一种多喷嘴气体簇离子束处理系统及操作方法

摘要

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

说明书

技术领域

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

背景技术

气体团簇离子束(GCIB's)用于掺杂，蚀刻，清洁，平滑以及在衬底上生长或沉积层。为了便于讨论，气体团簇是在标准温度和压力条件下呈气态的纳米材料聚集体。这样的气体团簇可能由聚集在一起的聚集体组成，这些聚集体包括几到数千个分子或更多。气体团簇可以通过电子轰击而电离，从而使气体团簇形成可控能量的定向束。这些簇离子通常各自携带正电荷，该正电荷由电荷量的大小与代表簇离子的电荷状态的整数之或大于1的整数乘积给出。较大尺寸的簇离子通常是最有用的，因为它们能够携带每个簇离子大量的能量，而每个分子却只有适度的能量。离子团簇在与基底碰撞时崩解。特定的分解离子簇中的每个分子仅携带总簇能量的一小部分。因此，大型离子簇的冲击效应很大，但仅限于非常浅的表面区域。这使气体簇离子对多种表面改性过程均有效，但不会产生传统离子束处理所特有的更深的亚表面损伤。

常规的簇离子源产生的簇离子具有宽的尺寸分布，其随每个簇中的分子数量成比例地达到数千个分子。高压气体从喷嘴到真空的绝热膨胀过程中，单个气体原子(或分子)的缩合可形成原子团簇。带有小孔的气体分离器会从这种膨胀气流的中心剥离发散的气流，以产生准直的簇束。通过称为范德华力的弱原子间力产生并保持各种大小的中性簇。该方法已用于从多种气体(例如氦气，氖气，氩气，氪气，氙气，氮气，氧气，二氧化碳，六氟化硫，一氧化氮，一氧化二氮以及这些气体的混合物)中产生簇束。在工业规模上对衬底进行GCIB处理的一些新兴应用是在半导体领域。尽管衬底的GCIB处理是使用多种气体簇源气体(其中许多是惰性气体)进行的，但许多半导体处理应用仍使用反应性气体，有时将它们与惰性或稀有气体组合或混合，以形成GCIB。某些气体或气体混合物的组合物由于它们的反应性而不相容，因此需要一种克服不相容性问题的GCIB系统。

发明内容

本发明目的是，提出具有用于利用气体团簇离子束(GCIB)照射衬底的多个喷嘴的组件和系统，以及涉及使用多喷嘴GCIB处理系统照射衬底以处理衬底上的层的相关方法。此外，本发明涉及一种具有多个喷嘴的组件和系统，所述多个喷嘴用于使用GCIB辐照衬底，并且涉及使用多个喷嘴GCIB处理系统依次辐照衬底以处理衬底上的层的相关方法。

本发明的技术方案：一种多喷嘴气体簇离子束处理系统及操作方法，采用气体团簇离子束(GCIB)照射衬底的方法，基于一种GCIB处理系统，所述系统包括一组至少两个用于形成和发射气体团簇束的喷嘴；将待处理的衬底加载到GCIB处理系统中；用至少两个喷嘴组形成的第一GCIB照射衬底上的至少一个区域；用至少第一与第二两个喷嘴组形成的第二GCIB照射衬底上的至少一个区域，其中，第一GCIB和第二GCIB沿着第一GCIB和第二GCIB共同的离子束轴指向；

其中，所述GCIB处理系统还包括气体分离器，以及至少一个与第一喷嘴组以及与不同于所述第一喷嘴的第二喷嘴组连通的气体供应，第一和第二喷嘴组至少包括一个喷嘴，并且其中至少两个喷嘴组中的每个喷嘴配置为形成和发射气体团簇束，以及至少一个喷嘴组两个喷嘴布置成彼此紧密接近，并且能够至少部分地将从至少两个喷嘴组发射的离子气体簇束中的每个气体束沿离子束轴线聚到气体分离器中；所述至少一个气体供应包括：与第一喷嘴组连通的第一气体供应；第二气体供应源与第二喷嘴组连通；所述第一GCIB照射所述衬底上的至少一个区域包括：使来自至少一个气体供应源的第一气体混合物流经至少第一喷嘴组，以形成第一离子气体簇束，将第一离子气体簇束沿束轴引导通过气体分离器，然后将第一离子气体簇束电离形成第一GCIB，并将第一GCIB朝向衬底加速；所述第二GCIB照射衬底上的至少一个区域，包括：使来自至少一个气体供应源的第二气体混合物流经至少第二喷嘴组，以形成第二离子气体簇束，将第二离子气体簇束沿离子束轴引导通过气体分离器，然后电离第二离子气体簇束形成第二GCIB，并使第二GCIB朝向衬底加速。

其中，所述第一GCIB和所述第二GCIB具有相同的原子和/或分子成分；或所述第一GCIB和所述第二GCIB具有不同的原子和/或分子成分。

其中，所述第一GCIB和所述第二GCIB包括选自由H，B，C，Si，Ge，N，P，As，O，S，F，C1组成的组中的一个或多个元素，Br，He，Ne，Ar，Kr或Xe。

其中，对于所述第一GCIB和所述第二GCIB，选自停滞压力和停滞温度的一个或多个气体供应参数相同或不同。其中，对于第一GCIB和第二GCIB，选自束能量、束能量分布、束聚焦和束剂量的一个或多个过程参数相同或不同的。

所述第一GCIB照射所述衬底上的至少一个区域在其上的一层对所述衬底执行选自掺杂，生长，沉积，蚀刻，平滑，非晶化或改性的组中的一个或多个工艺；并用所述第二GCIB照射所述衬底上的至少一个区域在其上一层对所述衬底执行选自掺杂，生长，沉积，蚀刻，平滑，非晶化或改性的组中的一个或多个工艺；同时用第一GCIB照射至少一部分衬底，并用第二GCIB照射至少一部分衬底。

顺序执行包括在用所述第一GCIB照射所述衬底的至少一部分与用所述第二GCIB照射所述衬底的至少一部分之间的部分重叠；所述顺序第二照射与所述顺序第一照射部分重叠。

交替且顺序地用第一GCIB照射衬底的至少一部分和用第二GCIB照射衬底的至少一部分。

所述GCIB处理系统还包括气体分离器，以及至少一个与第一喷嘴组以及与不同于所述第一喷嘴组的第二喷嘴子流体连通的气体供应，第一和第二喷嘴组，每个喷嘴组包括至少两个喷嘴组中的至少一个喷嘴，并且其中至少两个喷嘴组中的每个喷嘴均配置为形成和发射具有离子气体簇束轴的离子气体簇束，所述至少两个喷嘴的集合成一定角度，以使每个离子气体簇束轴线朝向单个相交点会聚，并且将一个或多个离子气体簇束沿束轴线引导到气体分离器中。

