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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6556716
(24)【登録日】2019年7月19日
(45)【発行日】2019年8月7日
(54)【発明の名称】分子ビーム支援ＧＣＩＢ処理
(51)【国際特許分類】
H01J 37/305 20060101AFI20190729BHJP
H01J 37/08 20060101ALI20190729BHJP
H01J 27/20 20060101ALI20190729BHJP
H01L 21/302 20060101ALI20190729BHJP
【ＦＩ】
H01J37/305 A
H01J37/08
H01J27/20
H01L21/302 201B
【請求項の数】19
【全頁数】44
(21)【出願番号】特願2016-533141(P2016-533141)
(86)(22)【出願日】2014年11月21日
(65)【公表番号】特表2016-539469(P2016-539469A)
(43)【公表日】2016年12月15日
(86)【国際出願番号】US2014066888
(87)【国際公開番号】WO2015077604
(87)【国際公開日】20150528
【審査請求日】2017年10月13日
(31)【優先権主張番号】61/907,669
(32)【優先日】2013年11月22日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】508233445
【氏名又は名称】ティーイーエル エピオン インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100091214
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 進介
(72)【発明者】
【氏名】グウィン，マシュー シー
【審査官】
道祖土 新吾
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００８−１７７１５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００４−５０３０６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭５７−１６１０６０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｊ ２７／００−２７／２６
３７／０４
３７／０６−３７／０８
３７／２４８
３７／３０−３７／３６
Ｈ０１Ｌ ２１／３０２
２１／３０６５
２１／４６１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）処理システムであって、
真空処理システムと、
前記真空処理システム内でガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）を生成するように構成されたＧＣＩＢ生成システムと、
前記真空処理システム内で分子ビームを生成するように構成された分子ビーム生成システムと、
基板面で基板を保持するように構成されるとともに、該基板が前記ＧＣＩＢと交差するように配置される基板ホルダーと、
前記基板ホルダーに連結されるとともに、前記ＧＣＩＢが前記基板と交差するように前記ＧＣＩＢを通じて前記基板を走査するように構成された走査システムと、
を含み、
前記分子ビームは、前記基板の露出面からある距離の所で前記ＧＣＩＢと交差して、前記ＧＣＩＢの特性を変更又は改質するのに使用される局所領域を形成し、前記分子ビームと前記ＧＣＩＢとの間の角度は前記基板の露出面における所望のプロセス条件に基づいて変更され、及び／又は、前記距離はプロセス別に変更される
ＧＣＩＢ処理システム。
真空処理システムと、
前記真空処理システム内でガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）を生成するように構成されたＧＣＩＢ生成システムと、
前記真空処理システム内で分子ビームを生成するように構成された分子ビーム生成システムと、
基板面で基板を保持するように構成されるとともに、該基板が前記ＧＣＩＢと交差するように配置される基板ホルダーと、
前記基板ホルダーに連結されるとともに、前記ＧＣＩＢが前記基板と交差するように前記ＧＣＩＢを通じて前記基板を走査するように構成された走査システムと、
を含み、
前記分子ビームは、前記基板の露出面からある距離の所で前記ＧＣＩＢと交差して、前記ＧＣＩＢの特性を変更又は改質するのに使用される局所領域を形成し、前記分子ビームと前記ＧＣＩＢとの間の角度は前記基板の露出面における所望のプロセス条件に基づいて変更され、及び／又は、前記距離はプロセス別に変更される
ＧＣＩＢ処理システム。
【請求項2】
前記距離はゼロを含む、請求項１に記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項3】
前記分子ビーム生成システムは第１の分子ビーム生成システムを含み、前記ＧＣＩＢ処理システムは、前記真空処理システム内に第２の分子ビーム生成システムをさらに含む、請求項１に記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項4】
前記分子ビームは前記ＧＣＩＢに対して０°〜９０°の範囲の角度変位で傾斜されており、該角度変位は９０°を含む、請求項１に記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項5】
前記ＧＣＩＢは前記基板の前記露出面に対して略垂直入射角に傾斜されている、請求項４に記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項6】
前記分子ビーム及び前記ＧＣＩＢは前記基板の前記露出面に対して略垂直入射角に傾斜されており、前記分子ビーム及び前記ＧＣＩＢはお互いに対して５〜４５°の範囲の角度変位で傾斜されている、請求項１に記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項7】
前記ＧＣＩＢ生成システムは、
高圧ノズルと、
前記高圧ノズルの出口を越えて位置するノズルスキマーと、
前記ノズルスキマーの出口を越えて位置するイオン化装置と、
前記ＧＣＩＢを加速させるために前記ＧＣＩＢの周りに配置された１つ以上の加速電極と、
を含む、請求項１に記載のＧＣＩＢ処理システム。
高圧ノズルと、
前記高圧ノズルの出口を越えて位置するノズルスキマーと、
前記ノズルスキマーの出口を越えて位置するイオン化装置と、
前記ＧＣＩＢを加速させるために前記ＧＣＩＢの周りに配置された１つ以上の加速電極と、
を含む、請求項１に記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項8】
前記分子ビーム生成システムは、前記ＧＣＩＢ又は前記基板と相互作用する第２の分子ビームを生成するために第２の圧力ノズルを含む、請求項１に記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項9】
前記分子ビーム生成システムは、前記ＧＣＩＢ又は前記基板と相互作用する第３の分子ビームを生成するために第３の圧力ノズルを含む、請求項１に記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項10】
前記分子ビーム生成システムに連結されるとともに、前記分子ビーム生成システムに反応性ガス又は不活性ガスを供給するように構成された１つ以上の高圧源をさらに含む、請求項８に記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項11】
前記分子ビーム生成システムは第１の分子ビーム生成システムを含み、前記分子ビームは第１の分子ビームを含み、前記ＧＣＩＢ処理システムは、
前記真空処理システム内で第２の分子ビームを生成するように構成された第２の分子ビーム生成システムをさらに含み、
前記第１の分子ビーム生成システム及び前記第２の分子ビーム生成システムは、前記基板上の所定の位置に近接するビーム交差位置で前記第１の分子ビームが前記ＧＣＩＢと交差し、前記基板上の前記所定の位置に近接する第２のビーム交差位置で前記第２の分子ビームが前記ＧＣＩＢと交差するように、互いに及び前記ＧＣＩＢ生成システムに対して配置されている、請求項１に記載のＧＣＩＢ処理システム。
前記真空処理システム内で第２の分子ビームを生成するように構成された第２の分子ビーム生成システムをさらに含み、
前記第１の分子ビーム生成システム及び前記第２の分子ビーム生成システムは、前記基板上の所定の位置に近接するビーム交差位置で前記第１の分子ビームが前記ＧＣＩＢと交差し、前記基板上の前記所定の位置に近接する第２のビーム交差位置で前記第２の分子ビームが前記ＧＣＩＢと交差するように、互いに及び前記ＧＣＩＢ生成システムに対して配置されている、請求項１に記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項12】
前記分子ビーム生成システムに連結されるとともに、前記基板に対する前記分子ビームの向きを変更するように構成された分子ビーム位置決めシステムをさらに含む、請求項１に記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項13】
前記分子ビーム位置決めシステムは、前記基板の面に対する前記分子ビームの角度向きをインサイチュで調整するように構成されている、請求項１２に記載のＧＣＩＢ処理システム。
【請求項14】
ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）で基板を処理する方法であって、
真空処理システム内で前記基板を基板ホルダー上に配置することと、
前記真空処理システム内で前記ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）を生成することと、
前記真空処理システム内で分子ビームを生成することと、
前記分子ビームを前記基板の露出面からある距離の所で前記ＧＣＩＢと交差させることで、前記分子ビームは前記ＧＣＩＢの特性を変更又は改質するのに使用される局所領域を形成し、前記分子ビームと前記ＧＣＩＢとの間の角度を前記基板の露出面における所望のプロセス条件に基づいて変更し、及び／又は、前記距離をプロセス別に変更することと、
を含む方法。
真空処理システム内で前記基板を基板ホルダー上に配置することと、
前記真空処理システム内で前記ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）を生成することと、
前記真空処理システム内で分子ビームを生成することと、
前記分子ビームを前記基板の露出面からある距離の所で前記ＧＣＩＢと交差させることで、前記分子ビームは前記ＧＣＩＢの特性を変更又は改質するのに使用される局所領域を形成し、前記分子ビームと前記ＧＣＩＢとの間の角度を前記基板の露出面における所望のプロセス条件に基づいて変更し、及び／又は、前記距離をプロセス別に変更することと、
を含む方法。
【請求項15】
前記分子ビームを前記ＧＣＩＢと交差させることは０°〜９０°の入射角を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記分子ビームを前記ＧＣＩＢと交差させることは前記基板からオフセット距離の所で起こる、請求項１４に記載の方法。
【請求項17】
前記分子ビームを生成することは、入口と出口との間で圧力差を維持可能なノズルに１つ以上のガスを提供することを含み、該１つ以上のガスは窒素含有ガス、アルゴン含有ガス又はその組み合わせを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項18】
前記１つ以上のガスはハロゲン含有ガス、酸素含有ガス又はその組み合わせを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記分子ビームは第１の分子ビームを含み、前記方法は前記ＧＣＩＢと交差する第２の分子ビームを生成することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
連邦規則集第３７巻セクション１．７８（ａ）（４）に従って、本願は２０１３年１１月２２日に出願された同時係属中の仮出願第６１／９０７６６９号の便益及び優先権を主張する。係る仮出願は参照により本願に全体的に組み込まれている。
【0002】
本発明は、ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）処理に関する。
【背景技術】
【0003】
一般に、集積回路（ＩＣ）の製造の間、半導体製造装置は材料を細線に沿って若しくはビア内から除去又はエッチングするために又は半導体基板上でパターン化された接点を除去又はエッチングするために（ドライ）プラズマエッチングプロセスを利用する。プラズマエッチングプロセスの成功には、一方の材料を選択的にエッチングしながら、それよりも実質的に遅い速度で別の材料をエッチングするのに適した化学反応体をエッチング化学物質（etch chemistry）が含むことが必要になる。さらに、プラズマエッチングプロセスの成功には、基板に対してエッチングプロセスを均一に適用しながら許容可能なプロファイル制御を実現することが必要になる。
【0004】
今日のＩＣ装置では、Ｓｉ含有材料及びＧｅ含有材料が半導体プロセスの中心になっている。しかしながら、ＩＣ装置の様々な電気特性を改善するためによりエキゾチックな材料（exotic material）が半導体プロセスに導入されるようになっている。例えば、フロントエンド（ＦＥＯＬ）半導体プロセスでは、高誘電率（ｈｉｇｈ−ｋ）材料をトランジスタゲート誘電体として用いることが望ましい。この役割で使用されていた初期のｈｉｇｈ−ｋ材料は酸化タンタル材料及び酸化アルミニウム材料であった。現在、ハフニウムベースの誘電体及び場合によってはランタンベースの誘電体がゲート誘電体として製造されることが期待されている。さらに、ＦＥＯＬ半導体処理では、将来世代の電子装置におけるトランジスタゲート電極として金属含有材料を用いることが望ましい。現在、Ｔｉ、Ｔａ及び／又はＡｌ（例えば、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ａｌ２Ｏ３及びＴｉＡｌ）を含む金属電極が金属電極として製造されることが期待されている。当然ながら、半導体プロセスへの新たな材料の導入はＦＥＯＬ作業のみに限定されておらず、それはバックエンド（ＢＥＯＬ）作業のための金属化プロセスでのトレンドでもある。さらに、先進のメモリ装置では、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びそれらの合金に加えて貴金属を含む新らたなエキゾチックな材料が使用されるとともに導入されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
