专利汇可以提供气体团簇离子束喷嘴组件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且描述了一种用于执行各种材料的气体团簇离子束 (GCIB)蚀刻处理的喷嘴组件。具体地，喷嘴组件包括两个或更多个圆锥形喷嘴，这些圆锥形喷嘴对准成使得它们都用于产生同一GCIB。第一圆锥形喷嘴可以包括最初形成GCIB的喉部，并且第二喷嘴可以形成可附加至第一圆锥形喷嘴的较大圆锥形腔。可以在两个圆锥形喷嘴之间设置过渡区域，该过渡区域可以是大致圆柱形的并且略大于第一圆锥形喷嘴的最大直径。，下面是气体团簇离子束喷嘴组件专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种在气体团簇束(GCB)处理系统中使用的喷嘴组件，所述喷嘴组件包括：
供气歧管，所述供气歧管具有至少一个供气管道；
第一喷嘴部件，在所述第一喷嘴部件之中，形成至少一个圆锥形喷嘴的第一部分，所述第一部分从第一入口表面处的喷嘴喉部延伸至第一出口表面处的中间出口；
第二喷嘴部件，在所述第二喷嘴部件之中，所述至少一个圆锥形喷嘴的第二部分从第二入口表面处的中间入口延伸至第二出口表面处的喷嘴出口，所述第二喷嘴部件还包括凹腔，所述第一喷嘴部件插入到所述凹腔中，使得所述第一出口表面与所述第二入口表面配合，并且所述第一喷嘴部分与所述第二喷嘴部分对准以形成所述圆锥形喷嘴；以及密封构件，所述密封构件设置在所述第一喷嘴部件与所述供气歧管之间，使得在所述第二喷嘴部件附接至所述供气歧管时，所述第一喷嘴部件的所述第一入口表面压靠所述密封构件并且与所述供气歧管围绕所述至少一个供气管道的出口形成密封。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一喷嘴部件是由陶瓷构成的单件。
3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第二喷嘴部件由不锈钢构成。
4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述至少一个圆锥形喷嘴包括彼此平行且相邻地布置的一对喷嘴。
5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一喷嘴部分的中心线与所述第二喷嘴部分的中心线重合。
6.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一喷嘴部件的所述第一出口表面处的所述中间出口的直径等于或小于所述第二喷嘴部件的所述第二入口表面处的所述中间入口的直径。
7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一喷嘴部件的所述第一出口表面处的所述中间出口的直径小于所述第二喷嘴部件的所述第二入口表面处的所述中间入口的直径。
8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述第一喷嘴部件的所述中间出口的直径在从所述第二喷嘴部件的所述中间入口的直径的约50％至约100％的范围中。
9.一种在气体团簇束(GCB)处理系统中使用的喷嘴组件，所述喷嘴组件包括：
喷嘴部件，所述喷嘴部件包括：
至少一个圆锥形喷嘴；和
喷嘴喉部，所述喷嘴喉部接近所述至少一个圆锥形喷嘴的能够接收来自供气管道的气体的一端设置；
凹腔部件，所述凹腔部件包括：
腔，所述腔容纳所述喷嘴部件；
所述腔的第一开口，所述第一开口能够接收所述喷嘴部件或所述气体；
所述腔的第二开口，所述第二开口与所述第一开口相反并且能够接收来自所述至少一个圆锥形喷嘴的所述气体；以及
连续喷嘴，所述连续喷嘴包括圆锥形腔，所述圆锥形腔与所述至少一个圆锥形腔对准并且能够经由所述第二开口接收来自所述至少一个圆锥形喷嘴的所述气体，所述圆锥形腔具有比所述至少一个圆锥形喷嘴的任何直径都大的入口直径。
10.根据权利要求9所述的组件，其中，所述凹腔还包括设置在所述第二开口与所述连续喷嘴之间的过渡腔，所述过渡腔具有：
大致圆柱形形状，所述大致圆柱形形状包括所述气体从所述第二开口至所述连续喷嘴所流过的偏移长度；
比沿着所述至少一个圆锥形喷嘴的任何直径都大的直径。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述过渡腔的直径相较于所述至少一个圆锥形喷嘴的邻近所述过渡腔的一端的直径的差不大于1mm。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述偏移长度为不大于10mm的距离。
13.根据权利要求9所述的组件，还包括设置在所述喷嘴部件与所述供气歧管之间的密封构件。
14.根据权利要求9所述的组件，其中，所述至少一个圆锥形喷嘴包括彼此平行且相邻地布置的一对喷嘴。
15.根据权利要求14所述的组件，其中，所述凹腔包括所述腔的第三开口，所述第三开口与所述第二开口相邻并且与所述一对喷嘴中的一个喷嘴对准。
16.根据权利要求9所述的组件，其中，所述至少一个圆锥形喷嘴的特征在于具有在从约1.5度至约30.0度的范围中的半锥角。
17.根据权利要求9所述的组件，其中，所述喷嘴部件的长度与所述圆锥形喷嘴和所述连续喷嘴的总长度的长度之比在从0.40至0.99的范围内。
18.根据权利要求9所述的组件，其中，所述喷嘴喉部在从25μm至500μm的范围内。
19.根据权利要求9所述的组件，其中，两个或更多个喷嘴构造成产生目标GCB电流。
20.根据权利要求9所述的组件，其中，所述至少一个圆锥形喷嘴和所述连续喷嘴具有在从约20mm至约60mm的范围中的总长度。

说明书全文

气体团簇离子束 喷嘴组件

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 根据37C.F.R.§1.78(a)(4)，本申请要求于2014年8月5日提交的序列号为62/033,253的在先提交共同未决临时申请的权益和优先权，并且其明确地通过引用合并到本文中。

技术领域

[0003] 本发明涉及使用气体团簇离子束(GCIB)处理基片的系统和方法，并且更具体地涉及用于在基片上进行处理的改进的射束源及相关联的改进GCIB。

背景技术

[0004] 已知气体团簇离子束(GCIB)用于蚀刻表面、清洁表面以及使表面变平滑的用途(例如，参见Deguchi等人的美国专利NO.5,814,194)。GCIB一直还用于辅助由汽化的碳质材料进行的膜的沉积(例如，参见Yamada等人的美国专利NO.6,416,820)。

[0005] 出于本文讨论的目的，气体团簇可以是在标准温度和压力条件下为气态的材料的纳米级聚集体。这样的气体团簇可以包括松散地结合在一起的包括几个到几千个分子或更多分子的聚集体。气体团簇可以通过电子轰击被电离，从而允许气体团簇形成为定向的可控能量束。这种团簇离子各自通常携带由电子电荷的量值与表示团簇离子的电荷状态的大于或等于一的整数的乘积给出的正电荷。较大尺寸的团簇离子通常是最有用的，这是由于它们每个团簇离子能够携带大量能量，但每个单独的分子却仅具有适度能量。离子团簇在与工件撞击时碎裂。特别碎裂的离子团簇中的每个单独的分子携带总团簇能量的仅一小部分。因此，大离子团簇的撞击效应是相当大的，但是限于非常浅的表面区域。这使气体团簇离子对于各种表面改性过程有效，而没有产生作为常规离子束处理的特征的较深亚表面损伤的倾向。

[0006] 常规的团簇离子源产生具有与每个团簇中的分子数量成比例的宽尺寸分布的团簇离子，其中，每个团簇中的分子数量可以达到几千个分子。在高压气体从喷嘴到真空中的绝热膨胀期间，可以通过单独的气体原子(或分子)的凝结而形成原子团簇。具有小孔口的分流器将分散流从该膨胀气体流的核心剥离以生产准直的团簇束。通过称为范德华力的弱原子间力产生各种尺寸的中性团簇并且将各种尺寸的中性团簇保持在一起。该方法已经用于从诸如氦、氖、氩、氪、氙、氮、氧、二氧化碳、六氟化硫、一氧化氮、一氧化二氮和这些气体的混合物之类的各种各样的气体产生团簇束。因此，需要提供用于改进高电流GCIB工件处理系统中的射束稳定性的方法和装置。