提供一种具有至少两个用于形成和发射气体团簇束的喷嘴的GCIB处理系统；将要处理的衬底装载到GCIB处理系统中；依次地，首先，使用在至少两个喷嘴组中的第一喷嘴组形成的第一GCIB辐照在衬底上的至少一个区域；然后依次地，使用在衬底上形成的第二GCIB辐照在衬底上的至少一个区域；或者至少两个喷嘴组中的第二喷嘴组与第一喷嘴组不同。

根据一个实施例，提供了一种用GCIB照射衬底的方法。该方法包括提供GCIB处理系统，该GCIB处理系统包括用于形成和发射气体团簇束的一组至少两个喷嘴。该方法还包括：将待处理的衬底装载到GCIB处理系统中；用至少两个喷嘴的组形成的第一GCIB照射衬底上的至少一个区域；以及用第二照射衬底上的至少一个区域。使用至少两个喷嘴的组形成的GCIB，其中第一GCIB和第二GCIB沿着与第一GCIB和第二GCIB共用的离子束轴指向。另包括提供具有一组至少两个用于形成和发射气体团簇束的喷嘴的GCIB处理系统，以及将待处理的衬底装载到GCIB处理系统中。该方法还包括：首先使用在至少两个喷嘴的集合中的第一喷嘴组形成的第一GCIB依次照射衬底上的至少一个区域，然后依次形成第二GCIB照射衬底上的至少一个区域。在至少两个喷嘴的集合中使用与喷嘴的第一组不同的喷嘴的第二组。

有益效果：解决某些气体或气体混合物的组合物由于它们的反应性而不相容，克服不相容性问题的GCIB系统。所述多个喷嘴用于使用GCIB辐照衬底，并且使用多个喷嘴GCIB处理系统依次辐照衬底以处理衬底上的层的相关方法。

附图说明

图1是根据本发明实施例的多喷嘴GCIB处理系统的示意图。

图2是根据本发明的另一个实施例的多喷嘴GCIB处理系统的示意图。

图3是根据本发明的又一个实施例的多喷嘴GCIB处理系统的示意图。

图4是用于GCIB处理系统中的电离器的实施例的示意图。

图5至图9分别是各种多喷嘴组件的各个实施例的示意图，该多喷嘴组件包括多个喷嘴，单个或多个气体供应源，并且在它们之间设置有各种气流互连。

图10A至图12B分别是各种多喷嘴组件的各个实施例的截面图，其描绘了多个喷嘴的各种布置并且具有各种气体分离器的横截面形状以容纳各种喷嘴布置。

图13A-D分别是具有以向内指向角安装的喷嘴的多个喷嘴组件的各种实施例的示意图，以使得离子气体簇束在沿着主GCIB轴线的点处相交。

图14A至图14F分别提供了根据多个实施例的用于操作具有多个喷嘴的GCIB处理系统的方法的示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，为了促进对本发明的透彻理解，并且出于解释而非限制的目的，阐述了具体细节，例如度量系统的特定几何形状以及各种组件和过程的描述。但是，应当理解，可以在脱离这些具体细节的其他实施例中实践本发明。现在参考图1，示出了根据实施例的用于修改，沉积，生长或掺杂层的GCIB处理系统100。GCIB处理系统100包括真空容器102，衬底保持器150，真空处理系统170A，170B和170C，在衬底保持器150上固定有要处理的衬底152。衬底152可以是半导体衬底，晶片，平板显示器(FPD)，液晶显示器(LCD)或任何其他工件。GCIB处理系统100被配置为产生用于处理衬底152的GCIB。

仍然参考图1中的GCIB处理系统100。如图1所示，真空容器102包括三个连通室，即源室104，电离/加速室106和处理室108，以提供减压外壳。分别通过真空泵系统170A，170B和170C将三个腔室排空至合适的工作压力。在三个连通室104、106、108中，可在第一室(源室104)中形成气体团簇束，而在第二室(电离/加速室106)中可形成GCIB，其中气体团簇束为电离并加速。然后，在第三腔室(处理腔室108)中，可以利用加速的GCIB来处理衬底152。

在图1的示例性实施例中，GCIB处理系统100包括两个气体供应源115、1015和两个喷嘴116、1016。稍后将讨论另外的实施例，其中喷嘴的数量不同于两个，并且气体供应的数量不同于两个，所有这些都落入本发明的范围内。两个气体供应源115和1015中的每个分别连接到两个停滞室116和1016之一以及喷嘴110和1010中。第一气体供应源115包括第一气体源111，第二气体源112，第一气体控制阀113A，第二气体控制阀113B和气体计量阀113。例如，第一气体成分存储在第一气体源中。气体源111在压力下通过第一气体控制阀113A进入一个或多个气体计量阀113。另外，例如，存储在第二气体源112中的第二气体成分在压力下通过第二气体控制阀113B进入。此外，例如，第一气体供应装置115的第一气体成分或第二气体成分，或两者，可包括可冷凝的惰性气体，载气或稀释气体。例如，惰性气体，载气或稀释气体可包括稀有气体，即，He，Ne，Ar，Kr，Xe或Rn。

类似地，第二气体供应源1015包括第一气体源1011，第二气体源1012，第一气体控制阀1013A，第二气体控制阀1013B和气体计量阀1013。例如，第一气体成分存储在第一气体源1011在压力下通过第一气体控制阀1013A进入一个或多个气体计量阀1013。另外，例如，第二压力下通过第二气体控制使第二气体源1012中存储的第二气体成分进入。第二气体供应源1015的第一气体成分或第二气体成分，或两者，可包括可冷凝的惰性气体，载气或稀释气体。例如，惰性气体，载气或稀释气体可包括稀有气体，即He，Ne，Ar，Kr，Xe或Rn。

此外，第一气体源111和1011以及第二气体源112和1012分别用于产生电离簇。第一和第二气体源111、1011、112和1012的材料成分包括主要原子(或分子)种类，即，希望引入以掺杂，沉积，改性或生长原子的第一和第二原子成分。层。

包含第一气体成分和/或第二气体成分的高压，可冷凝气体从第一气体供应源115通过供气管114进入停滞室116，并通过适当形状的喷嘴110喷射到压力较低的真空中由于高压的膨胀，可燃气体从停滞室116到源室104的低压区域膨胀，气体速度加速到超音速，离子气体簇束从喷嘴110发出。