電子デバイスプロセスにおける現在の材料及び新たな材料の出現によって、これらの現在の及び新たな材料をエッチングしながら既存の層及び／又は構造の整合性を維持する能力は大きな課題に直面している。従来のエッチングプロセスでは、これらの材料の実用的なエッチング速度を実現することができないか又は下層の又は上層の材料に対する許容可能なエッチング選択比を得ることができない場合がある。さらに、従来のエッチングプロセスでは、基板全体に亘って均一に適用される許容可能なプロファイル制御を得ることができない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の実施形態はＧＣＩＢ処理（processing）に関する。具体的には、本発明の実施形態はＧＣＩＢエッチング処理に関する。さらに、本発明の実施形態は、目標のエッチングプロセスメトリクス（etch process metrics）を得る様々な材料のＧＣＩＢエッチング処理に関する。
【0007】
一実施形態によれば、ＧＣＩＢシステムは、真空チャンバ内で基板を処理するために共に使用され得るＧＣＩＢ生成システム及び分子ビーム生成システムを含み得る。ＧＣＩＢ及び分子ビームは真空チャンバ内で互いに相互作用（interact）するか又は基板と直接相互作用し得る。例えば、相互作用は、基板の露出面からオフセット距離の所で又は基板の露出面で起こり得る。ＧＣＩＢと分子ビームとの間の入射角の範囲は０°〜９０°であり得る。特定の実施形態では、入射角の範囲は５°〜４５°であり得る。これらの実施形態では、基板に対するＧＣＩＢの入射角は０°〜９０°であり得る。ＧＣＩＢは高圧ノズルと、高圧ノズルの出口を越えて（beyond）位置するノズルスキマーと、ノズルスキマーの出口を越えて位置するイオン化装置と、１つ以上の加速電極とを含み得る。
【0008】
別の実施形態では、ＧＣＩＢシステムは、ＧＣＩＢ及び／又は基板と同時に又は同様の時間に相互作用するために使用され得る２つ以上の分子ビーム源を含み得る。分子ビーム源はＧＣＩＢと同じ点で相互作用してもよいしＧＣＩＢと異なる点で相互作用してもよい。同様に、分子ビームとＧＣＩＢとの間の入射角は異なってもよく同じである必要はない。一実施形態では、分子ビームは窒素含有ガス、アルゴン又はその組み合せを含み得る。別の実施形態では、分子ビームは追加の反応性ガス（例えば、酸素含有ガス、ハロゲン含有ガス等）も含み得る。
【0009】
一実施形態では、ＧＣＩＢシステムは、真空チャンバ内にあり得る基板ホルダー上に基板を配置し得る。ＧＣＩＢ及び分子ビームは真空チャンバ内で生成され、それらはお互いに及び／又は基板と物理的に相互作用して基板のエッチング、堆積又は平坦化を行い得る。
【図面の簡単な説明】
【0010】
添付の図面に下記のものを示す。【発明を実施するための形態】
【0011】
ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）を用いて、基板上のシリコン含有層、Ｇｅ含有層、金属含有層及び半導体層を含む層をエッチングするための方法の様々な実施形態を説明する。当業者であれば、これらの様々な実施形態が特定の詳細のうちの１つ以上がない状態で又は他の代替物及び／又は追加の方法、材料又は構成要素を用いて実施され得ることを認識する。他の場合では、本発明の様々な実施形態の態様を曖昧にするのを避けるために、既知の構造、材料又は作業を図示していないか又は詳細に説明していない。同様に、説明を目的として、本発明の完全な理解を提供するために特定の数、物質及び構成が記載されている。しかしながら、本発明は特定の詳細なく実施され得る。さらに、図面に示す様々な実施形態は例示であって、必ずしも縮尺通りに描かれていない。
【0012】
本明細書の全体を通じて、「一実施形態」又は「実施形態」への言及は、該実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造、物質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ていることを意味するが、それらが全ての実施形態に存在することを表すものではない。そのため、本明細書全体に亘って様々な部分にでてくる「一実施形態では」又は「実施形態では」という用語は本発明の同じ実施形態を必ずしも意味しない。さらに、特定の特徴、構造、物質又は特性が１つ以上の実施形態において任意の好適な方法で組み合わされ得る。他の実施形態では、様々な付加的な層及び／又は構造体が含まれ得る及び／又は説明する特徴が省略されていることがある。
【0013】
本願で使用の「基板（substrate）」という用語は、本発明に従って処理される物体を一般的に意味する。基板は装置、特に半導体又は他の電子装置の任意の材料部分又は構造を含み得る。基板は、例えば半導体ウエハ等のベース基板構造体又は薄膜等のベース基板構造体上の若しくはベース基板構造体を覆う層であり得る。そのため、基板は任意の特定のベース構造体、下位層又は上位層、パターン又は非パターンに限定されず、むしろ、そのような層又はベース構造体並びに層及び／又はベース構造体の任意の組み合わせを含むものと考えられる。下記の説明では特定種類の基板に言及する場合があるが、これは例示を目的としたものであってそれらに限定されない。
【0014】
部分的に上述したように、他のプロセス結果のなかでもエッチング速度、エッチング選択比、ＣＤ（限界寸法）制御を含むプロファイル制御及び表面粗さは、パターンエッチングの成功を決定する不可欠なメトリックス（metrics）を提供する。一例として、基板上の材料層にフィーチャーパターン（feature pattern）を移す場合、適切なプロセススループットに十分な速度で一方の材料を選択的にエッチングしながらパターン面及び隣接する面のパターンプロファイル及び表面粗さを制御することが重要である。さらに、基板上の材料層に形成された全てのフィーチャーパターンについてエッチング速度、エッチング選択比及びエッチングプロファイルを均一に制御すること及び／又は基板上の材料層に形成されたフィーチャーパターンのためにこれらのパラメータの制御を空間的に調整することが重要である。
【0015】
従って、様々な実施形態によれば、Ｓｉ含有材料、Ｇｅ含有材料、金属含有材料、半導体含有材料及び／又はカルコゲニド材料等の基板上の材料をエッチングするための方法を説明する。次に図面を参照して（いくつかの図面を通じて同様の参照符号は対応する部分を示す）、図１は一実施形態に係る、基板上の様々な材料をエッチングするための方法を示すフローチャート１を提供する。さらに、基板をエッチングするための例示の方法を図２Ａ及び図２Ｂに図示する。
【0016】
フローチャート１に示す方法は、１０から始まる。１０では、ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）処理システムにおいて、基板２２を保持する基板ホルダーの周りで減圧環境が維持される。基板２２は第１の材料と、第２の材料と、第１の材料及び／又は第２の材料を露出する表面とを含み得る。ＧＣＩＢ処理システムは、後で図５、図６若しくは図７又はそれらの任意の組み合わせで説明するＧＣＩＢ処理システム（１００、１００’又は１００’’）のいずれか１つを含み得る。
【0017】
図２Ａに示すように、基板２２の少なくとも部位２０を覆う材料層２４がＧＣＩＢ２５を用いてエッチングされ得る。一例として、第１の材料は材料層２４を含み、第２の材料は基板２２を含み得る。第１の材料及び／又は第２の材料を露出する表面は、材料層２４のエッチングの間は材料層２４の上面を含むか又は材料層２４全体でエッチングが進んでいる場合は材料層２４と基板２２との界面を含み得る。
【0018】
あるいは、図２Ｂに示すように、基板２２の少なくとも部位２０’を覆う材料層２４’をＧＣＩＢ２５’を用いてエッチングをし、マスク層２６に形成された第１のパターン２７を材料層２４’に移転させて第２のパターン２８が作成される。一例として、第１の材料はマスク層２６を含み、第２の材料は材料層２４’を含み得る。第１の材料及び／又は第２の材料を露出する面はマスク層２６の露出面及び材料層２４’の露出面を含み得る。
【0019】
図２Ｂに示すように、第１のパターン２７が形成されたマスク層２６は材料層２４’に又は材料層２４’の上で調製され得る。マスク層２６は、フォトレジスト等の放射線感受性材料の層で基板２２を被覆することにより形成され得る。例えば、フォトレジストは、トラックシステムにより促進される処理等のスピンコーティング法を用いて基板に適用され得る。それに加えて、例えば、フォトレジスト層はリソグラフィシステムを用いてイメージパターンに露出され、その後、フォトレジスト層にパターンを形成するためにイメージパターンが現像液中で現像される。
【0020】
フォトレジスト層は２４８ｎｍ（ナノメートル）レジスト、１９３ｎｍレジスト、１５７ｎｍレジスト又はＥＵＶ（極紫外線）レジストを含み得る。フォトレジスト層はトラックシステムを用いて形成できる。例えば、トラックシステムは、東京エレクトロン株式会社（ＴＥＬ）から市販されているＣＬＥＡＮ ＴＲＡＣＫ ＡＣＴ８、ＡＣＴ１２又はＬＩＴＨＩＵＳレジストコーティング現像システムを含み得る。スピンオンレジスト技術の当業者にとって、フォトレジスト膜を基板上に形成するための他のシステム及び方法は周知である。
【0021】
電磁（ＥＭ）放射のパターンへの露出はドライ又はウェットフォトリソグラフィシステムで行われ得る。イメージパターンは、任意の好適な従来のステッピングリソグラフシステム又は走査リソグラフシステムを用いて形成することができる。例えば、フォトリソグラフシステムはＡＳＭＬオランダ社（De Run 6501, 5504 DR Veldhoven, The Netherlands）又はキャノンＵＳＡ社の半導体装置部門（3300 North First Street, San Jose, CA 95134）から市販され得る。
【0022】
現像プロセスは、トラックシステム等の現像システム内で基板を現像液に晒すことを含むことができる。例えば、トラックシステムは、東京エレクトロン株式会社（ＴＥＬ）から市販されているＣＬＥＡＮ ＴＲＡＣＫ ＡＣＴ８、ＡＣＴ１２又はＬＩＴＨＩＵＳレジストコーティング現像システムを含み得る。
【0023】
フォトレジスト層はウェットストリッピング法、ドライプラズマアッシング法又はドライノンプラズマアッシング法を用いて除去され得る。
【0024】
マスク層２６は複数の層を含み得る。マスク層２６に形成された第１のパターン２７はウェットプロセス法、ドライプロセス法又は双方の方法の組み合わせを用いて形成され得る。単層又は複層のマスク層２６の形成は、リソグラフィ及びパターンエッチング技術の分野の当業者に理解されている。第１のパターン２７がマスク層２６に形成されると、マスク層２６は下層をパターン化するために利用され得る。
【0025】
あるいは、図２Ｃに示すように、第１の材料層２４’’と、基板２２の部位２０’’を少なくとも覆う第２の材料層２４’’’は、第１の材料層２４’’及び第２の材料層２４’’’を平坦化するためにＧＣＩＢ２５’’を用いてエッチングされる。一例として、第１の材料は第１の材料層２４’’を含み、第２の材料は第２の材料層２４’’’を含み得る。第１の材料及び／又は第２の材料を露出する表面は第１の材料層２４’’の露出面及び第２の材料層２４’’’の露出面を含み得る。
【0026】
方法は１１に進む。１１では、ＧＣＩＢ処理システムの減圧環境内で基板２２が強固に保持される。基板２２の温度は調整してもよいししなくてもよい。例えば、基板２２はＧＣＩＢ処理プロセスの間に加熱又は冷却され得る。それに加えて、基板２２は導体材料、半導体材料又は誘電材料又はそれらのうちの２つ以上の組み合わせを含み得る。例えば、基板２２は、シリコン、シリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）、ゲルマニウム又はその組み合わせ等の半導体材料を含み得る。それに加えて、例えば、基板２２は結晶シリコンを含み得る。
【0027】
また、基板２２は基板２２の一部（２０、２０’、２０’’）に第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）を含み得る。第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）はＳｉ含有材料及び／又はＧｅ含有材料を含み得る。Ｓｉ含有材料はＳｉと、Ｏ、Ｎ、Ｃ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも１つの元素とを含み得る。Ｇｅ含有材料はＧｅと、Ｏ、Ｎ、Ｃ及びＳｉからなる群から選択される少なくとも１つの元素とを含み得る。
【0028】
例えば、第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）はシリコン、ドープシリコン、アンドープシリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、多結晶シリコン、酸化シリコン（ＳｉＯｘ、ここでｘ＞０；例えばＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮｙ、ここでｙ＞０；例えばＳｉＮ１．３３、Ｓｉ３Ｎ４）、炭化シリコン（ＳｉＣｚ、ここでｚ＞０）、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ、ここでｘ、ｙ＞０）、オキシ炭化シリコン（ＳｉＯｘＣｙ、ここでｘ、ｙ＞０）、炭窒化シリコン（ＳｉＣｘＮｙ、ここでｘ、ｙ＞０）又はシリコンゲルマニウム（ＳｉｘＧｅ１−ｘ、ここでｘはＳｉの原子分率、１−ｘはＧｅの原子分率、０＜１−ｘ＜１）を含み得る。列挙した上記の材料のいずれか１つは、Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選択される元素でドープされるか又は注入されていてもよい。また、列挙した上記の材料のいずれか１つは、金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土金属、遷移金属又はポスト遷移金属でドープされるか又は注入されてもよい。また、列挙した上記の材料のいずれかはアモルファス相又は結晶相であり得る。
【0029】
それに加えて、第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）は金属含有材料を含み得る。金属含有材料はアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、ポスト遷移金属、貴金属又は希土金属を含み得る。金属含有材料は、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＳｎからなる群から選択される遷移金属又はポスト遷移金属を含み得る。金属含有材料は金属、金属合金、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属シリサイド、金属ゲルマニウム化合物、金属硫化物等を含み得る。
【0030】
さらに、第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）も半導体材料を含み得る。半導体材料は、ＩＩＩ−Ｖ化合物（例えば、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ等）、ＩＩ−Ｖ化合物（例えば、Ｃｄ３Ｐ２等）又はＩＩ−ＶＩ化合物（例えばＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ等）等の化合物半導体を含み得る（ＩＩ族、ＩＩＩ族、Ｖ族、ＶＩ族は元素の周期表における従来の又は古いＩＵＰＡＣの表記法を意味し、改訂された又は新しいＩＵＰＡＣの表記法によれば、これらの族は２族、１３族、１５族、１６族をそれぞれ意味し得る）。材料層（２４、２４’）はカルコゲニド（例えば、硫化物、セレン化物、テルル化物）も含み得る。