发明内容

[0007] 本文描述了用于使用气体团簇离子束(GCIB)处理基片的喷嘴/分流器模块和改进的GCIB系统。

[0008] 喷嘴/分流器模块可以包括用以控制GCIB形成的内喷嘴元件和内分流器筒组件。喷嘴/分流器模块可以被预对准以相对于基片定位GCIB。喷嘴/分流器模块可以包括用以控制GCIB的气体团簇形成的喷嘴组件和分流器组件。

[0009] 根据另一实施方式，提供了一种改进的GCIB处理系统，其包括包含有喷嘴/分流器模块的源子系统、电离/加速子系统以及处理子系统。源子系统可以包括具有内部空间的源室，在内部空间中构造有喷嘴/分流器模块，电离/加速子系统可以包括电离/加速室，处理子系统可以包括处理室。改进的GCIB处理系统包括第一供气子系统、第二处理供气子系统、以及联接至喷嘴/分流器模块的第一泵送子系统。附图说明

[0010] 本发明在附图的图中作为示例而不是限制被图示出，在附图中：

[0011] 图1示出了根据本发明的实施方式的示例性喷嘴/分流器模块的简化框图；

[0012] 图2示出了根据本发明的实施方式的用于对准喷嘴/分流器模块并且用于改进的GCIB处理的测试GCIB系统的示例性构型；以及

[0013] 图3示出了根据本发明的实施方式的喷嘴/分流器模块的示例性构型的绘画视图。

[0014] 图4包括用于GCIB处理系统喷嘴组件的截面图。

[0015] 图5包括用于GCIB处理系统喷嘴组件的喷嘴部件的截面图示。

[0016] 图6包括用于GCIB处理系统的喷嘴部件中的两个喷嘴之间的过渡区域的截面图示。

具体实施方式

[0017] 通过本文下面描述的本发明的实施方式而实现本发明的上述目的以及另外的其它目的和优点。

[0018] 先前引用的参照文献(美国专利NO.5,814,194)中描述了用于形成以及加速这种GCIB的手段，其教导通过引用而合并到本文中。目前可获得的离子团簇源产生具有宽尺寸分布——N，多达数千的N——的团簇离子(其中，贯穿该整个讨论，N＝每个团簇中的分子数——在像氩这样的单原子气体的情况下，单原子气体的原子将被称为原子或分子，并且这种单原子气体的电离原子将被称为电离原子或分子离子，或简称为单体离子)。

[0019] 试图在GCIB处理系统中实现用于工件处理的稳定的高电流GCIB时，GCIB电离源的开发、射束空间电荷的管理以及工件充电的管理都是重要的开发领域。授予Dykstra的美国专利NO.6,629,508、授予Mack等人的美国专利NO.6,646,277、以及共同未决美国专利申请序列号10/667,006这些文献中所有文献的内容通过引用而合并到本文中，如同在本文中详细列出一样，每个文献描述了已经导致能够产生至少几百微安至一毫安或更多毫安的射束电流的GCIB束的这些领域中的几个领域的进展。然而，这些射束在一些情况下会表现出不稳定性，这种不稳定性可能限制它们在工业应用中的最佳使用。

[0020] 在典型的GCIB处理工具中，电离器和正被处理的工件各自通常容纳在分开的室中。这提供了对系统压力的更好控制。然而，即使具有优良的真空系统设计和装置的各个区域的差分隔离，携带大量气体的射束的主要困难领域在于压力可贯穿整个射束线增加。当GCIB击打目标区域时，射束的整个气体负载被释放，并且该气体中的一些气体影响了整个GCIB处理系统的真空室的压力。由于在GCIB的形成和加速中经常使用高电压，因此增加的射束线压力会导致形成电弧、放电以其它射束不稳定性。随着射束电流增大，通过该射束的气体输送增加，并且整个射束线的压力变得更难以管理。由于GCIB的与常规离子束相比贯穿整个射束线传输及释放大量气体的独特能力，使得与压力相关的射束不稳定性和放电对于高电流GCIB来说比对常规离子束来说更加是问题。在典型的GCIB离子源中，射束中的中性气体团簇通过电子轰击被电离。电离区域通常是相对较差的真空区域，并且通常相对于周围结构处于高电位。

[0021] 在其它实施方式中，GCIB系统可以用于产生气体团簇可不被电离的中性束。该气体团簇束(GCB)可以用于从基片移除残余物或膜。在某些实施方式中，GCIB可以具有非电离团簇并且可以修改本文公开的GCIB过程以增加用于GCB的非电离团簇的量。

[0022] 本发明使用喷嘴/分流器模块中的组合源、电子定位技术和隔离元件的组合来产生改进的GCIB并且减少在GCIB系统中出现的瞬变的频率。

[0023] 图1示出了根据本发明的实施方式的示例性喷嘴/分流器模块的简化框图。在所示实施方式中，示出了可以作为预对准GCIB源操作的示例性喷嘴/分流器模块20。

[0024] 设计预对准的喷嘴/分流器模块可以减少对准问题。当前的设计涉及固定的分流器和可调节的喷嘴，该喷嘴可在排气循环之后需要重新调节。当对当前设计中的喷嘴操纵器进行调节时，射束形状/轮廓可发生微小的变化。通过预对准喷嘴/分离器模块20，可以减少或可能消除调节问题。通过以固定串联的构型构造喷嘴和分流器，可以使射束对准大大简化。此外，预对准喷嘴/分流器模块20可以减少维护时间并且增加总体射束稳定性。预对准的喷嘴/分流器模块可以使用专用测试台对准，该专用测试台可以使用Schlieren光学器件，以使通过分流器的有效气体输送最大化。

[0025] 当对喷嘴/分流器模块20进行预对准时，可以针对第一气体组分对其进行预对准，并且第一气体组分可以包括可凝惰性气体，该可凝惰性气体可以包括惰性气体，即He、Ne、Ar、Kr、Xe或Rn。在各种示例中，能够使用可以包括成膜气体组分、蚀刻气体组分、清洁气体组分、平滑化气体组分等的其它气体组分对喷嘴/分流器模块20进行预对准。此外，喷嘴/分流器模块20可以构造成产生包括氦、氖、氩、氪、氙、氮、氧、氢、甲烷、三氟化氮、二氧化碳、六氟化硫、一氧化氮或一氧化二氮或它们中的两者或更多者的任何组合的电离团簇。

[0026] 喷嘴/分流器模块20可以构造成及预对准成在低压环境下操作，并且操作压力可以在从约0.01mTorr(毫托)至约100mTorr的范围中。

[0027] 喷嘴/分流器模块20可以使用用于构建内束28的喷嘴组件30、用于构建外束39的分流器筒组件35、支承管21、第一圆柱形子组件40和第二圆柱形子组件41来构造。喷嘴组件30、分流器筒组件35、支承管21、第一圆柱形子组件40或第二圆柱形子组件41或其任何组合可以使用不锈钢材料制造。替代性地，喷嘴组件30、分流器筒组件35、支承管21、第一圆柱形子组件40或第二圆柱形子组件41或其任何组合可以使用硬化的材料和/或涂覆的材料制造。