类似地，将包含第一气体成分和/或第二气体成分的高压可冷凝气体从第二气体供应源1015通过供气管1014引入停滞室1016中，并通过适当成形的方式排放到基本低压的真空中由于高压的可膨胀气体从停滞室1016到源室104的低压区域的膨胀，气体速度加速到超音速，并且离子气体簇束从喷嘴1010发出。

喷嘴110和1010安装得非常接近，以使由喷嘴110、1010产生的单个离子气体簇束在到达气体分离器120之前在源室104的真空环境中基本上聚结成单个离子气体簇束118。气体簇射束118的“A”代表由第一和第二气体供应115和1015提供的成分的混合物，它们是通过喷嘴110和1010注入的。

射流的固有冷却以静态焓交换为动能，动能是由射流的膨胀所引起的，从而使一部分射流冷凝并形成具有簇的气体簇射束118，每个簇由数个到数个组成一千个弱结合的原子或分子。气体分离器120位于源室104和电离/加速室106之间的喷嘴110和1010的出口的下游，将气体分子束118的外围边缘上的部分气体分子部分分离，这些气体分子可能尚未凝结成由离子气体簇束118核心中的气体分子形成的簇，可能已经形成簇。在其他原因中，离子气体簇束118的一部分的这种选择可以导致下游区域中的压力降低，在下游区域中，较高的压力可能是有害的(例如，电离器122和处理室108)。此外，气体分离器120为进入电离/加速室106的离子气体簇束定义初始尺寸。

第一和第二气体供应装置115和1015可以被配置成独立地控制引入到停滞室116和1016中的气体混合物的停滞压力和温度。温度控制可以通过使用合适的温度控制系统来实现。每个供气装置(未显示)中的加热器和/或冷却器)。另外，操纵器117可以例如经由停滞室116机械地联接到喷嘴110，操纵器117被配置为相对于气体分离器120定位联接的喷嘴110，独立于喷嘴1010。类似地，操纵器1017可以例如经由停滞室1016机械地联接到喷嘴1010，操纵器1017被配置成相对于气体分离器120定位联接的喷嘴1010，独立于喷嘴110。因此，多喷嘴组件中的每个喷嘴相对于单个气体分离器120，可以单独地操纵这些分离器以正确定位。

在源室104中形成气体团簇束118之后，气体团簇束118中的组成气体团簇被电离器122电离以形成GCIB128。电离器122可以包括电子碰撞电离器，该电离电离器从一个电子中产生电子。或更多的灯丝124被加速并被引导与电离/加速室106内部的离子气体簇束118中的气体簇碰撞。在与气体簇碰撞时，足够能量的电子从气体簇中的分子中释放出电子产生离子化的分子气体团簇的电离可导致大量带电的气体团簇离子，通常具有净正电荷。

如图1所示，束电子器件130用于电离，提取，加速和聚焦GCIB128。束电子器件130包括灯丝电源136，其提供电压V

另外，束电子器件130在电离/加速室106中包括一组适当偏置的高压电极126，其从电离器122提取簇离子。高压电极126然后将提取的簇离子加速至期望的能量并聚焦于GCIB128。GCIB128中的簇离子的动能通常在大约1000电子伏特(1keV)到几十keV之间。例如，GCIB 128可以加速到1至100keV。

如图1所示，束电子器件130还包括阳极电源134，其向电离器122的阳极提供电压V

另外，如图1所示，束电子器件130包括提取电源138，提取电源138提供电压VE以偏置至少一个高压电极126以从电离器122的电离区域提取离子并形成GCIB 128。例如，提取电源138向高压电极126的第一电极提供小于或等于电离器122的阳极电压的电压。

此外，束电子器件130可以包括加速器电源140，该加速器电源140提供电压V

此外，束电子器件130可以包括透镜电源142、144，其可以被提供以用电位(例如，V

注意，可以使用关于电离和提取方案的许多变体。尽管此处介绍的方案对于说明很有用，但另一种提取方案包括将电离器和提取电极的第一个元件(或提取光学器件)置于V

仍然参考图1，束门148设置在电离/加速室106中的GCIB 128的路径中。束门148具有打开状态，其中GCIB 128被允许从电离/加速室106通过到处理室108定义过程GCIB128A，并且处于关闭状态，在该状态下GCIB 128被阻止进入处理室108。控制电缆将控制信号从控制系统190传导到离子束门148。控制信号可控地切换离子束门148在打开或关闭状态之间。

衬底152，其可以是晶片或半导体晶片，平板显示器(FPD)，液晶显示器(LCD)，或将通过GCIB处理来处理的其他衬底，被布置在处理GCIB 128A的路径中。由于大多数应用都希望以空间均匀的结果处理大型衬底，因此可能需要一种扫描系统来在大面积上均匀地扫描工艺GCIB 128A以产生空间均匀的结果。

X扫描致动器160在X扫描运动的方向上(进出纸平面)提供衬底支架150的线性运动。Y扫描致动器162在Y扫描运动164的方向上提供衬底保持器150的线性运动，该方向通常正交于X扫描运动。X扫描和Y扫描运动的组合通过过程GCIB 128A以光栅状扫描运动来平移由衬底保持器150保持的衬底152，以引起对衬底表面的均匀(或以其他方式编程的)照射。通过工艺GCIB 128A进行衬底152的处理。

衬底保持器150相对于过程GCIB 128A的轴线以一定角度布置衬底152，使得过程GCIB 128A相对于衬底152表面具有离子束入射角1 66。离子束入射角166可以是90度或其他角度，但是通常是90度或接近90度。在Y扫描期间，衬底152和衬底保持器1 50从所示位置移动到分别由指示符152A和150A指示的交替位置“A”。请注意，在两个位置之间移动时，将通过过程GCIB 128A扫描衬底152，并在两个极端位置将其完全移出过程GCIB 128A的路径(过扫描)。尽管未在图1中明确显示，但在(通常)正交X扫描运动方向(在纸面内外)执行类似的扫描和过扫描。

可以在过程GCIB 128A的路径中将束电流传感器180设置在衬底保持器150的上方，以便当从衬底保持器150被扫描出过程GCIB 128A的路径时拦截过程GCIB 128A的样本。射束电流传感器180通常是法拉第杯或类似物，除了射束进入开口是封闭的，并且通常通过电绝缘底座182固定在真空容器102的壁上。