【0031】
また、第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）はフォトレジスト（例えば、前に列挙したレジスト材料のうちの１つ）、ソフトマスク層、ハードマスク層、反射防止膜（ＡＲＣ）層、有機平坦化層（ＯＰＬ）又は有機誘電層（ＯＤＬ）又はそれらのうちの２つ以上の組み合わせを含み得る。
【0032】
１つの例では、第１の材料はフォトレジストを含み、第２の材料はＳｉ含有材料、Ｇｅ含有材料、金属含有材料、半導体材料又はカルコゲニド材料を含む。別の例では、第１の材料はシリコンを含み、第２の材料は、Ｓｉと、Ｏ、Ｎ、Ｃ及びＧｅからなる群から選択される１以上の元素とを有するＳｉ含有材料を含む。シリコンはドープＳｉ、非ドープＳｉ、ｐ−ドープＳｉ、ｎ−ドープＳｉ、結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ、単結晶Ｓｉ（又は単結晶Ｓｉ）、多結晶Ｓｉ等を含み得る。別の例では、第１の材料はＳｉ含有材料を含み、第２の材料はＧｅ含有材料を含む。さらに別の例では、第１の材料はＳｉ含有材料を含み、第２の材料は金属含有材料を含む。
【0033】
１２では、１つ以上の目標エッチングプロセスメトリックスが選択される。上述したように、また下記で詳細に説明するように、目標エッチングプロセスメトリックスは第１の材料のエッチング速度、第２の材料のエッチング速度、第１の材料と第２の材料とのエッチング選択比、第１の材料の表面粗さ、第２の材料の表面粗さ、第１の材料のエッチングプロファイル及び第２の材料のエッチングプロファイルを含み得る。
【0034】
１３では、少なくとも１つのエッチングガスを含む加圧ガス混合物からガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）が形成される。少なくとも１つのエッチングガスはハロゲン要素を含み得る。少なくとも１つのエッチングガスはハロゲン要素と、Ｃ、Ｈ、Ｎ及びＳからなる群から選択される１以上の要素とを含み得る。
【0035】
例えば、少なくとも１つのエッチングガスはＦ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＮＦ３又はＳＦ６を含み得る。それに加えて、少なくとも１つのエッチングガスはＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ又はＨＩ等のハロゲン化合物を含み得る。さらに、例えば、少なくとも１つのエッチングガスは一置換ハロメタン（例えば、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ３Ｃｌ、ＣＨ３Ｂｒ、ＣＨ３Ｉ）、二置換ハロメタン（例えば、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ２ＣｌＦ、ＣＨ２ＢｒＦ、ＣＨ２ＦＩ、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＨ２ＢｒＣｌ、ＣＨ２ＣｌＩ、ＣＨ２Ｂｒ２、ＣＨ２ＢｒＩ、ＣＨ２Ｉ２）、三置換ハロメタン（例えば、ＣＨＦ３、ＣＨＣＩＦ２、ＣＨＢｒＦ２、ＣＨＦ２Ｉ、ＣＨＣｌ２Ｆ、ＣＨＢｒＣｌＦ、ＣＨＣｌＦＩ、ＣＨＢｒ２Ｆ、ＣＨＢｒＦＩ、ＣＨＦＩ２、ＣＨＣｌ３、ＣＨＢｒＣｌ２、ＣＨＣｌ２Ｉ、ＣＨＢｒ２Ｃｌ、ＣＨＢｒＣｌＩ、ＣＨＣｌＩ２、ＣＨＢｒ３、ＣＨＢｒ２Ｉ、ＣＨＢｒＩ２、ＣＨＩ３）又は四置換ハロメタン（例えば、ＣＦ４、ＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＦ３Ｉ、ＣＣｌ２Ｆ２、ＣＢｒＣｌＦ２、ＣＣｌＦ２Ｉ、ＣＢｒ２Ｆ２、ＣＢｒＦ２Ｉ、ＣＦ２Ｉ２、ＣＣｌ３Ｆ、ＣＢｒＣｌ２Ｆ、ＣＢｒＣｌＦｌ、ＣＣｌＦＩ２、ＣＢｒ３Ｆ、ＣＢｒ２ＦＩ、ＣＢｒＦＩ２、ＣＦＩ３、ＣＣｌ４、ＣＢｒＣｌ３、ＣＣｌ３Ｉ、ＣＢｒ２ＣＣｌ２、ＢｒＣｌ２Ｉ、ＣＣｌ２Ｉ２、ＣＢｒ３Ｃｌ、ＣＢｒ２ＣｌＩ、ＣＢｒＣｌＩ２、ＣＣｌＩ３、ＣＢｒ４、ＣＢｒ３Ｉ、ＣＢｒ２Ｉ２、ＣＢｒｌ３、Ｃｌ４）を含み得る。
【0036】
ＧＣＩＢを形成するには、エッチングガスの構成要素は、気相において単独で又は比較的高圧の（例えば１気圧以上の圧力）運搬ガス（例えば希ガス要素又は窒素）との組み合わせで存在するものを選択すべきである。
【0037】
一実施形態では、Ｓｉ含有及び／又はＧｅ含有材料をエッチングする場合、少なくとも１つのエッチングガスはＦ、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択されるハロゲン要素を含む。少なくとも１つのエッチングガスはＣ若しくはＨ又はＣ及びＨの双方を含み得る。例えば、少なくとも１つのエッチングガスはハロゲン化合物又はハロメタンを含み得る。それに加えて、例えば、少なくとも１つのエッチングガスはＳＦ６、ＮＦ３、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＨＣｌＦ２又はＣ２ＣｌＦ５又はそれらのうちの２つ以上の任意の組み合わせを含み得る。
【0038】
別の実施形態では、Ｓｉ含有及び／又はＧｅ含有材料をエッチングする場合、少なくとも１つのエッチングガスは２つの異なるハロゲン要素を含む。第１のハロゲン要素はＣｌ及びＢｒからなる群から選択され、第２のハロゲン要素はＦを含み得る。少なくとも１つのエッチングガスはさらにＣ若しくはＨ又はＣ及びＨの双方を含み得る。例えば、少なくとも１つのエッチングガスはハロメタンを含み得る。それに加えて、例えば、少なくとも１つのエッチングガスはＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＨＣｌＦ２又はＣ２ＣｌＦ５又はそれらのうちの２つ以上の任意の組み合わせを含み得る。
【0039】
別の実施形態では、Ｓｉと、Ｏ、Ｃ、Ｎ及びＧｅからなる群から選択される１つ以上の要素とを有するＳｉ含有材料をエッチングする場合、少なくとも１つのエッチングガスはＣ、Ｈ及びハロゲン要素を含む。例えば、エッチングガスはハロメタンを含み得る。それに加えて、例えば、エッチングガスはＣＨ３Ｆ、ＣＨ３Ｃｌ、ＣＨ３Ｂｒ、ＣＨＦ３、ＣＨＣｌＦ２、ＣＨＢｒＦ２、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ２ＣｌＦ、ＣＨ２ＢｒＦ、ＣＨＣｌ２Ｆ、ＣＨＢｒ２Ｆ、ＣＨＣｌ３、ＣＨＢｒＣｌ２、ＣＨＢｒ２Ｃｌ又はＣＨＢｒ３又はそれらのうちの２つ以上の任意の組み合わせを含み得る。
【0040】
別の実施形態では、金属含有材料をエッチングする場合、エッチングガスはＦ、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択されるハロゲン要素を含む。エッチングガスはＣ若しくはＨ又はＣ及びＨの双方をさらに含み得る。例えば、エッチングガスはハロゲン化合物又はハロメタンを含み得る。それに加えて、例えば、エッチングガスはＳＦ６、ＮＦ３、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＨＣｌＦ２又はＣ２ＣｌＦ５又はそれらのうちの２つ以上の任意の組み合わせを含み得る。
【0041】
別の実施形態では、金属含有材料をエッチングする場合、エッチングガスは２つの異なるハロゲン要素を含む。第１のハロゲン要素はＣｌ及びＢｒからなる群から選択され、第２のハロゲン要素はＦを含み得る。エッチングガスはＣ若しくはＨ又はＣ及びＨの双方をさらに含み得る。例えば、エッチングガスはハロメタンを含み得る。それに加えて、例えば、エッチングガスはＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＨＣｌＦ２又はＣ２ＣｌＦ５又はそれらのうちの２つ以上の任意の組み合わせを含み得る。
【0042】
さらに別の実施形態では、カルコゲニド材料をエッチングする場合、エッチングガスはハロゲン要素を含む。例えば、エッチングガスはハロゲン化合物又はハロメタンを含み得る。それに加えて、例えば、エッチングガスはＦ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＳＦ６、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ３Ｃｌ、ＣＨ３Ｂｒ、ＣＨＦ３、ＣＨＣｌＦ２、ＣＨＢｒＦ２、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ２ＣｌＦ、ＣＨ２ＢｒＦ、ＣＨＣｌ２Ｆ、ＣＨＢｒ２Ｆ、ＣＨＣｌ３、ＣＨＢｒＣｌ２、ＣＨＢｒ２Ｃｌ又はＣＨＢｒ３又はそれらのうちの２つ以上の任意の組み合わせを含み得る。
【0043】
少なくとも１つのエッチングガスは第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスを含み得る。一実施形態では、第１のエッチングガスはＣｌ又はＢｒを含み、第２のエッチングガスはＦを含む。例えば、第１のエッチングガスはＣｌ２を含み、第２のエッチングガスはＮＦ３を含み得る。別の実施形態では、第１のエッチングガスはハロメタン又はハロゲン化合物を含み、第２のエッチングガスはＦ，Ｃｌ又はＢｒを含み得る。別の実施形態では、第１のエッチングガスはＣ、Ｈ及びハロゲン要素を含み、第２のエッチングガスはＦ、Ｃｌ又はＢｒを含み得る。例えば、第１のエッチングガスはＣＨＦ３、ＣＨＣｌ３又はＣＨＢｒ３を含み、第２のエッチングガスはＮＦ３又はＣｌ２を含み得る。第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスは連続的にＧＣＩＢに導入され得る。あるいは、第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスは交互に且つ連続してＧＣＩＢに導入され得る。
【0044】
加圧ガス混合物は、ハロゲン要素を含む化合物、Ｆ及びＣを含む化合物、Ｈ及びＣを含む化合物又はＣ、Ｈ及びＦを含む化合物又はそれらのうちの２つ以上の任意の組み合わせをさらに含み得る。それに加えて、加圧ガス混合物は塩素含有化合物、フッ素含有化合物又は臭素含有化合物をさらに含み得る。それに加えて、加圧ガス混合物は、Ｃ、Ｆ、Ｈ、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択される１つ以上の要素を含む化合物をさらに含み得る。それに加えて、加圧ガス混合物はシリコン含有化合物、ゲルマニウム含有化合物、窒素含有化合物、酸素含有化合物又は炭素含有化合物又はそれらのうちの２つ以上の任意の組み合わせをさらに含み得る。さらに、加圧ガス混合物は、Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｏ、Ｓ、Ｆ、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択される１つ以上の要素をさらに含み得る。また、加圧ガス混合物はＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３、Ｆ２、ＨＦ、ＳＦ６又はＮＦ３又はそれらのうちの２つ以上の任意の組み合わせをさらに含み得る。
【0045】
さらに、ＧＣＩＢは少なくとも１つのドーパントを含む加圧ガス混合物又は薄膜を堆積又は成長させるための膜形成要素又はそれらのうちの２以上の任意の組み合わせから生成され得る。
【0046】
別の実施形態では、ＧＣＩＢはエッチングガスを含む第１の加圧ガス混合物と、膜形成ガスを含む第２の加圧ガス混合物とを交互に且つ連続して用いることにより生成され得る。さらに他の実施形態では、エッチングの間にＧＣＩＢの組成及び／又はよどみ点圧力が調整され得る。
【0047】
１４では、１以上の目標エッチングプロセスメトリックスを得るために、ＧＣＩＢのためのＧＣＩＢプロセス条件のうちの１以上のＧＣＩＢ特性が設定される。エッチング速度、エッチング選択比、表面粗さ制御、プロファイル制御等の上記の目標エッチングプロセスメトリックスを得るために、ＧＣＩＢは、ビーム加速度ポテンシャル、１つ以上のビームフォーカスポテンシャル及びビーム線量を選択すること、ビーム加速度ポテンシャルに従ってＧＣＩＢを加速すること、１つ以上のビームフォーカスポテンシャルに従ってＧＣＩＢをフォーカスさせること及びビーム線量に従って、基板の少なくとも一部に加速ＧＣＩＢを照射することを行うことによって生成され得る。
【0048】
さらに、これらのＧＣＩＢ特性に加えて、ビームエネルギー、ビームエネルギー分布、ビーム角度分布、ビーム広がり角、よどみ点圧力、よどみ点温度、質量流量、クラスターサイズ、クラスターサイズ分布、ビームサイズ、ビーム組成、ビーム電極電位又はガスノズルのデザイン（ノズルスロート直径、ノズル長さ及び／又はノズル収縮部半角（nozzle divergent section half-angle））が選択され得る。前述したＧＣＩＢ特性のうちの１つ以上を選択して、上述したもの等の目標エッチングプロセスメトリックスの制御を実現できる。さらに、前述したＧＣＩＢ特性のうちの１つ以上を変更して、上述したもの等の目標エッチングプロセスメトリックスの制御を実現できる。
【0049】
図３Ａには、ＧＣＩＢのためのビームエネルギー分布関数の概略的なグラフを示す。例えば、図３Ａはいくつかのエネルギー分布（３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ）のグラフを示し、方向３５の分布が進行するのに伴ってピークビームエネルギーが減少し、エネルギー分布が広がる。
【0050】
ＧＣＩＢのためのビームエネルギー分布関数は、少なくともＧＣＩＢの一部が増圧領域を横切るようにＧＣＩＢ経路に沿って増圧領域を通過するように各ＧＣＩＢを方向付けることで変更してもよい。ビームエネルギー分布の変更の程度は、ＧＣＩＢ経路の少なくとも一部に沿った圧力と距離（ｄ）との積分（pressure-distance (d) integral）によって特徴付けられ得る。圧力と距離との積分の値が増加すると（圧力及び／又は経路の長さ（ｄ）を大きくすることによって）、ビームエネルギー分布が広くなりピークエネルギーが減少する。圧力と距離との積分の値が減少すると（圧力及び／又は経路の長さ（ｄ）を小さくすることによって）、ビームエネルギー分布が狭くなりピークエネルギーが増加する。一例として、ビームエネルギー分布を広げてビーム広がりを大きくしてもよいし、ビームエネルギー分布を狭くしてビーム広がりを小さくしてもよい。
【0051】
ＧＣＩＢ経路の少なくとも一部に沿った圧力と距離との積分は約０．０００１ｔｏｒｒ−ｃｍ以上であり得る。あるいは、ＧＣＩＢ経路の少なくとも一部に沿った圧力と距離との積分は約０．００１ｔｏｒｒ−ｃｍ以上であり得る。あるいは、ＧＣＩＢ経路の少なくとも一部に沿った圧力と距離との積分は約０．０１ｔｏｒｒ−ｃｍ以上であり得る。一例として、ＧＣＩＢ経路の少なくとも一部に沿った圧力と距離との積分の範囲は０．０００１ｔｏｒｒ−ｃｍ〜０．０１ｔｏｒｒ−ｃｍであり得る。別の例として、ＧＣＩＢ経路の少なくとも一部に沿った圧力と距離との積分の範囲は０．００１ｔｏｒｒ−ｃｍ〜０．０１ｔｏｒｒ−ｃｍであり得る。
【0052】