[0028] 支承管21的第一部分21a可以是具有可以从在约0.5mm至与5mm之间改变的第一厚度29a的大致闭合的圆柱形子组件。支承管21的第二部分21b可以是具有可以在约0.5mm与5mm之间改变的第二厚度29b的大致敞口的截头圆锥形组件。支承管21的第一部分21a可以使用两个或更多个第一安装孔25和两个或更多个第一紧固装置26可移除地联接至第一圆柱形子组件40，并且支承管21的第二部分21b可以使用多个第二安装孔37和第二紧固装置
27可移除地联接至分流器筒组件35。在一些示例中，支承管21可以包围部分敞开的处理空间32，并且当喷嘴/分流器模块20在进行对准测试或者/以及在使用时可以在该部分敞开的处理空间32中构建受控的低压(真空)状态。

[0029] 第一部分21a可以具有可以在约30mm与约50mm之间改变的第一长度(la)，并且第一部分21a可以具有可以在约3mm与约5mm之间改变的安装长度(lc)。第二部分21b可以具有可以在约30mm与约50mm之间改变的第二长度(lb)。

[0030] 喷嘴组件30可以可移除地联接至第二圆柱形子组件41。例如，喷嘴组件30可以使用螺纹装置30a联接至第二圆柱形子组件41。替代性地，可以使用其它附接装置。喷嘴组件30可以具有喷嘴长度(ln)、喷嘴角度(an)和具有喷嘴直径(dn)的喷嘴输出孔31。喷嘴长度(ln)(从输入部至喷嘴输出孔31)可以在约20mm与约40mm之间改变；喷嘴角度(an)(从喷嘴输出孔31的中心线至喷嘴组件30的内表面)可以在约1度与30度之间改变；以及喷嘴直径(dn)可以在约2mm与约4mm之间改变。喷嘴长度(ln)、喷嘴角度(an)和喷嘴直径(dn)可以通过用于生产处理法的过程化学物质、分子尺寸、流率、室压力、射束尺寸等来确定。

[0031] 分离器筒组件35可以包括具有截头圆锥构型的内分离器元件10。内分离器元件10可以从具有内径(ds0)的分离器输入孔11延伸至分离器筒组件35的内壁34a，内分离器元件10在该内壁34a处具有外径(dd0)。分离器输入孔11的内径(ds0)可以在约0.1mm与约10mm之间改变。外径(dd0)可以在约0.5mm与约50mm之间改变并且大于内径(ds0)。长度(l0)和角度(a0)也可以与内分离器元件10相关联。从分离器输入孔11至内壁34a的长度(l0)可以在约
20mm与约40mm之间改变，并且与内壁34a的角度(a0)可以在约100度与约175度之间改变。内径(ds0)、长度(l0)和角度(a0)可以取决于外束39的期望宽度、气体团簇尺寸和喷嘴/分离器模块20被设计用于生产的过程化学物质(气体)。替代性地，内分离器元件10可以以不同的方式构造。

[0032] 喷嘴输出孔31可以与分离器输入孔11分开一分隔距离(s1)，该分隔距离(s1)可以在约10mm与约50mm之间改变。替代性地，可以使用其它分隔距离(s1)。在使用时，从喷嘴组件30的喷嘴输出孔31产生内束28(气体射流)，并且该内束28与分离器筒组件35中的分离器输入孔11对准并且指向分离器输入孔11。

[0033] 分离器筒组件35可以包括具有截头圆锥构型的第一外成形元件12。第一外成形元件12可以从分离器输入孔11向外延伸至与分离器筒组件35的外壁34b邻近或在分离器筒组件35的外壁34b内侧的圆形开口13。分离器输入孔11可以具有可在约0.1mm与约10mm之间改变的内径(ds0)。圆形开口13可以具有可在约0.5mm与约10mm之间改变并且大于内径(ds0)的第一直径(ds1)。第一长度(ls1)和第一角度(as1)可以与第一外成形元件12相关联。从分离器输入孔11至圆形开口13的第一长度(ls1)可以在约20mm与约40mm之间改变，并且(从与分离器输入孔11平行的平面至第一外成形元件12的表面所测量的)第一角度(as1)可以在约100度与约175度之间改变。第一直径(ds1)、第一长度(ls1)和第一角度(as1)可以取决于外束39的期望宽度、气体团簇尺寸和喷嘴/分离器模块20被设计用来使用的过程化学物质(气体)。替代性地，第一外成形元件12可以以不同的方式构造。

[0034] 分离器筒组件35可以包括也具有截头圆锥构型的第二外成形元件14。第二外成形元件14可以从圆形开口13向外延伸至与外壁34b相交的圆形开口15。圆形开口13的第一直径(ds1)可以在约0.5mm与约10mm之间改变，并且圆形开口15的第二直径(ds2)可以在约1mm与约20mm之间改变。第二长度(ls2)和第二角度(as2)也可以与第二外成形元件14相关联。从圆形开口13至圆形开口15的第二长度(ls2)可以在约10mm与约20mm之间改变，并且(从与圆形开口13平行的平面至第二外成形元件14的表面所测量的)第二角度(as2)可以在约135度与约175度之间改变。第二直径(ds2)、第二长度(ls2)和第二角度(as2)可以取决于外束39的期望宽度、气体团簇尺寸和喷嘴/分离器模块20被设计用来使用的过程化学物质(气体)。替代性地，第二外成形元件14可以以不同的方式构造。在另一实施方式中，可以不需要第一外成形元件12和/或第二外成形元件14。此外，分离器筒组件35可以包括一个或更多个第四安装孔36，该第四安装孔36可以构造成将喷嘴/分离器模块20可移除地联接至室壁。在喷嘴/分离器模块20安装至室壁之前，喷嘴/分离器模块20的外束39可以在x轴方向上、y轴方向上和z轴方向上对准。替代性地，可以使用一个或更多个机械定位装置(未示出)。

[0035] 分离器筒组件35可以具有：可以在约20mm与约40mm之间改变的第一厚度(ts1)、可以在约10mm与约20mm之间改变的第二厚度(ts2)、可以在约10mm与约20mm之间改变的第三厚度(ts3)、以及可以在约10mm与约20mm之间改变的第四厚度(ts4)。

[0036] 分离器筒组件35可以具有：可以在约30mm与约50mm之间改变的第三直径(ds3)、可以在约50mm与约60mm之间改变的第四直径(ds4)、可以在约70mm与约80mm之间改变的第五直径(ds5)、可以在约80mm与约90mm之间改变的第六直径(ds6)、可以在约85mm与约95mm之间改变的第七直径(ds7)、以及可以在约90mm与约100mm之间改变的第八直径(ds8)。

[0037] 第二圆柱形子组件41可以使用三个或更多个第三安装孔23、三个或更多个第三紧固装置24以及第一O形环42可移除地联接至第一圆柱形子组件40。例如，第一O形环42可以是来自氟橡胶有限公司(Viton,Inc)的2-111型。替代性地，可以使用不同的第一O形环42。第一圆柱形子组件40可以具有可在约2mm与约5mm之间改变的第一厚度(t1)和可在约75mm与约95mm之间改变的第一直径(d1)。替代性地，第一圆柱形子组件40可以以不同的方式构造。第二圆柱形子组件41可以具有可在约2mm与约5mm之间改变的第二厚度(t2)和可在约
45mm与约75mm之间改变的第二直径(d2)。替代性地，第二圆柱形子组件41可以以不同的方式构造。

[0038] 在一些实施方式中，可以通过从第一圆柱形子组件40和/或从第二圆柱形子组件41移除材料来构造圆柱形混合空间43。此外，可以在第一圆柱形子组件40与第二圆柱形子组件41之间设置一个或更多个第二O形环44。例如，第二O形环44可以是来自氟橡胶有限公司的2-010型O形环。替代性地，可以使用不同的第二O形环44。此外，可以在圆柱形混合空间
43中结合使用过滤器的点，以防止颗粒阻塞喷嘴组件30的孔口。圆柱形混合空间43可以具有可在约2mm与约5mm之间改变的第三厚度(t3)和可在约15mm与约25mm之间改变的第三直径(d3)。替代性地，圆柱形混合空间43可以以不同的方式构造。圆柱形供应元件43a可以联接至圆柱形混合空间43并且可以用于向圆柱形混合空间43提供处理气体。例如，圆柱形供应元件43a可以使用管材料制造，该管材料的内径可以在约0.2mm与2mm之间改变。此外，圆柱形联接元件43b可以附接至圆柱形供应元件43a。