如图1所示，控制系统190通过电缆连接至X扫描致动器160和Y扫描致动器162，并且控制X扫描致动器160和Y扫描致动器162以便将衬底152放入或移出衬底152。处理GCIB128A并相对于处理GCIB 128A均匀地扫描衬底152，以通过处理GCIB 1 28A实现对衬底152的期望处理。控制系统190通过电缆接收束电流传感器1 80收集的采样束电流，从而通过从过程GCIB 128A中移除衬底152来监视GCIB并控制衬底152接收的GCIB剂量。当已经递送预定剂量时。

在图2所示的实施例中，GCIB处理系统100'可以类似于图1的实施例，并且还包括X-Y定位台253，该X-Y定位台253可操作以在两个轴上保持和移动衬底252，从而相对于工艺GCIB 128A有效地扫描衬底252。例如，X运动可以包括进出纸平面的运动，Y运动可以包括沿方向264的运动。

工艺GCIB 128A在衬底252的表面上的突出的冲击区域286处以及相对于衬底252的表面以离子束入射角266的角度冲击衬底252。通过XY运动，XY定位工作台253可以将衬底252的表面的每个部分定位在过程GCIB 128A的路径中，从而可以使表面的每个区域与投影的冲击区域286重合，以通过过程GCIB 128A进行处理。X-Y控制器262通过电缆将电信号提供给X-Y定位台253，以控制X-轴和Y-轴方向上的位置和速度。X-Y控制器262通过电缆从控制系统190接收控制信号，并且可由控制系统190操作。X-Y定位台253根据常规的XY台定位技术以连续运动或步进运动移动，以将衬底252的不同区域定位在投射的冲击区域286内。在一个实施例中，XY定位台253可通过控制装置以可编程方式操作。系统190以可编程的速度扫描衬底252的任何部分穿过投射的冲击区域286，以通过过程GCIB 128A进行GCIB处理。

定位台253的衬底保持表面254是导电的并且连接到由控制系统190操作的剂量测定处理器。定位台253的电绝缘层255将衬底252和衬底保持表面254与定位的基部260隔离。通过撞击过程GCIB 128A在衬底252中感应出的电荷通过衬底252和衬底保持表面254传导，并且信号通过定位台253耦合到控制系统190以进行剂量测定。剂量测定法具有用于对GCIB电流进行积分以确定GCIB处理剂量的积分装置。在某些情况下，可以使用目标中和电子的源(未显示)(有时称为电子溢流)中和GCIB 128A过程。在这种情况下，法拉第杯(未示出，但是可以类似于图1中的束电流传感器180被放置在壳体中)尽管已添加了电荷源，但仍可用于确保准确的剂量测定，原因是典型的法拉第杯仅允许高能正离子进入并被测量。

在操作中，控制系统190向离子束门148的打开发出信号以用工艺GCIB 128A辐照衬底252。控制系统190监视由衬底252收集的GCIB电流的测量，以便计算由衬底252接收的累积剂量。当由衬底252接收的剂量达到预定剂量时，控制系统190关闭电子束门148并进行处理。衬底252的上表面完成。基于针对衬底252的给定区域接收的GCIB剂量的测量，控制系统190可以调整扫描速度，以便获得适当的束停留时间以处理衬底252的不同区域。

可替代地，可以以恒定的速度在衬底252的表面上以固定的模式扫描工艺GCIB128A；但是，调制GCIB强度(可以称为Z轴调制)以递送有意地不均匀剂量的样品。可以通过多种方法中的任何一种在GCIB处理系统100'中调节GCIB强度，包括改变来自GCIB源的气体流量；通过改变灯丝电压V

处理室108可以进一步包括原位计量系统。例如，原位计量系统可以包括具有光发射器280和光接收器282的光学诊断系统，光发射器280和光接收器282被配置为分别用入射光信号284照射衬底252并且从衬底252接收散射光信号288。光学诊断系统包括光学窗口，以允许入射光信号.284和散射光信号288进出处理室108。此外，光发射器280和光接收器282可以包括发射和接收光学器件，分别。光学发送器280从控制系统190接收电信号并响应于控制该电信号。光学接收器282将测量信号返回到控制系统190。

原位计量系统可以包括配置为监视GCIB处理进度的任何仪器。根据一个实施例，原位计量系统可以构成光学散射测量系统。该散射测量系统可以包括散射仪，其结合了离子束轮廓椭圆仪(椭圆仪)和离子束轮廓反射仪(反射仪)，可从Therma-Wave，Inc购得。(1250Reliance Way，弗里蒙特，加利福尼亚94539)或Nanometrics，Inc(1550BuckeyeDrive，Milpitas，加利福尼亚州95035)。

例如，原位计量系统可以包括集成的光学数字轮廓仪(iODP)散射仪模块，其被配置为测量由在GCIB处理系统100'中执行处理过程而产生的过程性能数据。度量衡系统可以测量或监视处理过程产生的度量衡数据。度量衡数据可以用于确定表征处理过程的过程性能数据，例如处理速率，相对处理速率，特征轮廓角，临界尺寸，特征厚度或深度，特征形状等。例如，在用于在衬底上定向沉积材料的过程中，过程性能数据可以包括临界尺寸(CD)，例如特征(即通孔，线等)中的顶部，中间或底部CD，特征深度，材料厚度，侧壁角度，侧壁形状，沉积速率，相对沉积速率，空间分布它的任何参数，表征其任何空间分布的均匀性的参数等。通过控制系统190的控制信号操作XY定位台253，原位计量系统可以映射一个或多个特征衬底252。

在图3所示的实施例中，GCIB处理系统100″可以类似于图1的实施例，并且还包括压力室即压力传感器腔室350，该压力室例如位于电离/加速室106的出口区域处或附近。压力传感器腔室350包括惰性气体源352和压力传感器354，该惰性气体源352被构造成将背景气体供应到压力传感器腔室350以升高压力传感器腔室350中的压力，压力传感器354被构造成测量压力传感器腔室350中的升高的压力。压力室350。

压力传感器腔室350可以被配置为修改GCIB 128的束能量分布以产生修改的处理GCIB 128A'。通过指示GCIB 128可以实现离子束能量分布的这种修改

沿着GCIB路径穿过压力室350内的增加的压力区域，使得GCIB的至少一部分横穿增加的压力区域。束能量分布的改变程度可以通过沿GCIB路径的至少一部分的压力-距离积分来表征，其中距离(或压力室350的长度)由路径长度(d)表示。压力-距离积分的值增加(通过增加压力和/或路径长度(d))，离子束能量分布变宽，峰值能量减小。当压力-距离积分的值减小时(通过减小压力和/或路径长度(d))，束能量分布变窄，峰值能量增加。压力传感器设计的更多细节可以从美国专利No.7，060，989，标题为“使用气体簇离子束进行改进的方法和装置”，其全部内容通过引用于此。