あるいは、各ＧＣＩＢの荷電状態を変更又は修正することによりＧＣＩＢのためのビームエネルギー分布関数を変更してもよい。例えば、ガスクラスターの電子衝突誘発イオン化で用いられる電子のための電子フラックス、電子エネルギー又は電子エネルギー分布を調整することにより荷電状態が変更され得る。
【0053】
図３Ｂには、ＧＣＩＢのためのビーム角度分布関数のグラフを示す。例えば、図３Ｂは、入射方向４５における第１のピーク４２（即ち、相対角度は０°）及び第１の幅４４（例えば、半値幅（ＦＷＨＭ））によって特徴付けられる第１のビーム角度分布関数４０のグラフを示す。それに加えて、例えば、図３Ｂは、入射方向４５における第２のピーク４２’（即ち、相対角度は０°）及び第２の幅４４’（例えば、半値幅（ＦＷＨＭ））によって特徴付けられる第２のビーム角度分布関数４０’のグラフを示す。第１のビーム角度分布関数４０は狭い分布を表し、第２のビーム角度分布関数４０’は比較的広い分布（又は比較的広いビーム広がり角）を表す。そのため、ビーム角度分布関数を変更することにより（例えば、第１のビーム角度分布関数４０と第２のビーム角度分布関数４０’との角度分布を変更することにより）基板への垂直入射に対するＧＣＩＢの指向性が調整され得る。ビーム角度分布又はビーム広がり角は、ビームエネルギー分布関数を変更するために前述した方法を用いて変更してもよい。
【0054】
一実施形態では、ＧＣＩＢプロセス条件の１つ以上のＧＣＩＢ特性は、ＧＣＩＢ組成、ビーム線量、ビーム加速度ポテンシャル、ビームフォーカスポテンシャル、ビームエネルギー、ビームエネルギー分布、ビーム角度分布、ビーム広がり角、ＧＣＩＢ組成の流量、よどみ点圧力、よどみ点温度、ＧＣＩＢが通る増圧領域の背景ガスの圧力（例えば、下記で詳述するＰ−Ｃｅｌｌ値）を含み得る。
【0055】
別の実施形態では、１つ以上の目標エッチングプロセスメトリックスを得るための１つ以上のＧＣＩＢ特性の設定はＧＣＩＢ組成、ビーム加速度ポテンシャル、ＧＣＩＢ組成の流量、ＧＣＩＢが通る増圧領域の背景ガスの流量を設定して、第１の材料及び／又は第２の材料の目標エッチング速度、第１の材料と第２の材料との目標エッチング選択比及び第１の材料及び／又は第２の材料のための目標表面粗さのうちの２つ以上を得ることを含み得る。
【0056】
以下に示すように、第１の材料と第２の材料との目標エッチング選択比を１（unity）未満の値、実質的に１に近い値及び１より大きい値に変更するために１つ以上のＧＣＩＢ特性が調整され得る。さらに、以下で示すように、第１の材料及び／又は第２の材料のための目標表面粗さを５オングストローム以下の値に変更するために１つ以上のＧＣＩＢ特性が調整され得る。また、第１及び／又は第２の材料のために比較的高いエッチング速度状態を得るために又は第１及び／又は第２の材料のために比較的低いエッチング速度状態を得るために１つ以上のＧＣＩＢ特性が調整され得る。
【0057】
１５では、ビーム加速度ポテンシャルに従ってＧＣＩＢが減圧環境を通って基板２２の方へと加速される。ＧＣＩＢの場合、ビーム加速度ポテンシャルの範囲は最大１００ｋＶ、ビームエネルギーの範囲は最大で１００ＫｅＶ、クラスターサイズの範囲は最大で数万の原子、ビーム線量の範囲は最大で約１×１０１７クラスター／ｃｍ２であり得る。例えば、ＧＣＩＢのビーム加速度ポテンシャルの範囲は約１ｋＶ〜約７０ｋＶ（即ち、平均クラスター荷電状態が１であると仮定した場合、ビームエネルギーの範囲は約１ＫｅＶ〜約７０ＫｅＶ）であり得る。それに加えて、例えば、ＧＣＩＢのビーム線量の範囲は約１×１０１２クラスター／ｃｍ２〜約１×１０１４クラスター／ｃｍ２であり得る。
【0058】
ＧＣＩＢは、原子毎のエネルギーの比（energy per atom ratio）の範囲が約０．２５ｅＶ／原子〜約１００ｅＶ／原子で確立され得る。あるいは、ＧＣＩＢは、原子毎のエネルギーの比の範囲が約０．２５ｅＶ／原子〜約１０ｅＶ／原子で確立され得る。あるいは、ＧＣＩＢは、原子毎のエネルギーの比の範囲が約１ｅＶ／原子〜約１０ｅＶ／原子で確立され得る。
【0059】
所望の原子毎のエネルギー比を有するＧＣＩＢの確立はビーム加速度ポテンシャル、ＧＣＩＢを形成するためのよどみ点圧力又はガス流量又はそれらの任意の組み合わせの選択を含み得る。ビーム加速度ポテンシャルはイオンクラスター毎のビームエネルギー又はエネルギーを増やすか又は減らすのに使用され得る。例えば、ビーム加速度ポテンシャルの増加は最大ビームエネルギーの増加をもたらし、その結果、所定のクラスターサイズについての原子毎のエネルギー比の増加をもたらす。それに加えて、よどみ点圧力は所定のクラスターについてクラスターサイズを増やすか又は減らすのに使用され得る。例えば、ＧＣＩＢの形成の間のよどみ圧力の増加はクラスターサイズの増加（即ち、クラスター毎の原子の数）をもたらし、その結果、所定のビーム加速度ポテンシャルについて原子に対するエネルギーの比の減少をもたらす。
【0060】
ここで、ビーム線量は単位面積当たりのクラスターの数の単位として与えられる。しかしながら、ビーム線量はビーム電流及び／又は時間（例えば、ＧＣＩＢ滞留時間）も含み得る。例えば、ビーム電流が測定されるとともに一定に維持される一方で、時間を変更してビーム線量が変更され得る。あるいは、例えば、クラスターが単位面積当たりの基板の表面を直撃する速度（即ち、単位時間当たりの単位面積当たりのクラスターの数）が一定にされる一方で、時間が変更されてビーム線量が変更され得る。
【0061】
１６では、基板２２上の第１の材料及び第２の材料の少なくとも一方をエッチングするために、基板２２の表面の少なくとも一部にＧＣＩＢを照射する。
【0062】
図１に記載の方法は、１つ以上の目標エッチングプロセスメトリックスを変更して１つ以上の新たな目標エッチングプロセスメトリックスを作成すること及び該１つ以上の新たな目標エッチングプロセスメトリックスを実現するためにＧＣＩＢのための追加のＧＣＩＢプロセス条件の１つ以上の追加のＧＣＩＢ特性を設定することをさらに含み得る。
【0063】
別の実施形態によれば、ＧＣＩＢで基板２２を照射することに加えて、追加の制御及び／又は機能のために別のＧＣＩＢが用いられ得る。第２のＧＣＩＢ等の別のＧＣＩＢで基板２２を照射することは、ＧＣＩＢの使用の前、間又は後で行われ得る。例えば、別のＧＣＩＢは不純物で基板２２の一部をドープするのに用いられ得る。それに加えて、例えば、基板２２の一部を改質して基板２２の特性を変更するために別のＧＣＩＢを用いてもよい。それに加えて、例えば、基板２２の一部をエッチングして基板２２から追加の材料を除去するために別のＧＣＩＢを用いてもよい。それに加えて、例えば、基板２２の一部を洗浄して基板２２からハロゲン含有残留物等の追加の材料又は残留物を除去するために別のＧＣＩＢを用いてもよい。さらに、それに加えて、基板２２の一部で材料を成長又は堆積させるのに別のＧＣＩＢを用いてもよい。ドープすること、改質すること、エッチングすること、洗浄すること、成長させること又は堆積させることは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｂ、Ｃ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｏ、Ｓ、Ｆ、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択される１つ以上の要素を導入することを含み得る。
【0064】
別の実施形態によれば、ＧＣＩＢ照射が施される基板２２の少なくとも一部（２０、２０’、２０’’）は、ＧＣＩＢで照射する前に又は照射した後で洗浄され得る。例えば、洗浄プロセスはドライ洗浄プロセス及び／又はウェット洗浄プロセスを含み得る。それに加えて、ＧＣＩＢ照射が施される基板２２の少なくとも一部（２０、２０’、２０’’）は、ＧＣＩＢで照射した後にアニールされ得る。
【0065】
別の実施形態によれば、基板２２を準備及び／又はエッチングする際に基板２２の任意の部分又はフィーチャーパターン２８に修正プロセス（corrective process）を施してもよい。修正プロセスの間、ＧＣＩＢ処理システムに連結された計量システムを用いて計量データがその場で又はその場以外で（in-situ or ex-situ）取得され得る。計量システムは、限定されないが光学診断システム、Ｘ線蛍光分光システム、四点プローブシステム、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、電子走査顕微鏡（ＳＥＭ）等を含む様々な基板診断システムを含み得る。それに加えて、計量システムは光学デジタル表面形状測定装置（ＯＤＰ）、散乱計、エリプソメーター、反射率計、干渉計又はそれらの２つ以上の任意の組み合わせを含み得る。
【0066】
例えば、計量システムは光学散乱計システムを構成し得る。散乱計システムは、サーマ・ウェイブ社（1250 Reliance Way, Fremont, CA 94539）又はナノメトリックス社（1550 Buckeye Drive, Milpitas, CA 95035）販売のビームプロファイル偏光解析（エリプソメーター）及びビームプロファイル反射率測定（反射率計）が組み込まれた散乱計を含み得る。それに加えて、例えばインサイチュ計量システムは、基板の計量データを測定するように構成された統合光学デジタル形状測定（ｉＯＤＰ）散乱計測モジュールを含み得る。
【0067】
計量データは、基板、基板に形成された任意の層若しくは副層及び／又は基板上のデバイスの任意の部分に関連する形状パラメータ、機械パラメータ、電気パラメータ及び／又は光学パラメータ等のパラメトリックデータを含み得る。例えば、計量データは上述した計量システムで測定可能な任意のパラメータを含むことができる。それに加えて、計量データは膜厚、表面粗さ及び／又は界面粗さ、表面汚染、フィーチャー深さ、トレンチ深さ、ビアの深さ、フィーチャー幅、トレンチ幅、ビア幅、限界寸法（ＣＤ）、電気抵抗又はそれらのうちの２つ以上の任意の組み合わせを含むことができる。
【0068】
計量データは基板上の２つ以上の場所で測定されてもよい。さらに、このデータは１つ以上の基板について取得及び収集され得る。１つ以上の基板は、例えば基板のカセットを含み得る。計量データは、１つ以上の基板のうちの少なくとも１つの上の２以上の場所で測定され、例えば１つ以上の基板のそれぞれの複数の場所で取得され得る。
【0069】
１つ以上の基板について、計量システムを用いて計量データが収集されると、計量データは修正データを計算するためにコントローラに提供される。計量データは物理接続（例えばケーブル）又は無線接続又はその組み合せにより計量システムとコントローラとの間で通信される。それに加えて、計量データはイントラネット又はインターネット接続を通じて通信され得る。あるいは、計量データは、コンピュータ可読媒体を通じて計量システムとコントローラとの間で通信され得る。
【0070】
修正データは基板の特定の位置の処理のために計算され得る。所定の基板についての修正データは、受信計量データに関連するパラメトリックデータと所定の基板のための目標パラメトリックデータとの間の変化を得るために、基板上の位置の関数としてＧＣＩＢ線量を調節するためのプロセス条件を含む。例えば、所定の基板のための修正データは、所定の基板の修正データの非均一性を修正するためにＧＣＩＢを用いるためのプロセス条件を決定することを含み得る。あるいは、例えば、所定の基板のための修正データは、所定の基板の修正データの具体的に意図された非均一性を形成するためにＧＣＩＢを用いるためのプロセス条件を決定することを含むことができる。
【0071】
パラメトリックデータの所望の変化及びＧＣＩＢ線量の間で確立された関係と、ＧＣＩＢ線量及び一式のＧＣＩＢ処理パラメータを有するＧＣＩＢプロセス条件の間で確立された関係とを用いて、コントローラは各基板のための修正データを決定する。例えば、数学的アルゴリズムを用いて受信計量データに関連するパラメトリックデータを取り出し、受信パラメトリックデータと目標パラメトリックデータとの差を計算し、この差をフィットするためにＧＣＩＢプロセスパターン（即ち、エッチングパターン又は堆積パターン又は双方）を反転させ、パラメトリックデータの変化とＧＣＩＢ線量との間の関係を用いてＧＣＩＢプロセスパターンを得るためにビーム線量の輪郭（beam dose contour）を形成する。その後、例えば、ビーム線量とＧＣＩＢプロセス条件との間の関係を用いて算出したビーム線量の輪郭に影響を与えるためにＧＣＩＢ処理パラメータが決定される。ＧＣＩＢ処理パラメータはビーム線量、ビーム領域、ビームプロファイル、ビーム強度、ビーム走査速度又は露出時間（又はビーム滞留時間）又はそれらのうちの２つ以上の任意の組み合わせを含み得る。
【0072】
この実施形態では、数学的アルゴリズムの選択に多くの様々なアプローチを取ることができる。別の実施形態では、ビーム線量の輪郭は、パラメトリックデータの所望の変化を得るために付加的な材料を選択的に堆積し得る。
【0073】
修正データはＧＣＩＢを用いて基板に適用され得る。修正プロセスの間、ＧＣＩＢはスムージング、アモルファス化、改質、ドーピング、エッチング、成長又は堆積又はそれらのうちの２つ以上の任意の組み合わせを行うように構成され得る。基板に修正データを適用することは基板の欠陥の修正、基板の表面の平坦性の修正、層厚の修正、層の粘着性の改善を促進し得る。ＧＣＩＢスペックに処理されると、基板の均一性又は基板のパラメトリックデータの分布がその場で又はその場以外で（in-situ or ex-situ）検証され、プロセスが終了するか又は適切に改善され得る。
【0074】
【表1】
【0075】
表１では、各ＧＣＩＢプロセス条件はＧＣＩＢ組成、ビーム加速度ポテンシャル（ｋＶ）及びビームエネルギー分布関数の変更に関するＰ−Ｃｅｌｌ値を提供する。ＧＣＩＢ組成に関して、「５％ＮＦ３／Ｎ２」なる表記はＮ２内のＮＦ３の相対量（ｍｏｌ／ｍｏｌ％）を表す。Ｐ−Ｃｅｌｌ値に関して、先に説明したようにＰ−Ｃｅｌｌ値は背景ガスの流量（ｓｃｃｍ、立方センチメートル毎秒）である。背景ガスはＧＣＩＢと背景ガスとの衝突を生じさせるために増圧領域に導入され、それによりビームエネルギー分布関数が広がる。例えば、ＧＣＩＢが横断する圧力セル内の圧力は、背景ガスを流量４０ｓｃｃｍ（Ｐ−Ｃｅｌｌ値＝「４０」）で圧力セルに導入することによって上昇される（又は圧力と距離との積分＝約０．００５ｔｏｒｒ−ｃｍ）。
【0076】
図４Ａに示すように、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のエッチング速度が広範なＧＣＩＢプロセス条件のために決定された。ＧＣＩＢプロセス条件「Ａ」の場合のようにＧＣＩＢがＡｒのみを含む場合、エッチング速度は純粋に物理的な要素、例えばスパッタリングによって決定される。しかしながら、図４Ａ及び表１はＧＣＩＢの組成はエッチングプロセスに化学成分を提供するとともにエッチング速度の増加をもたらすように選択され得ることを示唆する。
【0077】
図４Ｂに示すように、棒グラフは、表１のＧＣＩＢプロセス条件の関数である二酸化シリコン（ＳｉＯ２）とフォトレジストとのエッチング選択比を示す。エッチング選択比は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のエッチング速度をフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）のエッチング速度に関連付ける（即ち、Ｅ／Ｒ ＳｉＯ２／Ｅ／Ｒ Ｐ．Ｒ．）。図４Ｂの考察は、ＣＨＦ３ベースのＧＣＩＢ組成とＣｌ２ベースのＧＣＩＢ組成は１を超えるエッチング選択比をもたらすことを示す。