[0039] 在一些实施方式中，当第一圆柱形子组件40最初联接至第二圆柱形子组件41时，圆柱形混合空间43可以进行预测试，并且一个或更多个经预测试的圆柱形混合空间43可以方便地就地存放。

[0040] 在一些对准测试中，可以提供来自光学测试源的光输入信号穿过圆柱形供应元件43a，并且可以使用光接收器在分离器筒组件35的第二外成形元件14处测量光输出信号。以这种方式，可以以光学的方式测试及验证内束28的对准。

[0041] 喷嘴/分离器模块20可以包括气体进给管组件45，该气体进给管组件45可以构造成以受控的流率向圆柱形混合空间43提供处理气体。气体进给管组件45可以包括输入气体进给元件45a、盘绕的气体进给元件45b和输出气体进给元件45c。气体进给管组件45(45a、45b和45c共同地)可以具有可在约1000mm与约1500mm之间改变的第四长度(l4)(从元件45a至元件45c)和可在约0.5mm与约2.5mm之间改变的内径(d4)。替代性地，气体进给管组件45和/或盘绕的气体进给元件45b可以以不同的方式构造。当制造喷嘴/分离器模块20时，输出气体进给元件45c可以用于将气体进给管组件45附接至圆柱形联接元件43b。在一些实施方式中，输入气体进给元件45a、盘绕的气体进给元件45b和/或输出气体进给元件45c可以构造成以受控的流率向圆柱形混合空间43提供处理气体。例如，气体进给元件(45a、45b和
45c)中的一个或更多个气体进给元件可以使用金属管构造。

[0042] 喷嘴/分离器模块20可以包括可联接至气体进给管组件45的气体输入供应组件47。在一些实施方式中，气体输入供应组件47可以包括保持元件47a、附接元件47b、以及内部空间部47c。例如，保持元件47a可以用于将气体输入供应组件47联接至输入气体进给元件45a。此外，内部空间部47c可以联接至输入气体进给元件45a的内部空间。当喷嘴/分离器模块20安装在如图2中所示的GCIB系统中的低压处理室内时，气体输入供应组件47可以用于将喷嘴/分离器模块20可移除地联接至内部供气管线。例如，气体输入供应组件47可以包括可用于联接的螺纹装置47d。在各种实施方式中，圆柱形混合空间43、气体进给管组件45或气体输入供应组件47可以根据需要包括流动控制装置、过滤器和阀，并且可以用于控制处理气体进入喷嘴组件30的流率。例如，流率可以在约10sccm(标况毫升/分钟)与约
5000sccm之间改变。

[0043] 进给元件、供应元件和联接元件(45a、45b、45c、43a和43b)可以都是气密的并且与所使用的各种气体是不反应的。例如，可以使用允许在没有高的气体渗透的情况下弯曲的具有Kapton内膜或Gore-Tex内膜的双壁编织不锈钢网。

[0044] 喷嘴/分离器模块20可以具有可在约18cm与约28cm之间改变的总长度(OL)。

[0045] 图2示出了根据本发明的实施方式的GCIB系统的示例性构型，该GCIB系统可以用于在GCIB系统被安装在产品GCIB处理系统中之前将喷嘴/分离器模块20对准以及/或者测试喷嘴/分离器模块20，或者该GCIB系统可以用作安装有已经经过预对准以及/或者测试的喷嘴/分离器模块20的产品GCIB处理系统。GCIB系统200包括源子系统201、电离/加速子系统204和处理子系统207。源子系统201可以包括具有内部空间203的源室202，电离/加速子系统204可以包括具有内部空间206的电离/加速室205，以及处理子系统207可以包括具有内部空间209的处理室208。

[0046] GCIB系统200可以包括第一真空泵送系统216a、第二真空泵送系统216b以及第三真空泵送系统216c。一个或更多个压力控制元件217a可以联接到源室202中，并且压力控制元件217a中的一个或更多个压力控制元件可以使用一个或更多个外部真空软管218a联接至第一真空泵送系统216a。另外，一个或更多个压力控制元件217b可以联接到电离/加速室205中，并且压力控制元件217b中的一个或更多个压力控制元件可以使用一个或更多个外部真空软管218b联接至第二真空泵送系统216b。此外，一个或更多个压力控制元件217c可以联接到处理室208中，并且压力控制元件217c中的一个或更多个压力控制元件可以使用一个或更多个外部真空软管218c联接至第三真空泵送系统216c。

[0047] 当喷嘴/分离器模块20在进行对准或者/以及测试时，或者当正在使用预对准的喷嘴/分离器模块20时，源室202、电离/加速室205和处理室208可以分别通过第一真空泵送系统216a、第二真空泵送系统216b和第三真空泵送系统216c被抽空至适当的测试和/或操作压力。此外，在操作期间，真空泵送系统216a可以用于在预对准的喷嘴/分离器模块20中的处理空间232中建立正确压力。真空泵送系统216a、216b和216c可以包括泵送速度能够高达约5000升/秒(以及更大)的涡轮分子真空泵(TMP)和用于节制室压力的闸门阀。在常规的真空处理装置中，可以采用1000升/秒至2000升/秒的TMP。TMP对于通常小于约50mTorr的低压处理是有用的。

[0048] 此外，在一些实施方式中，第一室压力监测装置249a可以联接至源室202或构造在源室202内，第二室压力监测装置249b可以联接至电离/加速室205或构造在电离/加速室205内，以及第三室压力监测装置249c可以联接至处理室208或构造在处理室208内。替代性地，室压力监测装置可以联接至喷嘴/分离器模块20。例如，压力监测装置可以为电容压力计或电离真空计。控制器290可以通过信号总线291联接至真空泵送系统(216a、216b和
216c)以及室压力监测装置(249a、249b和249c)。此外，当喷嘴/分离器模块20正在进行对准或测试时，或者当正在使用正确操作的预对准的喷嘴/分离器模块20时，控制器290可以监测以及/或者控制真空泵送系统(216a、216b和216c)和室压力监测装置(249a、249b和
249c)。

[0049] 如上文参照图1描述的喷嘴/分离器模块20可以在构造成喷嘴/分离器模块20之后定位在测试系统(例如，系统200)的源子系统201中。在喷嘴/分离器模块20预对准或者/以及测试之后，此时可以将喷嘴/分离器模块20定位在产品处理系统(例如，系统200)的源子系统201中。分离器筒组件35可以用于使用多个第四安装孔36和多个第四紧固装置222将喷嘴/分离器模块20可移除地联接至源室202的内壁238，如图2中所示。替代性地，分离器筒组件35可以用于将喷嘴/分离器模块20可移除地联接至源室202的外壁(未示出)。在分离器筒组件35安装在源室202的内部空间203内之前，分离器筒组件35可以在x轴方向上、y轴方向上和z轴方向上进行对准。替代性地，一个或更多个定位装置(未示出)可以在安装喷嘴/分离器模块20时使用。

[0050] 如以上参照图1所说明的。喷嘴输出孔31可以与分离器输入孔11分开分隔距离(s1)，该分隔距离(s1)例如可以在约10mm与约50mm之间改变。当喷嘴/分离器模块20经测试或者/以及对准时，可以建立正确的分隔距离(s1)。当分隔距离(s1)不正确时，可以重新定位或重新制造喷嘴组件30、支承管21和/或分离器筒组件35。分隔距离(s1)可以取决于喷嘴/分离器模块20在产品处理系统中被设计用来使用的过程化学物质(气体)。