控制系统190包括一个微处理器，一个存储器和一个数字I/O端口，该端口能够生成足以传送和激活输入至GCIB处理系统100(或100′，100″)的控制电压，以及监视来自GCIB处理系统的输出100(或100′，100″)。此外，控制系统190可以与真空泵系统170A，170B和170C，第一气体源111和1011，第二气体源112和1012，第一气体控制阀113A和1013A，第二气体控制阀连接并交换信息。113B和1013B，电子束130，电子束滤波器146，电子束门148，X扫描致动器160，Y扫描致动器162和电子束电流传感器180。例如，存储在存储器中的程序可用于根据处理配方激活对GCIB处理系统100的前述组件的输入，以便在衬底152上执行GCIB处理。

然而，控制系统190可以被实现为响应于处理器执行存储器中包含的一个或多个指令的一个或多个序列而执行本发明的基于微处理器的处理步骤的一部分或全部的通用计算机系统。这样的指令可以从诸如硬盘或可移动介质驱动器的另一计算机可读介质读入控制器存储器。多处理装置中的一个或多个处理器也可以用作控制器微处理器，以执行包含在主存储器中的指令序列。在替代实施例中，可以使用硬连线电路代替软件指令或与软件指令结合使用。因此，实施例不限于硬件电路和软件特定组合。

如上所述，控制系统190可用于配置任意数量的处理元件，并且控制系统190可从处理元件收集，提供，处理，存储和显示数据。控制系统190可以包括多个应用以及多个控制器，用于控制一个或多个处理元件。例如，控制系统190可以包括图形用户界面(GUI)组件(未示出)，该图形用户界面(GUI)组件可以提供使用户能够监视和/或控制一个或多个处理元件的界面。

控制系统190可以相对于GCIB处理系统100(或100′，100″)位于本地，也可以相对于GCIB处理系统100(或100′，100″)位于远处。例如，控制系统190可以使用直接连接，内联网和/或互联网与GCIB处理系统100交换数据。(控制系统190可以耦合到例如客户站点(即设备制造商等)上的Intranet，或者它可以耦合到例如卖方站点(即设备)上的Intranet制造商)。替代地或附加地，控制系统190可以耦合到互联网。此外，另一台计算机(即控制器，服务器等)可以访问控制系统190，以通过直接连接内部网和/或互联网交换数据。

衬底152(或252)可以通过未示出的夹紧系统(例如机械夹紧系统或电夹紧系统(例如，静电夹紧系统))固定到衬底保持器150(或衬底保持器250)上。因此，衬底支架150(或250)可以包括加热系统(未示出)或冷却系统(未示出)，该加热系统被配置为调节和/或控制衬底支架150(或250)和衬底152(或252)的温度。真空泵系统170A、170B和170C可以包括涡轮分子真空泵(TMP)，该泵能够以每秒约5000升(或更高)的速度泵送速度，以及一个用于节流腔室压力的闸阀。在常规的真空处理设备中，可以采用每秒1000至3000升的TMP。TMP可用于低压处理，通常小于50m Torr。尽管未示出，但是可以理解，压力传感器腔室350也可以包括真空泵系统。此外，用于监测腔室压力的装置可以连接至真空容器102或三个真空腔室104、106、108中的任何一个。压力测量装置可以是电容式压力计或电离计。

图2和3还示出了喷嘴操纵器的替代实施例。并非每个喷嘴110、1010都联接到如图1中的可单独操作的操纵器117、1017，而是将每个喷嘴110、1010联接到可操作操纵器117、1017。如图1所示，喷嘴110、1010可以彼此联接，并且一起联接至单个操纵器117A。然后，相对于气体分离器120，喷嘴110、1010的位置可以作为一个整体而不是单独地被操纵。

现在参照图4，气体团簇电离器122，示出了用于电离气体团簇射流(气体团簇束118，图1、2和3)。该部分300垂直于GCIB 128的轴。对于典型的气体团簇尺寸(2000至15000原子)，团簇离开气体分离器孔(120，图1、2和3)并进入电离器(122，图11A、图1、2和3)将以约130至1000电子伏特(eV)的动能行进。在这些低能量下，电离器122内空间电荷中性的任何偏离都将导致射流的快速分散，并显着损失电子束电流。图4示出了自中和离子发生器。与其他离子发生器一样，气体团簇也被电子撞击电离。在该设计中，从多个线性热电子灯丝302a、302b和302c(通常是钨)发射热电子(由310表示的例子)，并通过电子排斥电极306a提供的适当电场的作用将其提取并聚焦。，306b和306c以及波束形成电极304a，304b和304c。热电子31 0穿过气体团簇射流和射流轴，然后撞击相反的电子束形成电极304b，以产生低能的二次电子(例如312、314和316所示)。

尽管(为简单起见)(未显示)线性热电子灯丝302b和302c也产生热电子，这些热电子随后产生低能的二次电子。所有二次电子通过提供低能电子来帮助确保电离团簇射流保持空间电荷中性，这些低能电子可以根据需要被吸引到正离子化气体团簇射流中，以保持空间电荷的中性。束形成电极304a，304b和304c被偏置。

相对于线性热电子灯丝302a，302b和302c为正，而电子排斥电极306a，306b和306c相对于线性热电子灯丝302a，302b和302c为负。绝缘体308a，308b，308c，308d，308e和308f电绝缘和支撑电极304a，304b，304c，306a，306b和306c。例如，这种自中和离子发生器是有效的，可达到1000微安以上的氩气GCIB。

或者，电离器可使用从等离子体中提取电子来使团簇电离。这些电离器的几何形状与此处描述的三灯丝电离器有很大不同，但是工作原理和电离器控制非常相似。例如，电离器的设计可以类似于美国专利No.5,235,824中所述的电离器。美国专利No.7，173，252，标题为“用于气体簇离子形成的离子发生器和方法”；其内容通过引用整体并入本文。

气体团簇电离器(122，图13(b)，图1、2和3)可以配置为通过更改GCIB 128的电荷状态来更改GCIB128的束能量分布。例如，可以通过调整电子通量，电子能量或电子能量分布来更改电荷状态用于在电子碰撞诱导的气体团簇电离中使用的电子。