【0078】
図４Ｃは、ＧＣＩＢプロセス条件及びＰ−Ｃｅｌｌ値の関数である二酸化シリコン（ＳｉＯ２）及びフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）のエッチング選択比のデータグラフである。３つのＧＣＩＢエッチングプロセスのためのＧＣＩＢプロセス条件を表２に示す。表２では、各ＧＣＩＢプロセス条件はＧＣＩＢ組成、ビーム加速度ポテンシャル（ｋＶ）及び各ＧＣＩＢ組成における各化学成分の流量（ｓｃｃｍ）を提供する。図４Ｃから分かるように、３つのＧＣＩＢプロセス条件の何れかを用いた二酸化シリコン及びフォトレジスト双方のエッチング速度はＰ−Ｃｅｌｌ値の増加に伴って減少する。
【0079】
【表2】
【0080】
図４Ｅに示すように、表２のＧＣＩＢプロセス条件及びＰ−Ｃｅｌｌ値の関数として、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のエッチング面の表面粗さのデータグラフをプロットした。表面粗さ（Ｒａ、オングストロームＡで測定）は平均粗さを表す。粗さの程度は界面及び／又は表面の不均一さの測定値であり得る。例えば、表面粗さ等の粗さの程度は最大粗さ（Ｒｍａｘ）、平均粗さ（Ｒａ）（図４Ｅに示すように）、又は二乗平均平方根（ｒｍｓ）粗さ（Ｒｑ）として数学的に特徴付けられ得る。図４Ｅの考察は次のことを示す。（１）ＳｉＯ２表面の平均粗さはＰ−Ｃｅｌｌ値の増加に伴って減少する。（２）ＣＨＦ３ベースのＧＣＩＢ組成では、Ｃｌ２ベースの組成に比べてＳｉＯ２の平均粗さが僅かに高くなる。
【0081】
図４Ｆに示すように、棒グラフは、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のエッチング速度及び表３のＧＣＩＢプロセス条件の関数である二酸化シリコン（ＳｉＯ２）とフォトレジストとのエッチング選択比を示す。エッチング選択比は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のエッチング速度をフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）のエッチング速度に関連付ける（即ち、Ｅ／Ｒ ＳｉＯ２／Ｅ／Ｒ Ｐ．Ｒ．）。表３の３つのＧＣＩＢプロセス条件のためのＧＣＩＢ組成は表２のものと同じである。しかしながら、一部のＧＣＩＢプロセス条件は比較的低い表面粗さ（３オングストローム以下の規模）を得るために調整されている。
【0082】
【表3】
【0083】
図４Ｇは、ＧＣＩＢ組成２０％ＣＨＦ３／Ｈｅの流量の関数である多結晶シリコン（Ｓｉ）に対するフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）及び窒化シリコン（ＳｉＮ）のエッチング選択比の棒グラフである。ＧＣＩＢプロセス条件は６０ｋＶのビーム加速度ポテンシャル及び０のＰ−Ｃｅｌｌ値をさらに含む。流量が３５０ｓｃｃｍから５５０ｓｃｃｍに増加すると、Ｓｉに対するＰ．Ｒ．、ＳｉＯ２及びＳｉＮのエッチング選択比が１より大きい値から１未満の値に減少する。
【0084】
図４Ｈは、ＧＣＩＢ組成１０％ＣＨＦ３／ＨｅのためのＧＣＩＢプロセス条件の関数である二酸化シリコン（ＳｉＯ２）と多結晶シリコン（Ｓｉ）とのエッチング選択比の棒グラフである。図４Ｈに示すように、Ｐ−Ｃｅｌｌ値の増加はＳｉＯ２とＳｉとのエッチング選択比を増加させる一方で流量の増加はＳｉＯ２とＳｉとのエッチング選択比を減少させる。
【0085】
【表4】
【0086】
図４Ｉは、ＳｉＯ２のエッチング速度、多結晶シリコン（Ｓｉ）のエッチング速度及びＧＣＩＢ組成１０％ＣＨＦ３／Ｏ２に加えられたＨｅの流量の関数であるＳｉＯ２とＳｉとのエッチング選択比のデータグラフである。エッチング選択比のピーク値（約１２．２）のためのＧＣＩＢプロセス条件を表４（６段目参照）に示す。Ｈｅの流量を変更したが、ＧＣＩＢプロセス条件の残りのパラメータは一定で保持された。
【0087】
図４Ｊは、ＧＣＩＢ組成１０％ＣＨｌＦ３／ＨｅのためのＰ−Ｃｅｌｌ値の関数である多結晶シリコンに対するフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）及び窒化シリコン（ＳｉＮ）のエッチング選択比の棒グラフである。ＧＣＩＢプロセス条件は６０ｋＶのビーム加速度ポテンシャル及び４５０ｓｃｃｍの流量を含む。Ｐ−Ｃｅｌｌ値が０から４０に増加すると、Ｓｉに対するＳｉＯ２及びＳｉＮのエッチング選択比が増加する一方で、Ｓｉに対するＰ．Ｒ．のエッチング選択比は減少する。
【0088】
【表5】
【0089】
表５には、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件及び得られた（ＳｉとＳｉＯ２との）エッチング選択比及びＳｉの平均表面粗さを示す。各ＧＣＩＢプロセス条件はＨｅ内に１０％のＣＢｒＦ３を含むＧＣＩＢ組成を記載する。一部ではＧＣＩＢにＮ２が添加されている。エッチング選択比は値が約０．３〜約２．５で変動し得る一方で、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速度ポテンシャル、Ｐ−Ｃｅｌｌ値及び流量を含む様々なＧＣＩＢプロセス条件を調整することで約３Ａ〜約３０Ａの範囲の平均粗さが得られている。例えば、Ｎ２の添加に加えて、ビーム加速度ポテンシャルの増加、Ｐ−Ｃｅｌｌ値の増加及びエッチング化合物の流量の低下は最も低い平均粗さをもたらす。
【0090】
【表6】
【0091】
【表7】
【0092】
【表8】
【0093】
表８に、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件及び得られた（ＳｉとＳｉＮとの）エッチング選択比及びＳｉの平均粗さを示す。各ＧＣＩＢプロセス条件はＮ２内に２％〜６％のＣｌ２を含むＧＣＩＢ組成を記載する。一部では、Ｈｅ、Ａｒ又はＮ２がＧＣＩＢに添加されている。エッチング選択比は１未満〜約１１で変動し得る一方で、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速度ポテンシャル、Ｐ−Ｃｅｌｌ値及び流量を含む様々なＧＣＩＢプロセス条件を調整することで約１２Ａ〜約１０５Ａの範囲の平均粗さが得られている。
【0094】
表９に、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件及び得られた（ＳｉとＳｉＮとの）エッチング選択比及びＳｉの平均粗さを示す。各ＧＣＩＢプロセス条件はＨｅ内に４％〜６％のＣｌ２を含むＧＣＩＢ組成を記載する。エッチング選択比は値が約１．４〜約１１で変動し得る一方で、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速度ポテンシャル、Ｐ−Ｃｅｌｌ値及び流量を含む様々なＧＣＩＢプロセス条件を調整することで約５Ａ〜約４０Ａの範囲の平均粗さが得られている。
【0095】
【表9】
【0096】
【表10】
【0097】
【表11】
【0098】
図４Ｌに示すように、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ及びＡｌ等のいくつかの金属含有材料のエッチング速度は、ＦベースのＧＣＩＢ化学物質とは対照的にＣｌベースのＧＣＩＢ化学物質を用いた場合に改善傾向がある。また、ＧＣＩＢプロセス条件「Ａ」の場合のようにＧＣＩＢがＡｒのみを含む場合、エッチング速度は純粋に物理的な要素、例えばスパッタリングによって決定される。しかしながら、図４Ｌ及び表１１はＧＣＩＢの組成はエッチングプロセスに化学成分を提供するとともにエッチング速度の増加をもたらすように選択され得ることを示唆する。
【0099】
次に図５を参照して、上述したように基板を処理するための一実施形態に係るＧＣＩＢ処理システム１００を示す。ＧＣＩＢ処理システム１００は真空容器１０２と、処理すべき基板１５２が固定される基板ホルダー１５０と、真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃとを含む。基板１５２は半導体基板、ウエハ、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、液晶ディスプレイ又は任意の他の加工対象物であり得る。ＧＣＩＢ処理システム１００は基板１５２を処理するためにＧＣＩＢを生成するように構成されている。
【0100】
図５のＧＣＩＢ処理システム１００を続けて参照して、真空容器１０２は、減圧筐体を提供するために３つの連通したチャンバ、即ち、ソースチャンバ１０４、イオン化／加速チャンバ１０６及び処理チャンバ１０８を含む。３つのチャンバは真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃによってそれぞれ好適な動作圧になるよう空気が抜かれている（evacuated）。３つの連通するチャンバ１０４、１０６、１０８では、第１のチャンバ（ソースチャンバ１０４）でガスクラスタービームを形成でき、ガスクラスタービームがイオン化及び加速される第２のチャンバ（イオン化／加速チャンバ１０６）でＧＣＩＢを形成できる。そして、第３のチャンバ（処理チャンバ１０８）で加速ＧＣＩＢが基板１５２を処理するために用いられ得る。
【0101】
図５に示すように、ＧＣＩＢ処理システム１００は、真空容器１０２に１つ以上のガス又はガスの混合物を導入するように構成された１つ以上のガス源を含み得る。例えば、第１のガス源１１１に格納された第１のガス組成は、第１のガス制御バルブ１１３Ａを通じて加圧下で１つの又は複数のガス定量バルブ１１３に入る。それに加えて、例えば、第２のガス源１１２に格納された第２のガス組成は、第２のガス制御バルブ１１３Ｂを通じて加圧下で１つの又は複数のガス定量バルブ１１３に入る。また、例えば、第１のガス組成又は第２のガス組成又は両方は凝縮性不活性ガス、キャリアーガス又は希釈ガスを含むことができる。例えば、不活性ガス、キャリアーガス又は希釈ガスは希ガス、即ちＨｅ、Ｎｅ。Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ又はＲｎを含むことができる。
【0102】
さらに、第１のガス源１１１及び第２のガス源１１２は、イオン化クラスターを生成するために単独で又はお互いを組み合わせて利用され得る。材料組成は、材料層と反応させるか又は導入することが望まれる要素の主要な原子種又は分子種を含むことができる。
【0103】
第１のガス組成又は第２のガス組成又は双方を含む高圧の凝縮性ガスは、ガス供給管１１４を通じてよどみチャンバ１１６に導入され、適切な形に形成されたノズル１１０を通じて実質的に低圧の真空内に放出される。高圧の凝縮性ガスがよどみチャンバ１１６からソースチャンバ１０４の低圧領域に膨張する結果、ガスの速度が加速して超音速になり、ガスクラスタービーム１１８がノズル１１０から発散される。
【0104】
ジェット内での膨張に起因する静的エンタルピーであるジェットの生来的な冷却（inherent cooling）が運動エネルギーのために交換されとガスジェットの一部を凝縮されて、緩やかに結合した数個〜数千個の原子又は分子でそれぞれ構成されるクラスターを有するガスクラスタービーム１１８が形成される。ソースチャンバ１０４とイオン化／加速チャンバ１０６との間のノズル１１０の出口から下流に位置するガススキマー１２０は、クラスターに凝縮されなかったかもしれないガスクラスタービーム１１８の周辺端部のガス分子を、クラスターを形成したかもしれないガスクラスタービーム１１８のコア部のガス分子から部分的に分離する。他の理由のなかで、ガスクラスタービーム１１８の一部の選択は、高圧が有害となり得る下流領域（例えば、イオン化装置１２２及び処理チャンバ１０８）内の圧力の低下につながり得る。さらに、ガススキマー１２０はイオン化／加速チャンバ１０６に入るガスクラスタービームのための最初の寸法を定義する。
【0105】
ＧＣＩＢ処理システム１００は、１つ以上のスキマー開口を有する複数のノズルも含み得る。多重ガスクラスターイオンビームシステムのデザインに関するさらなる詳細は、２００９年４月２３日に出願された「多重ノズルガスクラスターイオンビームシステム」と題する米国特許出願公開第２０１０／０１９３７０１号及び２０１０年３月２６日に出願された「多重ノズルガスクラスターイオンビーム処理システム及び操作の方法」と題する米国特許出願第２０１０／０１９３４７２号に記載されている。これらの出願の内容は参照により本願に全体的に組み込まれている。
【0106】
ソースチャンバ１０４でガスクラスタービーム１１８が形成された後、ガスクラスタービーム１１８の構成要素のガスクラスターがイオン化装置１２２によってイオン化されてＧＣＩＢ１２８を形成する。イオン化装置１２２は、イオン化／加速チャンバ１０６内のガスクラスタービーム１１８のガスクラスターと衝突するように加速及び移動させられる電子を１つ以上のフィラメント１２４から生成する電子衝突イオン化装置を含み得る。ガスクラスターとの衝突衝撃に際して、十分なエネルギーの電子はガスクラスター内の分子から電子を噴出してイオン化分子を生成する。ガスクラスターのイオン化は、通常正味の正荷電を有する帯電ガスクラスターイオンをもたらし得る。
【0107】
図５に示すように、ＧＣＩＢ１２８をイオン化、抽出、加速及びフォーカスさせるのにビーム電子装置（beam electronics）１３０が利用される。ビーム電子装置１３０は、イオン化フィラメント１２４を加熱するために電圧ＶＦを提供するフィラメント電源１３６を含む。
【0108】
それに加えて、ビーム電子装置１３０は、イオン化／加速チャンバ１０６内に、イオン化装置１２２からクラスターイオンを抽出する好適にバイアスがかけられた一式の高圧電極１２６を含む。そして、高圧電極１２６は抽出されたクラスターイオンを所望のエネルギーに加速し、ＧＣＩＢ１２８を定義するためにそれらをフォーカスさせる。ＧＣＩＢ１２８内のクラスターイオンの運動エネルギーの範囲は通常約１０００電子ボルト（１ｋｅＶ）〜数十ｋｅＶである。例えば、ＧＣＩＢ１２８は１〜１００ｋｅＶに加速させることができる。
【0109】
図５に示すように、ビーム電子装置１３０は、イオン化フィラメント１２４から放出された電子を加速させて、それらの電子をガスクラスタービーム１１８内のガスクラスターに衝突させる（それによりクラスターイオンが生成される）ためにイオン化装置１２２のアノードに電圧ＶＡを提供するアノード電源１３４をさらに含む。
【0110】
それに加えて、図５に示すように、ビーム電子装置１３０は、イオン化装置１２２のイオン化領域からイオンを抽出してＧＣＩＢを形成するために高圧電極１２６のうちの少なくとも１つにバイアスをかけるために電圧ＶＥＥを提供する抽出電源１３８を含む。例えば、抽出電源１３８は、イオン化装置１２２のアノード電圧以下の電圧を高圧電極１２６のうちの第１の電極に提供する。
【0111】
さらに、ビーム電子装置１３０は、約ＶＡＣＣ電子ボルト（ｅＶ）に等しい全ＧＣＩＢ加速エネルギーがもたらされるように、高圧電極１２６のうちの１つにイオン化装置１２２に対してバイアスをかけるために電圧ＶＡＣＣを提供する加速器電源１４０を含むことができる。例えば、加速器電源１４０は、イオン化装置１２２のアノード電圧及び第１の電極の抽出電圧以下の電圧を高圧電極１２６のうちの第２の電極に提供する。