[0051] 当喷嘴/分离器模块20经对准或者/以及测试时，分离器筒组件35可以与喷嘴组件30对准，使得从喷嘴输出孔31建立的内束28与分离器筒组件35中的分离器输入孔11对准并且指向该分离器输入孔11。在一些实施方式中，喷嘴组件30可以在其被联接至第二圆柱形子组件41之前进行预测试或者/以及预对准。此外，一个或更多个预测试或者/以及预对准的喷嘴组件30可以以不同的方式构造，并且差异可以由过程化学物质、分子尺寸、流率、室压力、团簇尺寸、射束尺寸等确定。此外，一个或更多个预测试或者/以及预对准的喷嘴组件
30可以就地存放以便于其他处理法的使用。

[0052] 当内束28被正确地对准时，支承管21的第一部分21a可以使用两个或更多个第一安装孔25和两个或更多个第一紧固装置26刚性地且可移除地联接至第一圆柱形子组件40，并且支承管21的第二部分21b可以使用第二安装孔37和第二紧固装置27刚性地且可移除地联接至分离器筒组件35，以保持正确对准。

[0053] 在一些实施方式中，如上所述，当第一圆柱形子组件40最初联接至第二圆柱形子组件41时，圆柱形混合空间43可以被预测试，并且一个或更多个经预测试的圆柱形混合空间43可以方便就地存放。例如，在圆柱形混合空间43的对准或者/以及测试期间，一个或更多个受控测试气体源可以通过圆柱形供应元件43a和圆柱形联接元件43b以一种或更多种不同流率向圆柱形混合空间43提供一种或更多种测试气体。

[0054] 如上所述，喷嘴/分离器模块20可以包括气体进给管组件45，该气体进给管组件45可以构造成以受控的流率向圆柱形混合空间43提供处理气体。气体输入供应组件47可以联接至气体进给管组件45。在一些实施方式中，气体输入供应组件47可以用于将喷嘴/分离器模块20可移除地联接至气体输出端口233a，其中，该气体输出端口233a附接至供气子组件233。例如，螺纹装置47d可用于将附接元件47b附接至气体输出端口233a。替代性地，“卡扣连接”装置可用于将附接元件47b附接至气体输出端口233a。此外，内部空间部47c可以联接至气体输出端口233a的内部空间。此外，气体输出端口233a可以附接至源室202的壁。

[0055] 在各种实施方式中，供气子组件233和/或气体输出端口233a可以根据需要包括流动控制装置、过滤器和阀。供气子组件233和/或气体输出端口233a可以用于控制进入喷嘴/分离器模块20中的处理气体的流率。例如，流率可以在约10sccm与约3000sccm之间改变。

[0056] 当喷嘴/分离器模块20经对准或者/以及测试时，喷嘴/分离器模块20可以产生可被引导到电离/加速室205的内部空间206中的测试外束39。预对准的喷嘴/分离器模块20于是可以构造在能够为工件281提供改进的GCIB处理的产品处理GCIB系统200中，该工件281可以是半导体晶片、基片上的薄膜或需要改进的GCIB处理的其他工件。当在GCIB系统200中使用预对准的喷嘴/分离器模块20时，预对准的喷嘴/分离器模块20可以产生预对准的外束39以处理工件281，其中，该外束39可以被引导到电离/加速室205的内部空间206中。

[0057] 一些GCIB系统200可以包括第一供气子系统250和第二供气子系统253。例如，第一供气子系统250可以使用一个或更多个外部供气管线252和一个或更多个第一流动控制元件251联接至供气子系统233，并且第二供气子系统253可以使用一个或更多个外部供气管线252和一个或更多个第二流动控制元件254联接至供气子系统233。当喷嘴/分离器模块20经对准或者/以及测试时，或者当喷嘴/分离器模块20正在用于产品处理中时，可以使用存储在第一供气子系统250中的第一气体组分和/或存储在第二供气子系统253中的第二气体组分。

[0058] 在一些示例中，喷嘴/分离器模块20可以构造成使用第一气体组分，并且第一气体组分可以包括可凝惰性气体，可凝惰性气体可以包括惰性气体，即He、Ne、Ar、Kr、Xe或Rn。在其他示例中，喷嘴/分离器模块20可以构造成使用可包括成膜气体组分、蚀刻气体组分、清洁气体组分、平滑化气体组分等的第二气体组分。此外，当喷嘴/分离器模块20构造成产生包括氦、氖、氩、氪、氙、氮、氧、氢、甲烷、三氟化氮、二氧化碳、六氟化硫、一氧化氮或一氧化二氮、或其中两种或更多种的任何组合的电离团簇时，可以单独使用或彼此组合地使用第一供气子系统250和第二供气子系统253。

[0059] 在对准、测试或者/以及GCIB处理期间，可以以高压向喷嘴/分离器模块20提供第一气体组分和/或第二气体组分，以产生包括氦、氖、氩、氪、氙、氮、氧、氢、甲烷、三氟化氮、二氧化碳、六氟化硫、一氧化氮或一氧化二氮、或其中两种或更多种的任何组合的电离团簇。例如，可以将第一气体组分和/或第二气体组分引入到圆柱形混合空间43中，并且可以通过喷嘴组件30将第一气体组分和/或第二气体组分喷射到支承管21内部的部分敞开的处理空间32中的大致较低压力的真空中。当来自喷嘴组件30的高压可凝气体膨胀到部分敞开的处理空间32的较低压力区域中时，气体分子速度可以接近超音速，并且在喷嘴组件30的喷嘴输出孔31与内分离器元件10的分离器输入孔11之间形成内束28(气体射流)，并且可以从喷嘴/分离器模块20中的第一外成形元件12和第二外成形元件14发出团簇的外束39。

[0060] 气体进给管组件45、气体输入供应组件47以及圆柱形供应元件43a和圆柱形联接元件43b中的流动元件可以都是气密的并且与所使用的各种气体不反应。例如，可以使用允许在没有高气体渗透的情况下弯曲的具有Kapton或Gore-Tex内膜的双壁编织不锈钢网。

[0061] 源室202可以是构造成在其中保持低压的闭合结构。源室202的壁中的一个或更多个壁可以包括诸如不锈钢或涂覆的铝之类的非反应性金属。

[0062] 源子系统201可以包括联接到源室202中的一个或更多个压力控制元件217a。一个或更多个压力控制元件217a可以使用一个或更多个外部真空软管218a联接至第一真空泵送系统216a。在替代性实施方式中，一个或更多个内部真空软管(未示出)可以联接至支承管21，并且可以用于控制支承管21的内部部分敞开的处理空间32中的压力。

[0063] 在喷嘴/分离器模块20中产生作为内束28的超音速气体射流。由射流膨胀引起的冷却导致超音速气体射流的一部分凝结成团簇，每个团簇均由从几个到几千个弱结合的原子或分子组成。喷嘴/分离器模块20中的分离器筒组件35从团簇射流中部分地分离出尚未凝结成团簇射流的气体分子，以使下游区域(例如，电离器255、高压电极265和处理室208)中的压力最小化，在下游区域那种较高压力将是有害的。适当的可凝处理气体可包括但不必限于氩气、氮气、二氧化碳、氧气和其它气体。分离器输入孔11、第一外成形元件12和第二外成形元件14优选地是圆锥形的并且形成大致圆柱形的外束39。