现在参照图5-9，其中分别描述了图1、2和3的GCIB处理系统100(或100′，100″)的多喷嘴和气体供应组件的各种实施例。图5示出了多喷嘴的实施例。气体供应组件包括单个气体供应2010和两个喷嘴2110和2120，由气体供应2010供给。例如，如图1的GCIB处理系统100的第一气体供应115，气体供应2010(以及所有其他图5-9)的气体供应装置可以包括第一气体源，第二气体源，第一气体控制阀，第二气体控制阀和气体计量阀，以允许形成由所提供的气体组成的气体混合物。图5的多喷嘴和气体供应组件适用于GCIB应用，在GCIB应用中，单个气体需要大量气体或混合气体，需要使用多个喷嘴，因此相同或类似的停滞条件(即可以在喷嘴之前的停滞室内保持压力和温度)，并且可以使用与现有技术中的单个气体供应和单个喷嘴GCIB系统中的喷嘴相同或相似大小的喷嘴。

图6基本上分别描绘了图1、2和3的GCIB处理系统100(或100′，100″)的多喷嘴和气体供应组件的实施例。图6的组件包括两个气体供应3010和3020，以及两个气体喷嘴3110和3120，使其可用于需要形成由不相容气体和/或发火性气体的混合物组成的气体簇状离子束的GCIB应用中。这种不相容的气体混合物不能轻易地在单个气体供应中进行预混合(例如，图5的供气装置2010)用于通过单个或多个喷嘴进行喷射，至少是由于在单个供气装置的零件和管道内部的不相容的混合气体组分之间会发生不利的化学反应。图6通过为不相容的和/或发火的气体混合物组分提供独立的气体供应3010、3020而克服了这个问题，所述气体供应仅在从安装在喷嘴中的喷嘴3110和3120注入时被混合。彼此非常接近，以便至少部分地聚结并产生单个气体团簇离子束。另一个优点是可以在不同的气体混合物中使用不同的稀释气体，例如，第一气体混合物可以使用He作为稀释气体，而第二气体混合物可以使用Ar。也可以配置图6的多喷嘴和气体供应系统的气体供应3010和3020，以使相同组成的气体混合物流到喷嘴3110和3120。此外，图6的多喷嘴和气体供应组件，例如，如果混合气的最佳成簇成核条件不同，因此需要不同的停滞条件，则允许从喷嘴3110和3120以不同的停滞压力和/或温度注入混合气。停滞压力控制通常通过设置气体供应的燃气计量阀来实现，而停滞温度控制可以通过使用合适的加热器或冷却设备(未显示)来实现。

图7描绘了类似于图1和2的多喷嘴和气体供应组件。结合图5和图6，包括气体供应4010和4020，以及三个喷嘴4110、4120和4130，其中气体供应4010分别供应两个喷嘴4110和4120，从而允许一种气体混合物的流速更高，而气体供应4020仅供应喷嘴4130.此配置适用于需要高流量一种气体混合物成分的应用，同时保留了处理不相容和/或发火性气体的能力。图8描绘了与图6的实施例类似的实施例，其扩展为包括三个气体供应源5010、5020和5030，以及三个喷嘴5110、5120和5130，从而允许将三种不同的气体混合物独立地引入到喷嘴中。因此需要GCIB流程。图9描绘了类似于图1至图3的组件的组件。图5和图8的组合，包括三个气体供给源6010、6020和6030，以及四个喷嘴6110、6120、6130和6140，其中气体供给源6010连接到喷嘴6110和6120，从而允许高的气体混合物流速通过其中。独立提供另外两种混合气体成分的能力。

虽然图的实施例根据工艺条件的需要，可以将5-9设置为同时将多种气体或混合气体流到各个喷嘴，也可以按顺序方式操作多个气体供应和喷嘴，其中在一系列处理步骤中，至少要使用一个步骤，该步骤需要同时流动多种气体或混合气体。例如，在图6的实施例中，第一GCIB处理步骤可以包括仅使由气体供应3010产生并经由喷嘴3110引入的单一气体或气体混合物流动，并且第二处理步骤可以包括第一和第二气体。或由气体供应源3010和3020产生并分别通过喷嘴3110和3120引入的气体混合物。

显而易见的是，多个喷嘴和气体供应组件的其他实施例也是可能的，其包括不同数量的喷嘴(例如，高于四个)，并且供气数量不同(例如高于三个)中的一些可以连接到多个喷嘴以适应高流速，所有这些实施例都落入本发明的范围内。

图10A至图12B是示出多个喷嘴的各种空间布置以及将与特定喷嘴布置一起使用的单个气体分离器的各种截面形状的截面示意图。组件内喷嘴的相互紧密接近确保了离开喷嘴的单个离子气体簇束在到达气体分离器之前基本上或至少部分地聚结成单个离子气体簇束。在到达气体分离器之前，将离子气体簇束聚结成单个离子气体簇束，使得可以在气体分离器的下游使用与现有技术中的单个气体供应和单个喷嘴GCIB系统相同的GCIB系统组件。鉴于这些下游组件可能是相同的，可以预见的是，现有的GCIB系统可以转换为具有多个供气的多喷嘴系统，只需相对较少的修改和/或零件更换，主要是在GCIB系统。

图10A描绘了包括两个喷嘴7010和7020的多喷嘴组件，在横截面中看，两个喷嘴7010和7020并排安装(或者可替代地竖直地在彼此之上定向)，形成离子气体簇束，该离子气体簇束穿过基本圆形截面的气体分离器7000。图10B示出了具有与喷嘴7110和7120对准的椭圆形或椭圆形的气体分离器7100的类似的双喷嘴组件。图10C描绘了具有与喷嘴7210和7220对准的双瓣气体分离器7200的双喷嘴组件。图10A-C可以容易地扩展到具有大量喷嘴的组件。例如，图11A描绘了具有三个喷嘴7310、7320和7330的组件，其通过大致圆形的气体分离器7300注入气体团簇束。图11B描绘了类似的三喷嘴组件，但是具有与喷嘴7410、7420和7430对准的三瓣气体分离器7400。同样，图12A-B将概念扩展到具有四个喷嘴7510、7520、7530和7540以及四个喷嘴7610、7620、7630和7640的组件，分别通过大致圆形的气体分离器7500和四瓣气体注入离子气体簇束分离器，分别为7600。可以容易地想到其他实施例，所有这些实施例都落入本发明的范围内。