【0112】
また、ビーム電子装置１３０は、ＧＣＩＢ１２８をフォーカスさせるために、電位（例えばＶＬ１及びＶＬ２）で高圧電極１２６の一部にバイアスをかけるために設けられ得るレンズ電源１４２、１４４を含むことができる。例えば、レンズ電源１４２は、イオン化装置１２２のアノード電圧、第１の電極の抽出電圧及び第２の電極の加速器電圧以下の電圧を高圧電極１２６のうちの第３の電極に提供することができ、レンズ電源１４４は、イオン化装置１２２のアノード電圧、第１の電極の抽出電圧、第２の電極の加速器電圧及び第３の電極の第１のレンズ電圧以下の電圧を高圧電極１２６のうちの第４の電極に提供することができる。
【0113】
なお、イオン化スキーム及び抽出スキームの双方の多くの変形が用いられ得る。本願に記載のスキームは説明のために有用であるが、別の抽出スキームはイオン化装置及び抽出電極（又は抽出光学系）の第１の要素をＶＡＣＣにセットすることを伴う。これは、イオン化装置電源のための制御電圧の光ファイバープログラム（fiber optics programming）を通常必要とするが、よりシンプルな全体的な光学列（optics train）を形成する。本願に記載の発明はイオン化装置及び抽出レンズバイアスの詳細に関係なく有用である。
【0114】
イオン化／加速チャンバ１０６内の、高圧電極１２６の下流にあるビームフィルター１４６は、処理チャンバ１０８に入る濾過されたプロセスＧＣＩＢ１２８Ａを定義するために、モノマー又はモノマー及び光クラスターイオン（light cluster ion）をＧＣＩＢ１２８から取り除くために用いることができる。一実施形態では、ビームフィルター１４６は１００以下の原子又は分子又は両方を有するクラスターの数を実質的に削減する。ビームフィルターは、濾過プロセスを支援するためにＧＣＩＢ全体に磁界をかける磁石アセンブリを含み得る。
【0115】
図５を続けて参照して、ビームゲート１４８はイオン化／加速チャンバ１０６内のＧＣＩＢ１２８の経路に配置されている。ビームゲート１４８は、ＧＣＩＢ１２８がイオン化／加速チャンバ１０６から処理チャンバ１２８に移ってプロセスＧＣＩＢ１２８Ａを定義できる開状態と、ＧＣＩＢ１２８が処理チャンバ１０８に入ることが妨げられる閉状態とを有する。制御ケーブルは制御信号を制御システム１９０からビームゲート１４８に導く。制御信号は、ビームゲート１４８を開状態又は閉状態の間で切り替える制御が可能である。
【0116】
ウエハ若しくは半導体ウエハ、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又はＧＣＩＢで処理すべき他の基板であり得る基板１５２が処理チャンバ１０８内のプロセスＧＣＩＢ１２８Ａの経路に配置されている。殆どの用途は空間的に均一な結果で大きな基板を処理することを熟考するため、大きな範囲に亘ってプロセスＧＣＩＢを均一に走査して空間的に均一な結果を得るために走査システムが望ましい。
【0117】
Ｘ走査アクチュエーター１６０は、（紙面に出入りする）Ｘ走査動作の方向に基板ホルダー１５０の直線動作を提供する。Ｙ走査アクチュエーター１６２は、Ｘ走査動作に通常垂直なＹ走査動作１６４の方向に基板ホルダー１５０の直線動作を提供する。Ｘ走査動作及びＹ走査動作の組み合わせは、ラスター様の走査動作でプロセスＧＣＩＢ１２８Ａを通って基板ホルダー１５０により保持されている基板１５２を移動させて、基板１５２の処理のためにプロセスＧＣＩＢ１２８Ａによる基板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。
【0118】
基板ホルダー１５０は、プロセスＧＣＩＢ１２８Ａが基板１５２の表面に対してビーム入射角（angle of beam incidence）１６６を有するように、プロセスＧＣＩＢ１２８Ａの軸に対する角度で基板１５２を配置する。ビーム入射角１６６は９０°であってもよいし他の角度であってもよいが、一般には９０°又は約９０°である。Ｙ走査の間、基板１５２及び基板ホルダー１５０は、符号１５２Ａ及び１５０Ａがそれぞれ付された図示の位置から代替位置「Ａ」に移動する。なお、２つの位置を移動する際に、基板１５２はプロセスＧＣＩＢ１２８Ａを通じて走査され、双方の対極位置でプロセスＧＣＩＢ１２８Ａの経路外に完全に動かされる（オーバースキャン）。図５に明示していないが、同様の走査及びオーバースキャンが（通常）垂直な（紙面に出入りする）Ｘ走査動作方向で行われる。
【0119】
ビーム電流センサ１８０は、基板ホルダー１５０がプロセスＧＣＩＢ１２８Ａの経路外で走査された場合にプロセスＧＣＩＢ１２８Ａのサンプルをインターセプトするために、基板ホルダー１５０の後ろのプロセスＧＣＩＢ１２８Ａの経路内に配置され得る。ビーム電流センサ１８０は、ビーム入射開口以外は閉じており、電気絶縁取り付け具１８２により真空容器１０２の壁部に通常取り付けられるファラデーカップ等であるのが一般的である。。
【0120】
図５に示すように、プロセスＧＣＩＢ１２８Ａ内に又は外に基板１５２を置き、プロセスＧＣＩＢ１２８Ａによる基板１５２の望ましい処理を実現するためにプロセスＧＣＩＢ１２８Ａに対して基板１５２を均一に走査するために、制御システム１９０は、電気ケーブルを通じてＸ走査アクチュエーター１６０及びＹ走査アクチュエーター１６２を連結してＸ走査アクチュエーター１６０及びＹ走査アクチュエーター１６２を制御する。制御システム１９０は、ビーム電流センサ１８０によって収集されたサンプルビーム電流を電気ケーブルにより受信することでＧＣＩＢをモニタリングし、所定の線量が届けられた場合にプロセスＧＣＩＢ１２８Ａから基板１５２を移動させることで基板１５２が受けるＧＣＩＢの線量を制御する。
【0121】
図６に示す実施形態では、ＧＣＩＢ処理システム１００’は図５の実施形態と同様であり得るが、基板２５２を保持し、２つの軸に移動させる動作が可能なＸ−Ｙ位置決めテーブル２５３をさらに含み、プロセスＧＣＩＢ１２８Ａに対して基板２５２を効果的に走査できる。例えば、Ｘ動作は紙面に出入りする動作を含み、Ｙ動作は方向２６４に沿った動作を含むことができる。
【0122】
プロセスＧＣＩＢ１２８Ａは、基板２５２の表面上の予測衝突領域（projected impact region）２８６で且つ基板２５２の表面に対するビーム入射角２６６で基板２５２に衝突する。Ｘ−Ｙ動作により、Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２５３は、表面の全ての領域がプロセスＧＣＩＢ１２８Ａによる処理のために予測衝突領域２８６に一致するように、基板２５２の表面の各部をプロセスＧＣＩＢ１２８Ａの経路に配置することができる。Ｘ−Ｙコントローラ２６２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のぞれぞれの位置及び速度を制御するために、電気ケーブルを通じてＸ−Ｙ位置決めテーブル２５３に電気信号を提供する。Ｘ−Ｙコントローラ２６２は、電気ケーブルを通じて制御システム１９０から制御信号を受信するとともに、制御システム１９０による操作が可能である。Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２５３は、基板２５２の様々な領域を予測衝突領域２８６内に配置するために従来のＸ−Ｙテーブル位置決め技術に従って連続動作で又は段階動作で動作可能である。一実施形態では、Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２５３は、プログラム可能な速度で基板２５２の任意の部分をプロセスＧＣＩＢ１２８ＡによるＧＣＩＢ処理のために予測衝突領域２８６の全体に亘って走査するためにプログラムによる制御システム１９０による操作が可能である。
【0123】
位置決めテーブル２５３の基板保持面２５４は導電性であり、制御システム１９０によって操作される線量測定プロセッサに接続されている。位置決めテーブル２５３の電気絶縁層２５５は基板２５２及び基板保持面２５４を位置決めテーブル２５３のベース部２６０から分離する。入射するプロセスＧＣＩＢ１２８Ａによって基板２５２内に誘発される電荷は基板２５２及び基板保持面２５４を通じて導電され、信号は線量測定のために位置決めテーブル２５３を通じて制御システム１９０に連結されている。線量測定はＧＣＩＢ処理線量を求めるためにＧＣＩＢ電流を統合するための統合手段を有する。特定の状況では、電子フラッドと時折呼ばれる電子のターゲット中和源（図示せず）を用いてプロセスＧＣＩＢ１２８Ａが中和され得る。そのような場合、電荷源が加えられるにも関わらず正確な線量測定を確かなものにするためにファラデーカップ（図示していないが図５のビーム電流センサ１８０と同様であり得る）が使用され得る。その理由は、一般的なファラデーカップは高エネルギーの正イオンのみを通して測定されるようにするからである。
【0124】
動作時、制御システム１９０は、基板２５２をプロセスＧＣＩＢ１２８Ａで照射するためにビームゲート１４８の開放を伝える。制御システム１９０は、基板２５２が受けた累積線量を算出するために、基板２５２によって収集されたＧＣＩＢ電流の測定値をモニタリングする。基板２５２が受けた線量が所定の線量に達すると、制御システム１９０はビームゲート１４８を閉じて、基板２５２の処理が完了する。基板２５２の異なる領域を処理するため適切なビーム滞留時間を得るために、基板２５２の所定の領域のために受けられたＧＣＩＢ線量の測定値に基づいて、制御システム１９０は走査速度を調整することができる。
【0125】
あるいは、プロセスＧＣＩＢ１２８Ａは、基板２５２の表面全体に亘って固定のパターン且つ一定の速度で走査され得る。しかしながら、意図的に非均一な線量をサンプルに届けるためにＧＣＩＢ強度が調節される（Ｚ軸調節と呼ばれ得る）。ＧＣＩＢ強度はＧＣＩＢ処理システム１００’において、ＧＣＩＢ源からのガス流を変えること、フィラメント電圧ＶＦを変更すること又はアノード電圧ＶＡを変更することのいずれかによりイオン化装置１２２を調節すること、レンズ電圧ＶＬ１及び／又はＶＬ２を変更することによりレンズフォーカスを調節すること又は可変ビームブロック、調整可能シャッター又は可変開口でＧＣＩＢの一部を機械的にブロックすることを含む様々な方法のうちの任意のもので調節され得る。調節変更は連続的なアナログ変更であり得るか又は時間調節された切り替え又はゲーティングであり得る。
【0126】
処理チャンバ１０８はインサイチュ計量システムをさらに含み得る。例えば、インサイチュ計量システムは光送信器２８０及び光受信器２８２を有する光学診断システムを含み得る。光送信器２８０及び光受信器２８２は、入射光信号２８４で基板２５２を照射し、基板２５２から散乱した光信号２８８を受信するようにそれぞれ構成されている。光学診断システムは入射光信号２８４及び散乱光信号２８８が処理チャンバ１０８に出入りできるように通過させる光の窓（optical window）を含む。さらに、光送信器２８０及び光受信器２８２はそれぞれ送信光学系及び受信光学系を含み得る。光送信器２８０は制御システム１９０からの制御電気信号を受信するとともに応答可能である。光受信器２８２は制御システム１９０に測定信号を返す。
【0127】
インサイチュ計量システムはＧＣＩＢ処理の進展をモニタリングするように構成された任意の手段を含み得る。一実施形態によれば、インサイチュ計量システムは光学散乱計システムを構成し得る。散乱計システムはサーマ・ウェイブ社（1250 Reliance Way, Fremont, CA 94539）又はナノメトリックス社（1550 Buckeye Drive, Milpitas, CA 95035）から市販されているビームプロファイル偏光解析（エリプソメーター）及びビームプロファイル反射率測定（反射率計）が組み込まれた散乱計を含み得る。
【0128】
例えば、インサイチュ計量システムは、ＧＣＩＢ処理システム１００’における処理プロセスの実行から得られるプロセスパフォーマンスデータを測定するように構成された統合光学デジタル形状測定（ｉＯＤＰ）散乱計測モジュールを含み得る。計量システムは、例えば処理プロセスに起因する計量データを測定又はモニタリングし得る。計量データは、例えば、処理速度、相対処理速度、フィーチャープロファイル角、限界寸法、フィーチャー厚さ又は深さ、フィーチャー形状等の処理プロセスを特徴付けるパフォーマンスデータを決定するために利用することができる。例えば、基板上に材料を指向性堆積（directionally depositing）するプロセスでは、プロセスパフォーマンスデータは、フィーチャー（即ち、ビア、線等）におけるＴＣＤ、ＭＣＤ又はＢＣＤ等の限界寸法（ＣＤ）、フィーチャー深さ、材料の厚さ、側壁の角度、側壁の形状、堆積速度、相対堆積速度、任意のパラメータの空間分布、任意の空間分布の均一性を特徴付けるパラメータを含み得る。制御システム１９０からの制御信号を通じてＸ−Ｙ位置決めテーブル２５３を操作することで、インサイチュ計量システムは基板２５２の１以上の特徴をマッピングできる。
【0129】
図７に示す実施形態では、ＧＣＩＢ処理システム１００’’は図５の実施形態と同様であり得るが、例えばイオン化／加速チャンバ１０６の出口領域に又は近傍に配置された圧力セルチャンバ３５０をさらに含む。圧力セルチャンバ３５０は、圧力セルチャンバ３５０内の圧力を高めるために圧力セルチャンバ３５０に背景ガスを供給するように構成された不活性ガス源３５２と、圧力セルチャンバ３５０内の高められた圧力を測定するように構成された圧力センサ３５４を含む。
【0130】
圧力セルチャンバ３５０は、調節されたプロセスＧＣＩＢ１２８Ａ’を生成するためにＧＣＩＢ１２８のビームエネルギー分布を調節するように構成され得る。このビームエネルギー分布の調節は、圧力セルチャンバ３５０内の増圧領域をＧＣＩＢ１２８の少なくとも一部が横断するように、ＧＣＩＢ１２８を増圧領域を通じてＧＣＩＢ経路に沿って移動させることによって得られる。ビームエネルギー分布になされる調節の程度は、ＧＣＩＢ経路の少なくとも一部に沿った圧力と距離との積分により特徴付けられ得る。ここで、距離（又は圧力セルチャンバ３５０の長さ）は経路長（ｄ）により示される。圧力と距離との積分の値が大きくなると（圧力及び／又は経路長（ｄ）を大きくすることにより）、ビームエネルギー分布が広がり、ピークエネルギーが減少する。圧力と距離との積分の値が小さくなると（圧力及び／又は経路長（ｄ）を小さくすることにより）、ビームエネルギー分布は狭くなり、ピークエネルギーが上昇する。圧力セルのデザインについてのさらなる詳細は、「ガスクラスターイオンビームを用いた改善されたプロセスのための方法及び装置」と題する米国特許第７０６０９８９号から決定され得る。該特許は参照により本願に全体的に組み込まれる。
【0131】
制御システム１９０はマイクロプロセッサ、メモリ及びＧＣＩＢ処理システム１００（又は１００’、１００’’）への入力を伝達する及びアクティブにするのに加えて、ＧＣＩＢ処理システム１００（又は１００’、１００’’）からの出力をモニタリングするのに十分な制御電圧を生成することが可能なデジタルＩ／Ｏポートを含む。さらに、制御システム１９０は真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃ、第１のガス源１１１、第２のガス源１１２、第１のガス制御バルブ１１３Ａ、第２のガス制御バルブ１１３Ｂ、ビーム電子装置１３０、ビームフィルター１４６、ビームゲート１４８、Ｘ走査アクチュエーター１６０、Ｙ走査アクチュエーター１６２及びビーム電流センサ１８０に連結できるとともにそれらと情報のやりとりを行うことができる。例えば、基板１５２にＧＣＩＢプロセスを行うためにプロセスレシピに従って、メモリに保存されたプログラムを用いてＧＣＩＢ処理システム１００の前述の構成要素への入力をアクティブにすることができる。