[0064] 在一些对准或者/以及测试过程或处理过程期间，来自喷嘴/分离器模块20的外束39可以包含气体团簇，并且团簇的外束39可以通过电子抑制器装置260发送。替代性地，在一些对准、测试或者/以及处理过程期间，可以不需要电子抑制器装置260或者可以在不同的位置处使用电子抑制器装置260。电子抑制器装置260可以包括处于第一电位的导电电子抑制器电极261、处于第二电位的第二电极262以及抑制器电极偏压电源264。抑制器电极偏压电源264提供故障抑制电压VGS并且VGS测试范围可以在约1kV与约5kV之间改变。电子抑制器电极261可以相对于第二电极262和喷嘴/分离器模块20负偏压，并且第二电极262和喷嘴/分离器模块20在测试或者/以及处理期间可以处于大致相同的电位。电子抑制器电极
261和第二电极262各自具有用于传输外束39(中性超音速气体射流)的同轴对准的孔。负偏压电子抑制器装置260提供了位于喷嘴/分离器模块20的输出端(圆形开口13、15)与电子抑制器电极261之间的区域中的电场，该电场使从喷嘴/分离器模块20的输出区域喷射的任何二级电子遵循使二级电子朝向喷嘴/分离器模块20的输出端或电连接的相邻区域返回的轨迹，并且防止二级电子在位于喷嘴/分离器模块20与电离器255之间的区域中在外束39(超音速气体射流)中被加速及产生电离。延伸管257和电子抑制器装置260都有助于减少由于在喷嘴/分离器模块20的输出端与电离器255之间的区域中的放电和形成电弧而导致的射束故障。延伸管257和电子抑制器装置260在如图2中所示组合使用时比它们单独贡献的总和明显更有效。该组合将作为射束故障源的分离器-电离器间放电降低至可忽略水平，并且已经允许产生500微安至1000微安量级的稳定GCIB射束电流，其中来自所有原因的故障率在每小时一个的数量级上。这是10倍至100倍于先前从常规系统获得的结果的改进。替代性地，可以使用磁性电子抑制器和其它电子闸门。

[0065] 在一些对准、测试或者/以及处理过程期间，外束39中的从电子抑制器装置260离开的超音速气体团簇可以在电离器255中被电离，该电离器255优选地具有与外束39中的超音速团簇同轴对准的大致圆柱形几何形状。电离器255可以是下述电子撞击电离器：在射流(射束)穿过电离器255时，所述电子撞击电离器从一个或更多个电离器灯丝258产生热电子，并且加速及引导电子，从而使电子与外束39中的超音速气体团簇对撞。电子撞击从团簇中射出电子，从而使团簇中的一部分变成正电离的。一组适当偏压的高压电极265从电离器提取团簇离子从而形成射束，然后将射束加速到期望的能量(通常从1keV至几十keV)，以及将射束聚焦以形成GCIB 263。

[0066] 在各种示例性测试和处理期间，灯丝电源267可以提供用以加热电离器灯丝258的灯丝电压VF。阳极电源266可以提供阳极电压VA以使从电离器灯丝258发射的热电子加速，从而使热电子辐射包含外束39的团簇以产生离子。测试提取电源268可以提供提取电压VE以使高压电极偏压，从而从电离器255的电离区域提取离子并形成GCIB 263。加速器电源269可以提供加速电压VACC以使高压电极相对于电离器255偏压，从而导致总GCIB加速度等于VACC。可以提供一个或更多个透镜电源(272和274)以利用聚焦电压(VL1和VL2)使高电压电极偏压，从而产生可以是成形的和/或聚焦的GCIB 263。

[0067] GCIB系统200可以包括X轴扫描控制器282，该X轴扫描控制器282提供了工件保持器280沿X轴扫描运动283(进出纸平面)的方向的直线运动。Y轴扫描控制器284提供了工件保持器280沿Y轴扫描运动285的方向的直线运动，其中，Y轴扫描运动285通常正交于X轴扫描运动283。在一些对准、测试或者/以及处理过程期间，X轴扫描运动和Y轴扫描运动的组合可以使由工件保持器280保持的工件281以光栅式扫描运动移动通过GCIB 263。当GCIB系统200在正确操作时，GCIB 263可以提供对工件281的表面的均匀辐照，从而导致均匀处理工件281。控制器290——其可以是基于微计算机的控制器——通过信号总线291连接至X轴扫描控制器282和Y轴扫描控制器284，并且控制X轴扫描控制器282和Y轴扫描控制器284，以将工件281放进或放出GCIB 263，并且相对于GCIB 263均匀地扫描工件281，从而通过GCIB
263实现对工件281的均匀处理。

[0068] 在一些测试或者/以及处理过程期间，工件保持器280可以相对于GCIB 263的轴线成角度地定位工件281，使得GCIB 263相对于工件281的表面具有射束入射角286。当GCIB系统200在正确地操作时，射束入射角286可以是约90度。在Y轴扫描测试期间，工件281可以由工件保持器280保持，并且可以从所示位置移动至分别由附图标记281A和280A表示的替代位置“A”。当正确执行扫描过程时，工件281可以通过GCIB 263而完全地被扫描，并且在两个极限位置中，工件281可以完全移出GCIB 263的路径(越过扫描)。此外，可以沿正交的X轴扫描运动283的方向(进出纸平面的方向)执行类似的扫描和/或越过扫描。在一些测试例期间，当测试扫描过程失败时，可以调节或者/以及重新对准喷嘴/分离器模块20。

[0069] 可以使用诸如机械夹紧系统或电夹紧系统(例如，静电夹紧系统)之类的夹紧系统(未示出)将工件281附装至工件保持器280。此外，工件保持器280可以包括构造成调节和/或控制工件保持器280和工件281的温度的加热系统(未示出)或冷却系统(未示出)。

[0070] 射束电流传感器288可以定位在GCIB 263的路径中较工件保持器280更远的位置，并且可以用于在工件保持器280于GCIB 263的路径之外被扫描时拦截GCIB 263的样品。射束电流传感器288可以是法拉第杯等，并且除了射束进入开口之外可以是闭合的，以及可以使用电绝缘安装件289附接至处理室208的壁。替代性地，一个或更多个感测装置可以联接至工件保持器280。

[0071] GCIB 263可以在工件281的表面上的突出的撞击区域处撞击工件281。在X-Y向测试和处理期间，工件保持器280可以将工件281的表面的每个部分定位在GCIB 263的路径上，使得工件281的表面的每个区域均可以由GCIB 263处理。X轴扫描控制器282和Y轴扫描控制器284可以用于控制工件保持器280在X轴方向上和Y轴方向上的位置和速度。X轴扫描控制器282和Y轴扫描控制器284可以通过信号总线291接收来自控制器290的控制信号。在各种测试和处理期间，工件保持器280可以以连续运动或分布运动的方式移动，以将工件281的不同区域定位在GCIB 263内。在一个实施方式中，工件保持器280可以由控制器290控制来通过GCIB 263以可编程速度扫描工件281的任何部分。

[0072] 在一些示例性测试或处理序列过程中，工件保持器280的表面中的一个或更多个表面可以构造成是导电的并且可以连接至由控制器290操作的剂量测定处理器。工件保持器280的电绝缘层(未示出)可以用于将工件281和基片保持表面与工件保持器280的其他部分隔离。通过冲击GCIB 263而在工件281中感应的电荷可以传导通过工件281和工件保持器280的表面，并且信号可以通过工件保持器280联接至控制器290以用于剂量学测量。剂量学测量具有用于整合GCIB电流以确定GCIB处理剂量的整合装置。在某些情况下，可以使用电子的靶中和源(未示出)——有时称为电子泛流——以中和GCIB 263。在这种情况下，可以使用法拉第杯以确保准确的剂量测定，而不管增加的电荷源。在处理工件281期间，剂量率可以传送至控制器290，并且控制器290可以确定GCIB射束通量是正确的或者检测GCIB射束通量的变化。