此外，如图13A-13D的局部示意图所示，为了帮助气体团簇束聚结，可以示出喷嘴(三个喷嘴410、412、414，但是本发明不限于此)以很小的角度安装。沿着图1和图2的离子气体簇束118的束轴线119指向单个相交点420。如图1、图2和图3所示。例如，各个喷嘴410、412、414的气体团簇束轴411、413、415可以沿着离子发生器122内部的束轴119在单个相交点420处相交(例如，GCIB处理系统图中100)，如图13A所示。可替代地，各个喷嘴410、412、414的气体团簇束轴411、413、415可以在气体分离器120的下游但在电离器122的上游沿着束轴119在单个相交点420处相交。图13B在另一替代方案中，各个喷嘴410、412、414的离子气体簇束轴411、413、415可以在气体分离器120的输入和输出之间沿着束轴119在单个相交点420相交。在图13C，可选地，各个喷嘴410、412、414的气体团簇束轴线411、413、415可以沿着束轴线1 19在单个相交点420处在喷嘴410、412、414的出口与喷嘴410、412、414之间相交。气体分离器120的输入，如图13D。向内倾斜角，即与平行方向的偏离，范围可以从0.5到10度，或者从0.5到5度，或者从1到2度。

根据一个实施例的使用GCIB照射衬底的方法。该方法包括1)始于提供了具有一组至少两个喷嘴的GCIB处理系统，该至少两个喷嘴彼此靠近布置以确保单个离子气体簇束的聚结在到达单个气体分离器之前或布置成具有相交的离子束轴，以及配置为至少供应全部喷嘴组(例如，混合气体的单个喷嘴或组的多个喷嘴)。GCIB处理系统可以是上面图1、2或3中描述的任何GCIB处理系统(100、100'或100“)，或它们的任意组合，其喷嘴和气体供应的布置如图5所示、图13D。

在步骤2)中，将衬底装载到GCIB处理系统中。衬底可以包括导电材料，非导电材料或半导电材料，或者其两种或更多种的组合。另外，衬底可以包括在其上形成的一个或多个材料结构，或者衬底可以是没有材料结构的毯状衬底。可以将衬底放置在GCIB处理系统中的衬底支架上，并可以将其牢固地固定在衬底支架上。可以控制或可以不控制衬底的温度。例如，可以在成膜过程中加热或冷却衬底。衬底周围的环境保持在减压下。

在步骤3)中，从第一气体供应开始第一气体混合物的流动。通过喷嘴，所有喷嘴或连接到第一气体供应源的喷嘴组的气体流形成气体团簇束或聚结和/或相交的气体团簇束，该单个束束通过单个气体分离器进入电离室GCIB处理系统。

在步骤4)中，从可选的第二气体供应源将可选的第二气体混合物引入到剩余喷嘴的全部或组中的喷嘴中。未由步骤8010的第一气体供应器供应的喷嘴，与步骤8030的第一气体混合物供应的喷嘴。可选的第二气体混合物可能与第一气体混合物相同或不同，并且如果不同，则这些气体混合物可能不兼容。另外，气体混合物之一可以是发火的。可选的第二气体混合物还形成一个或多个离子气体簇束，该束或束与来自第一喷嘴或喷嘴组的一个或多个束聚结和/或相交以形成单个离子气体簇束。

在步骤5)中，单个气体团簇束在电离器(例如，图4的电离器300)中被电离，以形成气体团簇离子束(GCIB)。

在步骤6)中，通过向GCIB施加射束加速电势来加速GCIB。

在步骤7)中，由第一气体混合物和可选的第二气体混合物组成的GCIB用于辐照装载在GCIB处理系统中的衬底。

可以选择束加速电势和束剂量，以在基材上获得受GCIB辐射影响的层的所需性能。例如，可以选择束加速电势和束剂量，以控制所需的沉积或生长层厚度，或实现所需的表面粗糙度或对衬底顶部上层进行其他修改，或控制浓度和掺杂剂渗入衬底的深度。在此，离子束剂量以每单位面积的簇数的单位给出。但是，离子束剂量也可能包括离子束电流和/或时间(例如GCIB停留时间)。例如，可以测量束电流并使其保持恒定，而改变时间以改变束剂量。可替代地，例如，当改变时间以改变束剂量时，可以使簇每单位面积照射衬底表面的速率(即，每单位时间每单位面积簇的数量)保持恒定。

此外，其他GCIB属性可能会有所变化，包括但不限于气体流量，停滞压力，群集大小或气体喷嘴设计(例如喷嘴喉部直径，喷嘴长度和/或喷嘴发散截面半角)。

此外，其他GCIB属性可能会有所变化，包括但不限于气体流量，停滞压力，群集大小或气体喷嘴设计(例如喷嘴喉部直径，喷嘴长度和/或喷嘴发散截面半角)。

用于第一和可选的第二气体混合物的气体的组合的选择取决于基材所经受的工艺。材料层的沉积或生长可以包括在衬底上或衬底上现有层的顶部上沉积或生长SiO

当沉积硅时，可以通过由具有含硅气体的第一或可选的第二气体混合物形成的GCIB来照射衬底。例如，气体混合物可以包含硅烷(SiH

当沉积或生长诸如SiO

当沉积或生长诸如SiC

当沉积或生长诸如SiN

当沉积诸如SiC

当生长或沉积诸如BN的氮化物时，可以通过由具有含硼气体的第一气体混合物和具有含氮气体的任选的第二气体混合物形成的GCIB来照射衬底。例如，第一气体混合物可包含乙硼烷(B

当生长或沉积氮化物(例如BSi

在其他过程中，例如注入、掺杂和层表面改性，除了层生长和沉积之外，还可以使用其他气体在GCIB处理系统的气源中形成气体混合物。这些气体包括锗、磷和砷的气体，例如GeH

在以上示例中的任何一个中，第一和/或第二气体混合物可以包括可选的惰性稀释气体。稀释气体可以包括稀有气体，例如，He，Ne，Ar，Kr，Xe或Rn，其对于第一和第二气体混合物可以不同。

如果进一步扩展了上述过程，并且可能需要引入可选的第三种，第四种等混合气体(未显示)，并且该混合气体可以在GCIB系统中安装的可用气体供应和喷嘴数量允许的话。

发明人已经在SiO

为了在衬底上沉积SiO

用上述两种气体混合物进行沉积过程，加速电位V

随着O

另一使用具有多个喷嘴和气体供应的GCIB系统形成浅沟槽隔离(STI)结构的过程步骤。在美国临时专利申请No.61/149，917中讨论了使用传统的单喷嘴GCIB处理系统形成STI的方法，该方法标题为“使用气体簇离子束处理形成沟槽隔离的方法”，其全部内容通过引用整体并入本文。