【0132】
しかしながら、制御システム１９０は、メモリに含まれる１以上の指令からなる１以上のシーケンスをプロセッサが実行することに応答して、本発明のマイクロプロセッサベースの処理ステップの一部又は全てを行う汎用コンピュータシステムとして実施され得る。そのような指令は、ハードディスク又はリムバブルメディアドライブ等の別のコンピュータ可読媒体からコントローラメモリに読み込まれ得る。マルチプロセッシング構成の１つ以上のプロセッサを、メインメモリに含まれる指令のシーケンスを実行するコントローラのマイクロプロセッサとして用いてもよい。代替的な実施形態では、ソフトウェア指令に代えて又はソフトウェア指令と組み合わせて有線回路を用いてもよい。そのため、実施形態は、ハードウェア回路とソフトウェアとの任意の特定の組み合わせに限定されない。
【0133】
制御システム１９０は、上述したように任意数の処理要素を構成するのに用いることができ、制御システム１９０は処理要素からのデータを回収、提供、処理、保存及び表示することができる。制御システム１９０は多数のアプリケーションに加えて、処理要素のうちの１つ以上を制御するための多数のコントローラを含むことができる。例えば、制御システム１９０は、ユーザーが１つ以上の処理要素をモニタリング及び／又は制御できるようにするグラフィックユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）コンポーネント（図示せず）を含むことができる。
【0134】
制御システム１９０はＧＣＩＢ処理システム１００（又は１００’、１００’’）に対して局所的に（locally）位置していてもよいしＧＣＩＢ処理システム１００（又は１００’、１００’’）に対して遠隔的に位置していてもよい。例えば、制御システム１９０は、直接接続、イントラネット及び／又はインターネットを用いてＧＣＩＢ処理システム１００とデータのやりとりを行うことができる。制御システム１９０は、例えば顧客サイト（即ち、装置メーカー等）におけるイントラネットに連結することもできるし、ベンダーサイト（即ち、機器製造業者）においてイントラネットに連結することもできる。あるいは又はそれに加えて、制御システム１９０はインターネットに連結することができる。さらに、別のコンピュータ（即ち、コントローラ、サーバー等）がデータのやりとりを行うために直接接続、イントラネット及び／又はインターネットを通じて制御システム１９０にアクセスすることができる。
【0135】
基板１５２（又は２５２）は機械式クランプシステム又は電気式クランプシステム（例えば静電クランプシステム）等のクランプシステム（図示せず）を通じて基板ホルダー１５０（又は基板ホルダー２５０）に取り付け可能である。さらに、基板ホルダー１５０（又は２５０）は、基板ホルダー１５０（又は２５０）及び基板１５２（又は２５２）の温度を調整及び／又は制御するように構成された加熱システム（図示せず）又は冷却システム（図示せず）を含むことができる。
【0136】
真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃは、最大で毎秒約５０００リットル（以上）のポンプ速度が可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）と、チャンバ圧を調整するためのゲートバルブとを含むことができる。従来の真空処理装置では、毎秒１０００〜３０００リットルのＴＭＰを用いることができる。ＴＭＰは通常約５０ｍＴｏｒｒ未満の低圧処理に有用である。図示していないが、圧力セルチャンバ３５０も圧力ポンプシステムを含み得ることが分かる。さらに、チャンバ圧力をモニタリングするための装置（図示せず）を真空容器１０２又は３つの真空チャンバ１０４、１０６、１０８のうちのいずれかに連結することができる。圧力測定装置は、例えばキャパシタンスマノメーター又はイオン化ゲージであり得る。
【0137】
次に図８を参照して、ガスクラスタージェット（ガスクラスタービーム１１８、図５、図６及び図７）をイオン化するためのイオン化装置（１２２、図５、図６及び図７）の部位３００を示す。部位３００はＧＣＩＢ１２８の軸に対して垂直である。一般的なガスクラスターサイズ（原子数２０００〜１５０００）の場合、ガススキマー（１２０、図５、図６及び図７）を離れてイオン化装置（１２２、図５、図６及び図７）に入るクラスターは約１３０〜１０００電子ボルト（ｅＶ）の運動エネルギーで移動する。これらの低エネルギーでは、イオン化装置１２２内の空間電荷中和度からの逸脱は、ビーム電流の大幅な損失を伴うジェットの急速な分散をもたらす。図８は自己中和イオン化装置を示す。他のイオン化装置と同様に、ガスクラスターは電子衝突によってイオン化される。このデザインでは、熱電子（３１０により７つの例を示す）が複数のリニア熱電子フィラメント３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃ（通常タングステン）から放出され、電子リペラー電極３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃ並びにビーム形成電極３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃによって提供される好適な電界の作用によって抽出及びフォーカスされる。熱電子３１０はガスクラスタージェット及びジェット軸を通過し、そして反対側のビーム形成電極３０４ｂに衝突して低エネルギーの第２の電子（例として示す３１２、３１４及び３１６）を生成する。
【0138】
（便宜上）図示していないが、リニア熱電子フィラメント３０２ｂ及び３０２ｃも、後で低エネルギーの二次電子を生成する熱電子を生成する。二次電子の全ては、空間電荷中和度を維持するために必要な正イオン化ガスクラスタージェットに引き込むことが可能な低エネルギーの電子を提供することによって、イオン化クラスタージェットが空間電荷中和度のままにするのに役立つ。ビーム形成電極３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃはリニア熱電子フィラメント３０２ａ、３０４ｂ及び３０２ｃに対して正のバイアスがかけられており、電子リペラー電極３０６ａ、３０２ｂ及び３０６ｃはリニア熱電子フィラメント３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃに対して負のバイアスがかけられている。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する。例えば、この自己中和イオン化装置は効果的であり、１０００マイクロアンペアのアルゴンＧＣＩＢを実現する。
【0139】
あるいは、イオン化装置はクラスターをイオン化するためにプラズマからの電子抽出を用いり得る。これらのイオン化装置の形状は、上述した３つのフィラメントのイオン化装置とはかなり異なるが動作の原理及びイオン化装置の制御は非常に似ている。次に図９を参照して、ガスクラスタージェット（ガスクラスタービーム１１８、図５、図６及び図７）をイオン化するためのイオン化装置（１２２、図５、図６及び図７）の部位４００を示す。部位４００はＧＣＩＢ１２８の軸に対して垂直である。一般的なガスクラスターサイズ（原子数２０００〜１５０００）の場合、ガススキマー（１２０、図５、図６及び図７）を離れてイオン化装置（１２２、図５、図６及び図７）に入るクラスターは約１３０〜１０００電子ボルト（ｅＶ）の運動エネルギーで移動する。これらの低エネルギーでは、イオン化装置１２２内の空間電荷中和度からの逸脱は、ビーム電流の大幅な損失を伴うジェットの急速な分散に帰結する。図９は自己中和イオン化装置を示す。他のイオン化装置と同様に、ガスクラスターは電子衝突によってイオン化される。
【0140】
イオン化装置は、支持プレート（図示せず）によって支持されるとともに電気的に連結された細い棒状（thin rod）のアノード電極４５２のアレイを含む。細い棒状のアノード電極４５２のアレイはガスクラスタービーム（例えば、ガスクラスタービーム１１８、図５、図６及び図７）の軸と実質的に同心円状である。イオン化装置は、別の支持プレート（図示せず）に支持されるとともに電気的に連結された細い棒状の電子リペラー電極４５８のアレイも含む。細い棒状の電子リペラー電極４５８のアレイはガスクラスタービーム（例えば、ガスクラスタービーム１１８、図５、図６及び図７）の軸と実質的に同心円状である。イオン化装置はさらに別の支持プレート（図示せず）に支持されるとともに電気的に連結された細い棒状のイオンリペラー電極４６４のアレイをさらに含む。細い棒状のイオンリペラー電極４６４のアレイはガスクラスタービーム（例えば、ガスクラスタービーム１１８、図５、図６及び図７）の軸と実質的に同心円状である。
【0141】
プラズマ電子源４７０からビーム領域４４４にエネルギー電子が供給される。プラズマ電子源４７０は、プラズマ領域４４２内でプラズマが形成されるプラズマチャンバ４７２を含む。プラズマ電子源４７０は熱電子フィラメント４７６、ガス入口開口４２６及び複数の抽出開口４８０をさらに含む。熱電子フィラメント４７６は絶縁体４７７によりプラズマチャンバ４７０から絶縁されている。一例として、熱電子フィラメント４７６は「ピグテール」構成で巻数が１．５のタングステンフィラメントを含み得る。
【0142】
ガスクラスターイオン化装置の部位４００は複数の開口４８２を有する電子加速電極４８８を含む。それに加えて、部位４００は複数の開口４８４を有する電子減速電極４９０を含む。複数の開口４８２、複数の開口４８４及び複数の抽出開口４８０の全てはプラズマ領域４４２からビーム領域４４４に並んでいる。
【0143】
希ガス等のプラズマ形成ガスはガス入口開口４２６を通じてプラズマチャンバ４７２に流入する。絶縁ガス供給線４２２は、プラズマチャンバ４７２へのプラズマ形成ガスの流入を調整する遠隔制御可能なガス弁４２４に加圧プラズマ形成ガスを提供する。
【0144】
フィラメント電源４０８は、熱電子放出を促進するために熱電子フィラメント４７６を通じて電流を駆動するためにフィラメント電圧（ＶＦ）を提供する。フィラメント電源４０８は、３〜５Ｖ（ボルト）で約１４０〜２００Ａ（アンペア）を制御可能に提供する。アーク電源４１０は、熱電子フィラメント４７６に対してプラズマチャンバ４７２に正のバイアスをかけるためにアーク電圧（ＶＡ）を制御可能に提供する。アーク電源４１０は一般に固定電圧で、通常約３５Ｖで動作し、プラズマを形成するためにプラズマチャンバ４７２内で電子を加速するための手段を提供する。アーク電源４１０によって供給されるアーク電流を調整するためにフィラメント電流が制御される。アーク電源４１０はプラズマアークに最大で５Ａのアーク電流を提供することができる。
【0145】
電子減速電極４９０は、プラズマチャンバ４７２に対して電子バイアス電源４１２によって正のバイアスがかけられている。電子バイアス電源４１２は３０〜４００Ｖの範囲に亘って制御及び調整が可能なバイアス電圧（ＶＢ）を提供する。電子加速電極４８８は、電子減速電極４９０に対して電子抽出電源４１６に正のバイアスがかけられている。電子抽出電源４１６は２０〜２５０Ｖの範囲で制御可能な電子抽出電圧（ＶＥＥ）を提供する。加速電源４２０は、アースに対して細い棒状のアノード電極４５２のアレイ及び電子減速電極４９０に正のバイアスを書けるために加速電圧（ＶＡＣＣ）を提供する。ＶＡＣＣは、部位４００に示すガスクラスターイオン化装置により生成されるガスクラスターイオンのための加速電位であり、１〜１００ｋＶの範囲で制御及び調整が可能である。電子リペラー電源４１４は、ＶＡＣＣに対して細い棒状の電子リペラー電極４５８のアレイに負のバイアスをかけるために電子リペラーバイアス電圧（ＶＥＲ）を提供する。ＶＥＲは５０〜１００Ｖの範囲で制御可能である。イオンリペラー電源４１８は、ＶＡＣＣに対して細い棒状のイオンリペラー電極４６４のアレイに正のバイアスをかけるためにイオンリペラーバイアス電圧（ＶＩＲ）を提供する。ＶＩＲは５０〜１５０Ｖの範囲で制御可能である。
【0146】
光ファイバーコントローラ４３０はケーブル４３４で電気制御信号を受信し、接地された制御システムからの信号を用いて高い電位で動作する構成要素を制御するために、それらを受信した信号を制御リンク４３２上の光信号に変換する。光ファイバー制御リンク４３２は、遠隔制御可能なガス弁４２４、フィラメント電源４０８、アーク電源４１０、電子バイアス電源４１２、電子リペラー電源４１４、電子抽出電源４１６及びイオンリペラー電源４１８に制御信号を伝送する。
【0147】
例えば、イオン化装置のデザインは、「ガスクラスターイオンビーム形成のためのイオン化装置及び方法」と題する米国特許第７１７３２５２号に記載のイオン化装置と同様であり得る。該特許は参照に本願に全体的に組み込まれている。
【0148】
イオン化装置（１２２、図５、図６及び図７）は、ＧＣＩＢ１２８の帯電状態を変更することによりＧＣＩＢ１２８のビームエネルギー分布を調節するように構成され得る。例えば、帯電状態は、ガスクラスターの電子衝突誘導イオン化で利用される電子の電子フラックス、電子エネルギー又は電子エネルギー分布を調整することにより調節され得る。
【0149】
図１０の実施形態では、ＧＣＩＢ処理システム１０００は図５の実施形態と同様であり得るが、例えば、処理チャンバ１０８内でイオン化／加速チャンバ１０６の出口領域に又は近傍に１つ以上の分子ビームノズル１６８をさらに含む。分子ビームノズル１６８はガス源１７２から高圧ガスを受け取り得る。分子ビームノズル１６８は高圧のガスを受け取るガス吸気口接続部と、ガスの分子が高速で分子ビームノズル１６８から出ることができるようにするオリフィス（図示せず）を含み得る。一般に、ガスの速度は音速の未満であり得る。しかしながら、他の実施形態では、ガスの速度は音速よりも速いことがある。ガスの分子は、狭いビーム角度分布関数、即ち、処理チャンバ１０８内に発射されるガス分子のコリメートされたか又は実質的にコリメートされた軌道によって特徴付けられる分子ビームを分子が形成できるようにするオリフィスから非常に高速で出て行き得る。より一般的に、本願で言及する分子ビームという用語は、例えばガス若しくは蒸気ジェットを含むか又は１つ以上のスキマーを用いて（実質的に）コリメートされたガス又は蒸気ジェットを含む、ＧＣＩＢと交差するように方向付けられた原子及び／又は分子の構成要素を含むガス又は蒸気の方向を持った噴出（directed effusion）である。高圧ガスは限定されないが希ガス（例えば、Ａｒ、Ｎｅ等）、窒素、酸化ガス（例えば、Ｏ２、Ｏ３）、ハロゲンガス、自然発火性ガス（例えば、ＳｉＨ４）を含み得る。
【0150】
一実施形態では、分子ビームは希ガス、窒素又はその組み合わせを含み得る。特定の場合では、分子ビームは、分子ビームの主たる目的がＧＣＩＢと化学的に反応することではない点から比較的不活性なものではない。例えば、分子ビームとＧＣＩＢとの相互作用は、本質的に化学的であるよりも物理的（例えば原子の衝突）であり得る。しかしながら、それらの相互作用には何ら化学反応がないと推測すべきではない。それよりも、本実施形態では、物理的な相互作用は、化学反応よりもＧＣＩＢ又は基板に対して少なくとも規模の大きい影響を有し得る。