[0073] 控制器290还可以经由信号总线291接收由射束电流传感器288收集的采样射束电流。控制器290可以监测GCIB 263的位置、可以控制由工件281接收的GCIB剂量、并且可以在预定的期望剂量已经被传送至工件281时将工件281从GCIB 263移离。替代性地，可以使用内部控制器。

[0074] 如图2中所示的GCIB系统200包括在使“故障”减少或最小化的同时允许GCIB电流增加的机构。管状导体——比方说例如延伸管257——被示出为电离器255的被设置在电离器255的入口孔256处的一体式部分；然而，延伸管257不需要这样一体地连接。延伸管257是导电的并且电附接至电离器255并因此处于电离器电位。可以采用在延伸管257与电离器255之间实现大致相同的电位关系的其它构型。电离器入口孔256的直径可以在约2cm与约
4cm之间改变。延伸管257具有可以在约2cm与约4cm之间改变的内径。延伸管257的长度可以在约2cm与约8cm之间改变。延伸管257的壁是导电的，优选是金属的，并且可以穿孔成或构造成多个连接的同轴环或可以由筛网材料制成以改善气体传导性。延伸管257屏蔽电离器
255的内部使其免受外部电场的影响，从而降低在电离器255的入口孔256附近形成的正离子将被反向提取出电离器255并且朝向喷嘴/分离器模块20的输出端加速的可能性。电离器出口孔259的直径可以在约2cm与约4cm之间改变。

[0075] GCIB系统200还可以包括原位计量系统。例如，原位计量系统可以包括光学诊断系统，该光学诊断系统具有分别配置成用入射光信号271照射工件281和配置成接收从工件281散射的光信号276的光发射器270和光接收器275。光学诊断系统包括允许入射光信号
271和散射光信号276穿行进入以及离开处理室208的光学窗口。此外，光发射器270和光接收器275可以分别包括发射光学器件和接收光学器件。光发射器270可以联接至控制器290并且与控制器290通信。光接收器275将测量信号返回至控制器290。例如，原位计量系统可以被配置为监测GCIB处理的进展。

[0076] 控制器290包括一个或更多个微处理器、存储器和I/O端口，I/O端口能够产生足以传送及激活至GCIB系统200的输入以及监测从GCIB系统200的输出的控制电压。此外，控制器290可以联接至下述部件并能够与下述部件交换信息：真空泵送系统216a、216b和216c、第一供气子系统250、第二供气子系统253、喷嘴/分离器模块20、供气子组件233、抑制器电极偏压电源264、阳极电源266、灯丝电源267、提取电源268、加速器电源269、透镜电源272和274、光发射器270、光接收器275、X轴扫描控制器282和Y轴扫描控制器284、以及射束电流传感器288。例如，存储在存储器中的程序可以用于根据处理法激活至GCIB系统200的上述部件的输入，以在工件281上执行测试或产品GCIB处理。

[0077] 在一些测试实施方式中，射束过滤器295可以定位在电离/加速室205中，并且可以用于从GCIB 263中消除单体或单体和光的电离团簇，以在GCIB 263进入处理室208之前进一步限定GCIB 263。此外，射束闸门296可以设置在电离/加速室205中的GCIB 263的路径中。例如，射束闸门296可以具有允许GCIB 263从电离/加速室205穿行至处理子系统207的打开状态和阻挡GCIB 263进入处理子系统207的关闭状态。控制器290可以联接至射束过滤器295和射束闸门296，并且控制器290可以在测试或处理期间监测及控制射束过滤器295和射束闸门296。

[0078] 替代性地，可调节孔可以与射束过滤器295结合，或者可以包括作为单独的装置(未示出)的可调节孔，以节流或可变地阻挡一部分GCIB通量，从而将GCIB射束电流减小至期望值。可调节孔可以单独使用或与本领域技术人员已知的其它装置和方法一起使用，以将GCIB通量降低至非常小的值，其中包括：改变来自GCIB供应源的气体流；通过改变灯丝电压VF或改变阳极电压VA来调节电离器；或者通过改变透镜电压V L1和/或V L2来调节透镜焦距。

[0079] 在一些过程期间，当电离气体团簇离子碰撞在工件281的表面上时，可以形成宽度约20nm、深度约10nm但小于约25nm的的浅撞击坑。当使用诸如原子力显微镜(AFM)的纳米级成像装置进行成像时，撞击坑具有类似于凹痕的外观。在撞击之后，来自气体团簇离子的惰性物种汽化或作为气体逸出工件281的表面并且通过真空泵送系统216c从处理子系统207和处理室208排出。

[0080] 图3示出了根据本发明的实施方式的喷嘴/分离器模块的示例性构型的示图。在所示的实施方式中，示出了与图1的喷嘴/分离器模块20类似的喷嘴/分离器模块400。相同的部件由相同的附图标记表示。替代性地，喷嘴/分离器模块可以以不同的方式构造。

[0081] 图4包括用于图2中所示的GCIB处理系统的喷嘴组件400的截面图。与图1中所示的单射束喷嘴形成对比，喷嘴组件400可以用于产生能够用于处理基片或工件281的两个或更多个GCIB。两个或更多个喷嘴可以彼此相邻地安置以产生它们自己的对应GCIB。因此，分离器402可以设计成使从所述两个或更多个喷嘴发出的气体团簇准直。所述两个或更多个喷嘴与分离器之间的距离可以由联接至喷嘴组件400的一个或更多个部分的支承管404的长度决定或控制。在某些情况下，所述两个或更多个喷嘴可以集成为同一组件或零部件或可以联接在一起的零部件的组合。在图4的实施方式中，气体歧管406可以设计成向喷嘴中的每个喷嘴提供气体管线408。气体歧管可以使得三种或更多种气体能够被引至喷嘴组件。该一种或更多种气体的进入压力可以在从1atm至100atm的范围中，并且具有在-100℃与110℃之间的温度。

[0082] 在一个实施方式中，所述两个或更多个喷嘴可以集成为组合零部件，该组合零部件可以包括可与第二喷嘴部件412相邻或对准的第一喷嘴部件410，将在图5和图6的描述中对其细节进行更详细描述。然而，图4示出了对准的第一喷嘴部件410的圆锥形腔和第二喷嘴部件412的圆锥形腔，使得这些圆锥形腔可以沿着它们各自的射束中心线(例如，射束#1中心线414和射束中心线416)定心。以这种方式，每个喷嘴部件均可以有助于基于可具有相同或大致相似半锥角的圆锥形腔的对准而形成它们各自的GCIB。

[0083] 图5包括可以包括第一喷嘴部件410和第二喷嘴部件412的喷嘴装置500的截面图。喷嘴装置500可以包括孔口502，通过孔口502，形成GCIB的气体可以以气体管线408与第一圆锥形腔506之间的高压力差发射通过。孔口502的直径可以在25μm与500μm之间改变。在一个具体实施方式中，孔口502可以为约80μm。孔口502可以接近第一入口表面504，该第一入口表面504可以包括可与气体歧管406齐平的大致平坦表面。孔口502可以具有抛光表面或可以促进结成团簇的最小表面粗糙度。其表面粗糙度可以在0.1μm与0.5μm之间的范围中，具体实施方案为约0.2μm。

[0084] 一旦通过孔口502，气体可以发射通过第一圆锥形腔506并射向第二喷嘴部件412中的第二圆锥形腔508。第一圆锥形腔506的长度可以在20mm与60mm之间的范围中，并且第二圆锥形腔508的长度可以基于第一圆锥形腔506的长度的比率而。该比率可以在0.40与0.99之间改变。

[0085] 第一圆锥形腔506还可以具有可从中心线414测量的相同或相似的半锥角510。半锥角510可以在从约1.5度至约30.0度的范围中。以这种方式，第一圆锥形腔506的边缘和第二圆锥形腔510的边缘可以形成具有相同或相似斜率的线。在一个具体实施方式中，半锥角可以是约6度。

[0086] 在图5的实施方式中，第一圆锥形腔506在第一出口表面514处的出口直径可以小于第二圆锥形腔508的入口直径。以这种方式，第一圆锥形腔506的最大直径可以小于第二圆锥形腔508中的沿着中心线414从任何点测量的任何直径。例如，出口直径可以在入口直径的50％与将近100％之间改变，使得第一圆锥形腔506与第二圆锥形腔508之间可以存在不大于1mm的台阶高度。在某些实施方式中，可在第一圆锥形腔506与第二圆锥形腔508之间设置平坦过渡区域512。平坦过渡区域512可以包括第二入口表面516，该第二入口表面516可以与第一喷嘴部件410的第一出口表面514相对。第一出口表面514还可以被称为可以设置在第一入口表面504与第二喷嘴部件412的第二出口表面518之间的中间出口表面。

[0087] 在一个实施方式中，第二喷嘴部件412可以被称为凹腔部件。在该实施方式中，第二喷嘴部件412可以包括容纳第一喷嘴部件410的腔，使得第一喷嘴部件410可以由第二喷嘴部件410紧固或保持就位。第一喷嘴部件410可以从第一入口表面504滑到凹腔中。凹腔可与第一喷嘴部件410一起设计成使第一圆锥形腔506与凹腔部件的第二圆锥形腔508对准。

[0088] 在图5的实施方式中，第一喷嘴部件410可以设计成容纳或容置密封构件520，该密封构件520保持气体管线408、气体歧管406与第一喷嘴部件410之间流体密封。在这种情况下，密封构件520可以使气体管线410与第一圆锥形腔506之间保持高压差。密封构件520可以包括但不限于密封件、O形环或弹性体。

[0089] 在一个实施方式中，第一喷嘴部件410可由陶瓷材料制成，而第二喷嘴部件412可由诸如不锈钢之类的金属制成。在一个具体的实施方式中，陶瓷材料可以是可以集成到第二喷嘴部件412中的单件。

[0090] 在另一实施方式中，喷嘴组件可以包括具有至少一个供气管道(例如，气体管线408)的供气歧管，该供气管道可以与喷嘴组件的第一喷嘴部件410流体连通。第一喷嘴部件可以包括至少一个圆锥形喷嘴的形成为从第一入口表面504处的喷嘴喉部(例如，孔口502)延伸至第一出口表面514处的中间出口的第一部分(例如，第一圆锥形腔506)。喷嘴组件的第二喷嘴部件412可以与第一喷嘴部件410相邻。第二喷嘴部件412可以包括从第二入口表面516处的中间入口延伸至第二出口表面518处的喷嘴出口的至少一个圆锥形喷嘴(例如，第二圆锥形腔508)。第二喷嘴部件412还包括凹腔，第一喷嘴部件410可以插入到该凹腔中，使得第一出口表面514与第二入口表面516对接或接触第二入口表面516。凹腔可以设计成使第一圆锥形腔与第二圆锥形腔508对准，以使得能够在两个部件之间实现GCIB的期望过渡，从而使得所述第一喷嘴部的中心线与所述第二喷嘴部的中心线重合或对准。

[0091] 在一个实施方式中，所述第一喷嘴部件的在所述第一出口表面处的所述中间出口的直径可以等于或小于在所述第二喷嘴部件的所述第二入口表面处的所述中间入口的直径。

[0092] 在另一实施方式中，所述第一喷嘴部件的所述中间出口的直径在从所述第二喷嘴部件的所述中间入口的直径的约50％至约100％的范围中。

[0093] 喷嘴组件还可以包括设置在所述第一喷嘴部件410与供气歧管406之间的密封构件520，使得在第二喷嘴部件411附接或接合至供气歧管406时，第一入口表面504可以形成围绕至少一个供气管道406的出口的密封(例如，流体流动屏障)。在一个实施方式中，密封构件可以包括形成或实现该密封或流体流动屏障的密封件、O形环或者弹性体。

[0094] 在另一实施方式中，喷嘴组件可以包括如图5中所示的彼此平行且相邻地布置的一对喷嘴。

[0095] 图6包括用于GCIB处理系统的喷嘴装置500中的两个喷嘴(例如，第一喷嘴部件410、第二喷嘴部件412)之间的过渡区域(例如，平坦过渡区域T)的截面示图600。在一个实施方式中，平坦过渡区域512或连续喷嘴可以是圆柱形形状的，使得平坦过渡区域512的直径可以沿着可小于5mm的距离604是恒定的或基本上恒定的。在该实施方式中，平坦过渡区域512的直径可以大于第一圆锥形腔410的在第一出口表面516处的任何部分的直径。在这种情况下，第一圆锥形腔410与平坦过渡区域512之间可以存在台阶高度602。在一个实施方式中，过渡区域512的长度可以不超过10mm。台阶高度602可以小于1mm。在一个具体实施方式中，台阶高度602可以是约0.04mm。

[0096] 各种实施方式中公开了用于将喷嘴/分离器模块结合到GCIB系统中的装置和方法。然而，相关领域的技术人员应当认识到，可以在没有一个或更多个具体细节的情况下，或者利用其他替换和/或附加方法、材料或部件来实践各种实施方式。在其他情况下，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作以避免模糊本发明的各种实施方式的方面。类似地，出于解释的目的，阐述了具体的数量、材料和构型，以提供对本发明的透彻理解。然而，本发明可以在没有具体细节的情况下实践。此外，应当理解，附图中所示的各种实施方式是说明性的呈现，并且不一定按比例绘制。

[0097] 贯穿本说明书对“一个实施方式”或“实施方式”的引述意味着结合该实施方式描述的特定特征、结构、材料或特点被包括在本发明的至少一个实施方式中，而不表示它们存在于每个实施方式中。因此，贯穿本说明书的各个地方出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定涉及本发明的相同实施方式。此外，该特定特征、结构、材料或特点可以在一个或更多个实施方式中以任何适当的方式结合。可以包括各种附加的层和/或结构，以及/或者所描述的特征在其他实施方式中可以省略。

[0098] 各种操作可能已经以最有助于理解本发明的方式依次被描述为多个离散的操作。然而，描述的顺序不应当被解释为意味着这些操作必须是顺序相关的。具体地，这些操作不需要按照呈现的顺序来执行。所描述的操作可以以与所描述的实施方式不同的顺序来执行。在另外的实施方式中，可以执行各种附加操作，以及/或者可以省略所描述的操作。

[0099] 出于说明和描述的目的，已经呈现了对本发明的实施方式的前述描述。其并不旨在穷举或将本发明限定为所公开的精确形式。本说明书和所附权利要求书包括仅出于描述性目的而使用且不应被解释为限定的术语，诸如左、右、顶、底、上方、下方、上、下、第一、第二等。例如，指示相对竖向位置的术语是指基片或集成电路的装置侧(或有效表面)是该基片的“顶”表面的情况；基片可以实际上处于任何取向，使得基片的“顶”侧可以比标准地面参考系中的“底”侧低，并且仍然落入术语“顶”的含义内。本文中(包括权利要求书中)使用的术语“在......上”不表示第二层“上”的第一层在第二层正上方并与第二层直接接触，除非对此有特别说明；第一层与在第一层上的第二层之间可以存在第三层或其他结构。本文中所述的装置或物件的实施方式可以以多个位置和取向制造、使用或运输。

[0100] 相关领域的技术人员可以理解，可以根据以上教导进行许多修改和变化。本领域技术人员应当认识到图中所示的各种部件的各种等同组合和替换。因此，期望本发明的范围不是由该详细描述限定，而是由所附权利要求限定。

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