【0151】
しかしながら、別の実施形態では、分子ビームは、分子ビームとＧＣＩＢとの間の化学的な相互作用を高め得るより反応性の高いガスを含み得る。例えば、酸化ガス（例えば、Ｏ２、Ｏ３）、ハロゲンガス（例えば、Ｃｌ、Ｆ等）又は自然発火性ガス（例えば、ＳｉＨ４）を上述したＧＣＩＢガスの任意のものと組み合わせて用いてもよい。この場合、分子ビームとＧＣＩＢとの相互作用は、ＧＣＩＢ、基板又はそれらの組み合わせとの物理的な相互作用及び化学的な相互作用を含み得る。化学反応は、分子ビームノズルに提供されないか又は分子ビームノズルを通過しない別の化学分子を形成することを含み得る。化学分子はＧＣＩＢ及び／又は基板の特性を変更するのに用いられ得る。
【0152】
分子ビームノズルは、例えばオリフィス、集束ノズル又は集束分散ノズルを含み得る。そして、分子ビームノズルはノズルスキマーを含んでもよいし含まなくてもよい。分子ビーム（図示せず）は、ＧＣＩＢ１２８Ａ’の特性を変更又は改質するのに使用され得る高圧の局所領域を形成する。例えば、一実施形態では、分子ビームはＧＣＩＢ１２８Ａ’と衝突し、ＧＣＩＢ１２８Ａ’及び分子ビーム双方の構成要素の衝突を通じてＧＣＩＢ１２８Ａ’のビームエネルギー分布、ビーム角分布、ビーム組成又は角度を変更し得る。別の実施形態では、分子ビームはＧＣＩＢ１２８Ａ’と基板１５２との交差点の方に向けられ得る。このように、基板１５２の露出面で又は露出面上で１つ以上の分子ビームとＧＣＩＢ１２８Ａ’と交差させることは、ＧＣＩＢ１２８Ａ’と基板１５２との間の化学的及び／又は物理的な相互作用に影響を及ぼし得る。例えば、基板１５２の表面で局所的な高圧領域が形成され、それがイオンビーム特性を改質し得る及び／又はＧＣＩＢ１２８Ａ’の結果として基板１５２の表面で生じ得る化学反応に影響を及ぼし得る。上述した双方の実施形態では、基板１５２におけるエッチング速度又はエッチングプロファイルに影響を及ぼし得るＧＣＩＢ１２８Ａ’のエッチング特性が変更され得る。そして、ＧＣＩＢと１つ以上の分子ビームとの相互作用をＧＣＩＢエッチングの文脈で説明したが、限定されないがＧＣＩＢを援用した洗浄、堆積、成長、ドーピング、化学的又は物理的な変更、高密度化、アモルファス化、スムージング等を含む任意の種類のＧＣＩＢ処理を行うのに使用され得る。
【0153】
図１０は、ＧＣＩＢ１２８Ａ’を向いた角度及び基板１５２からのオフセット距離にある分子ビームノズル１６８の配置の一実施形態を示す。角度は分子ビームとＧＣＩＢ１２８Ａ’との相対位置を表し得る。角度はＧＣＩＢ１２８Ａ’から、分子ビームまで又はその逆で測定され得る。オフセット距離は分子ビームとＧＣＩＢ１２８Ａとの交差点及び基板１５２の表面の間の距離であり得る。他の実施形態では、分子ビームノズル１６８は、分子ビームが略９０°〜約０°の間の角度でイオンビームをインターセプトでき得る任意の向きで配置され得る。角度は基板１５２の表面における所望のプロセス条件に基づいて変更され得る。同様に、オフセット距離もプロセス別に変更され得る。
【0154】
図５で上述した機能に加えて、図１０の制御システム１９０は分子ガスノズル１６８の配置及びガス源１７２を制御し得る。しかしながら、制御システム１９０は、メモリに含まれる１以上の指令からなる１以上のシーケンスをプロセッサが実行することに応答して、本発明のマイクロプロセッサベースの処理ステップの一部又は全てを行う汎用コンピュータシステムとして実施され得る。そのような指令は、ハードディスク又はリムバブルメディアドライブ等の別のコンピュータ可読媒体からコントローラメモリに読み込まれ得る。マルチプロセッシング構成の１つ以上のプロセッサを、メインメモリに含まれる指令のシーケンスを実行するコントローラのマイクロプロセッサとして用いてもよい。代替的な実施形態では、ソフトウェア指令に代えて又はソフトウェア指令と組み合わせて有線回路を用いてもよい。そのため、実施形態は、ハードウェア回路とソフトウェアとの任意の特定の組み合わせに限定されない。
【0155】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、ＧＣＩＢ１２８Ａ’と分子ビームとの交差の位置（例えば、図１１Ａ）及びＧＣＩＢ１２８Ａ’及び基板１５２に対する分子ガスノズル１６８の相対位置（例えば図１１Ｂ及び図１１Ｃ）を説明する概略図を含む。図１１Ａに示すように、分子ビームとＧＣＩＢ１２８Ａ’との間の入射角１７０は０〜９０°であり得る。入射角はＧＣＩＢ１２８Ａ’から分子ビームまで測定され得る。分子ビームは図１１Ａに図示していない。
【0156】
図１１Ｂには、交差点１７６及び入射角１７８でＧＣＩＢ１２８Ａ’と交差する分子ビーム１７４を示す。交差点１７６は基板１５２からオフセット距離１８０の所に位置し得る。上述したように、入射角は０〜９０°の間で変化し得る。同様に、オフセット距離もＧＣＩＢ１２８Ａ’の長さに沿って変化し得る。分子ビームノズル１６８も、ＧＣＩＢ１２８Ａ’と分子ビームノズル１６８との間の距離を表すビームオフセット距離１８２により変化し得る。図１１Ａに示すこれらの距離及び位置の変数は、基板１５２で起こり得るエッチング又は化学処理を制御又は調整するために変更され得る。図１１Ｃに示すように、入射角１８４及びビームオフセット距離１８６は、分子ビーム１７４が基板１５２と直接又は基板１５２の表面の非常に近く接触するように変更できる。
【0157】
図１２Ａ〜図１２Ｈは、図１０に示すＧＣＩＢ処理システム１０００の１以上の実施形態の一部である分子ビーム１７４と交差し得るイオンビーム（例えばＧＣＩＢ１２８Ａ’）を示す。大まかに、１つ以上の分子ビーム１７４をＧＣＩＢ１２８Ａ’、基板１５２又は両方に注入する１つ以上の分子ビームノズル１６８が処理チャンバ１０８内に位置し得る。１つ以上の分子ビームノズル１６８の配置は２次元又は３次元配置内で対称又は非対称であり得る。図を簡略化する観点のみから、図１２Ａ〜図１２Ｈは特定の実施形態を表し、２次元に限定されている。しかしながら、分子ビームノズル１６８、１８８は基板１５２に近接して３次元配列に構成してもよい。
【0158】
図１２Ａは、ＧＣＩＢ１２８Ａ’の周りに対称に配置された第１の分子ビームノズル１６８及び第２の分子ビームノズル１８８を含む処理チャンバ１０８の構成を示す。この場合、対称は第１のビームノズル１６８及び第２の分子ビームノズル１８８からの分子ビームのための同様の入射角１９２を含み得る。第１の分子ビームノズル１６８及び第２の分子ビームノズル１８８は同様のオフセット距離１９０を有し得る。この実施形態では、第１の分子ビームノズル１６８及び第２の分子ビームノズル１８８からの分子ビームは、実質的に同じ点でＧＣＩＢ１２８Ａ’と交差し得る。
【0159】
図１２Ｂは図１２Ａに示す実施形態とは異なる実施形態を示す。第１の分子ビームノズル１６８及び第２の分子ビームノズル１８８は依然として処理チャンバ１０８内で対称に配置されている。しかしながら、分子ビームが基板１５２の表面で又は近傍で交差するように入射角１９４が調整されている。別の実施形態では、ＧＣＩＢ分子ビームプロセスは、同じ基板のために図１２Ａの実施形態から図１２Ｂの実施形態（又は任意の他の実施形態）に又はその逆にシフトすることを含み得る。しかしながら、図１２Ａ〜図１２Ｈの実施形態は必要に応じてお互いから独立して実施してもよい。
【0160】
図１２Ｃは第１の分子ビームノズル１６８と第２の分子ビームノズル１８８とが非対称である構成を示す。例えば、第１の分子ビームノズル１６８は、第２の分子ビームノズル１８８のための第２の入射角１９４とは異なるＧＣＩＢ１２８Ａ’への第１の入射角を有し得る。このように、第１の分子ビームノズル１６８及び第２の分子ビームノズル１８８との交差点は異なり得る。この図示の実施形態では、第１の分子ビームノズル１６８からの分子ビームはオフセット距離１９０の所でＧＣＩＢ１２８Ａ’と交差する。第２の分子ビームノズル１８８からの分子ビームは基板１５２の表面で又は近傍でＧＣＩＢ１２８Ａ’と交差し得る。
【0161】
図１２Ｄは、第１の分子ビームノズル１６８及び第２の分子ビームノズル１８８のそれぞれがそれらの分子ビームのための入射角及びオフセット距離が異なる別の非対称構成を示す。第１の分子ビームは第２の分子ビームのための第２の入射角１９６とは異なる第１の入射角１９２を有し得る。この場合、ＧＣＩＢ１２８Ａ’と２つの分子ビームとの交差は異なる場所であり得る。これは、２つの分子ビームのための異なるオフセット距離１９０、１９８から明らかである。図１２Ｄに示すように、非対称は異なる入射角１９２、１９６に関係し得る。しかしながら、非対称は異なる入射角に限定されない。他の実施形態では、第１の分子ビームノズル１６８及び第２の分子ビームノズル１８８の垂直又は水平の位置又は配置は非対称を可能にし得る。例えば、第１の分子ビーム及び第２の分子ビームは同じ入射角を共有し得るが、それらは異なる場所でＧＣＩＢ１２８Ａ’と交差し得る。異なる交差位置は、処理チャンバ１０８内の第１の分子ビームノズル１６８及び第２の分子ビームノズル１８８の水平及び／又は垂直配置に少なくとも部分的に基づき得る。
【0162】
図１２Ｅは、第１の分子ビーム及び第２の分子ビームは異なる入射角を有するがＧＣＩＢ１２８Ａ’と略同様の位置で交差する別の非対称構成を示す。そのため、双方の分子ビームのための交差点は同様のオフセット距離１９０を共有する。しかしながら、この実施形態では、第１の分子ビームは第１の入射角２０２を有し、第２の分子ビームは、第１の入射角２０２とは異なる第２の入射角２０２を有する。この実施形態を可能にするために、第１の分子ビームノズル１６８及び第２の分子ビームノズル１８８の配置が最適化されて図１２Ｅに示す非対称の実施形態が得られる。これは、限定されないが第１の分子ビームノズル１６８及び第２の分子ビームノズル１８８をＧＣＩＢ１２８Ａ’から異なる水平及び／又は垂直距離で配置することを含み得る。
【0163】
図１２Ｆは、第１の分子ビーム及び第２の分子ビームが異なる入射角を有するがＧＣＩＢ１２８Ａ’と実質的に異なる場所で交差する別の非対称構成を示す。例えば、基板１５２からの第１のオフセット距離１９０及び第２のオフセット距離２０４により分子ビームの交差の違いを示す。それに加えて、図１２Ｆに示すように、入射角２００、２０２も異なり得る。
【0164】
図１２Ｇに第１の分子ビーム及び第２の分子ビームが異なる入射角を有するがＧＣＩＢ１２８Ａ’と実質的に異なる場所で交差する別の非対称構成を示す。例えば、オフセット距離１９０及び第２の分子ビームノズル１８８の交差点が基板１５２の表面に又は近傍にあることによって分子ビームの交差の違いを示す。それに加えて、入射角２００、２０２も互いに異なり得る。
【0165】
図１２Ｈは、第１の分子ビーム及び第２の分子ビームが異なる入射角を有するが基板１５２の表面の又は近傍の実質的に同様の場所でＧＣＩＢ１２８Ａ’と交差する別の非対称構成を示す。
【0166】
別の実施形態では、１つ以上の分子ビームノズル（例えば分子ビームノズル１６８）の相対位置もＧＣＢ１２８Ａ’の周りで半径方向に変化し得る。例えば、図１２Ａ〜図１２Ｈに示す入射角と半径方向位置又は角度（図示せず）が異なり得る。１つ以上の分子ビームノズルの間の半径方向距離が０〜３６０°の間で異なり得る。図１２Ａ〜図１２Ｈでは、第１の分子ビームノズル１６８及び第２の分子ビームノズル１８８は、ＧＣＩＢ１２８Ａ’の周りの半径方向で互いに１８０°であると示している。しかしながら、他の実施形態では、第１の分子ビームノズル１６８及び第２の分子ビームノズル１８８はＧＣＩＢ１２８Ａ’の周りの半径方向で互いに近くなるように動かされ得る。
【0167】
２つの分子ビームの一実施形態では、ビームを形成するのに用いられ得るソースガスが双方のビームで同様であるか又は異なり得る。例えば、一実施形態では、分子ビームはＧＣＩＢと交差し得る分子ビームを形成するために同じガス又は混合ガスを含み得る。高圧ガスは、限定されないが希ガス（例えば、Ａｒ、Ｎｅ等）、窒素、酸化ガス（例えば、Ｏ２、Ｏ３等）又はハロゲンガス（例えば、Ｃｌ含有ガス、Ｆ含有ガス等）を含み得る。別の実施形態では、分子ビームは異なるソースガス又はガス混合物を含み得る。例えば、一実施形態では、第１の分子ビームはソースガスとしてＡｒを含み得る一方で、第２の分子ビームはソースガスとして窒素を含み得る。
【0168】
図１３は、１つ以上の分子ビームノズル１６８が組み込まれたＧＣＩＢ処理システム１０００を用いて基板１５２にエッチング又は堆積を行う方法を示すフローチャートである。分子ビームノズル１６８は小さなオリフィスを通じて狭い分布のガス分子を放出し得る。図１３に図示の方法は一実施形態に過ぎない。他の方法は追加のステップを含み得るか又は図１３のステップの一部が省略されることがある。別の実施形態では、図１３の方法のステップは任意の順序で行われることがあり、図１３に図示の順序で行う必要はない。
【0169】
ブロック１３０２では、処理システム１０００は基板ホルダー１６２の上に基板１５２を配置し得る。基板１５２は半導体材料又は処理システム１０００によりエッチングされ得る任意の他の導電性材料を含み得る。基板ホルダー１６２は、処理システム１０００によって生成されるＧＣＩＢ１２８Ａ’と基板が交差するように基板を動かすことができ得る。
【0170】
処理システム１０００は、基板１５２をエッチングするか薄膜を堆積するのに用いられ得るガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ１２８Ａ’）を生成し得る。図５〜図９はＧＣＩＢ１２８Ａ’がどのように生成され基板１５２に提供され得るかの説明を提供する。
【0171】
基板ホルダー１６２は、ＧＣＩＢ１２８Ａ’が所定の位置及び／又は所定の時間で基板１５２と交差し得るようにＧＣＩＢ１２８Ａ’を通じて基板１５２を走査し得る。
【0172】
ブロック１３０６では、処理システム１０００の処理チャンバ１０８内に位置する分子ビームノズル１６８を用いて分子ビーム１７４を生成する。図１０、図１１Ａ〜図１１Ｃ及び図１２Ａ〜図１２Ｈの中で上述したように、基板１５２をエッチングするか又は薄膜を堆積するためにＧＣＩＢ１２８Ａ’及び／又は基板１５２の状態に影響を与えるのに１つ以上の分子ビーム１７４が用いられ得る。特定の実施形態では、分子ビームの生成はＧＣＩＢ１２８Ａ’を通じて基板１５２を走査する前に起こり得る。
【0173】
ブロック１３０８では、分子ビーム１７４は、基板１５２上の所定の位置に近い交差位置でＧＣＩＢ１２８Ａ’と交差し得る。１つの交差位置１７６は基板１５２からオフセット距離１８０の所に位置し得る。交差位置１７６は、ＧＣＩＢ１２８Ａ’の特性を変更し得る局所高圧領域を生成し得る。従って、基板１５２の表面に行われるエッチング又は堆積を操作するのに変更されたＧＣＩＢ１２８Ａ’が用いられ得る。図１１Ａ〜図１１Ｃ及び図１２Ａ〜図１２Ｈに示すように、交差点の位置はＧＣＩＢ１２８Ａ’に沿って異なり得るとともに基板１５２の表面に又は真上にある交差部をも含み得る。
【0174】
本発明の特定の実施形態のみを詳細に説明してきたが、当業者であれば、本発明の新規な教示及び利点から実質的に逸脱することなく実施形態に多くの変更を行うことができるのが容易に分かる。従って、そのような変更の全ては本発明の範囲内に含まれるものとする。