该方法从步骤(1)开始，提供具有一组至少两个喷嘴的GCIB处理系统，该至少两个喷嘴彼此靠近布置以确保单个离子气体簇束在到达单个气体分离器之前会聚在一起，或者布置成具有相交的束轴，第一气源配置为供应全部喷嘴的组(例如带有混合气体的单个喷嘴或子组的多个喷嘴，以及第二个气体供应源，以供应其余的喷嘴(即喷嘴不是由第一气体供应器供应的)。GCIB处理系统可以是上述图1、2或3中描述的任何GCIB处理系统(100，100′，100″)，其喷嘴和气体供应的任何布置如图5-13D所示。

在步骤(2)中，将衬底装载到GCIB处理系统中。衬底可以包括导电材料，非导电材料或半导电材料，或者其两种或更多种材料的组合。另外，衬底可以包括在其上形成的一个或多个材料结构，或者衬底可以是没有材料结构的毯状衬底。可以将衬底放置在GCIB处理系统中的衬底支架上，并可以将其牢固地固定在衬底支架上。可以控制或可以不控制衬底的温度。例如，可以在成膜过程中加热或冷却衬底。衬底周围的环境保持在减压下。

在步骤(3)中，从第一气体供应开始第一气体混合物的流动。通过连接到第一气体供应源的喷嘴或喷嘴组的气体流形成离子气体簇束，该离子气体簇束穿过单个气体分离器进入GCIB处理系统的电离室。

在步骤(4)中，将第二气体混合物从第二气体供应源引入到剩余喷嘴的全部或组中的喷嘴中。不由第一气体供应器供应的喷嘴形成一个或多个离子气体簇束，该束或束与来自第一喷嘴或喷嘴组的一个或多个束聚结和/或相交以形成单个离子气体簇束。

在步骤(5)中，在例如图4的电离器300的电离器中将单个气体团簇束电离，以形成气体团簇离子束(GCIB)。

在步骤(6)中，通过将离子束加速电位施加到GCIB来加速GCIB。

在步骤(7)中，使用由第一气体混合物和第二气体混合物组成的GCIB来照射装载在GCIB处理系统中的衬底，以在衬底上或在衬底顶部的层上形成STI结构。STI结构可用于例如存储设备中。

为了形成SiO

参照图14A至图14F，根据多个实施例提供了一种用GCIB照射衬底的方法。如上所述，提供了一种GCIB处理系统，该系统包括一组至少两个用于形成和发射气体团簇束的喷嘴，并且将要处理的衬底(即要被一个或多个GCIB照射的衬底)装载到GCIB中处理系统。衬底上的至少一个区域被使用至少两个喷嘴组形成的第一GCIB照射，衬底上的至少一个区域被使用至少两个喷嘴组形成的第二GCIB照射。而且，如上所述，第一GCIB和第二GCIB沿着第一GCIB和第二GCIB两者共同的离子束轴指向。例如，至少两个喷嘴的集合布置成彼此紧密接近以确保单个离子气体簇束在到达单个气体分离器之前聚结，或者布置成具有相交的离子气体簇束轴。

在一个实施例中，如图14A所示，提供时间序列9100，其中执行第一GCIB 9110对衬底的至少一部分的照射和第二GCIB 9120对衬底的至少一部分的照射。在一段时间内至少部分或全部同时发生辐射。使用至少两个喷嘴的集合中的至少一个喷嘴来形成第一GCIB9110和第二GCIB 9120。例如，可以使用至少两个喷嘴组中的第一喷嘴来形成第一GCIB9110，并且可以使用至少两个喷嘴组中的第二喷嘴来形成第二GCIB 9120。

在另一个实施例中，如图2所示，参照图14B，提供时间序列9200，其中顺序地执行用第一GCIB 9210照射至少一部分衬底和用第二GCIB 9220照射至少一部分衬底。用第一GCIB 9210和第二GCIB 9220对衬底的顺序照射可以循环(如图所示)或非循环地进行。第一GCIB 9210和第二GCIB 9220的交替可以进行一个或多个循环。用第一GCIB 9210顺序地和交替地照射衬底可以包括设置脉冲宽度9212，在该脉冲宽度期间第一GCIB 9210辐照衬底以及周期(或打开/关闭)周期9214。具有第二GCIB 9220的衬底可以包括设置脉冲宽度9222，在该脉冲宽度期间第二GCIB 9220照射衬底，以及一个周期(或开启/关闭)周期9224。使用至少一个喷嘴形成第一GCIB 9210和第二GCIB 9220在至少两个喷嘴的集合中。例如，可以使用至少两个喷嘴组中的第一喷嘴来形成第一GCIB 9210，并且可以使用至少两个喷嘴组中的第二喷嘴来形成第二GCIB 9220。

在另一个实施例中，如图2所示，参照图14C，提供时间序列9300，其中依次进行第一GCIB 9310对衬底的至少一部分的照射和第二GCIB 9320对衬底的至少一部分的照射。用第一GCIB 9310和第二GCIB 9320对衬底的顺序照射可以周期性地(如图所示)或非周期性地交替进行。第一GCIB 9310和第二GCIB 9320的交替可以进行一个或多个循环。用第一GCIB 9310顺序地和交替地照射衬底可以包括设置第一GCIB 9310照射衬底期间的脉冲宽度9312和周期(或开/关)周期9314。带有第二GCIB 9320的衬底可以包括设置脉冲宽度9322和第二GCIB 9320，该脉冲宽度9322期间第二GCIB9320照射衬底，并且周期(或开/关)9324。9320)可以以一个或多个时间段(例如，初始时间延迟9330和最终时间延迟9340)插入相应的衬底辐照之间进行。使用至少两个喷嘴组中的至少一个喷嘴形成第一GCIB 9310和第二GCIB 9320。例如，可以使用至少两个喷嘴组中的第一喷嘴来形成第一GCIB 9310，并且可以使用至少两个喷嘴组中的第二喷嘴来形成第二GCIB 9320。

在另一个实施例中，如图2所示，参照图14D，提供时间序列9400，其中依次进行第一GCIB 9410对衬底的至少一部分的照射和第二GCIB 9420对衬底的至少一部分的照射。用第一GCIB 9410和第二GCIB 9420对衬底的顺序照射可以周期性地(如图所示)或非周期性地交替进行。第一GCIB 9410和第二GCIB 9420的交替可以进行一个或多个循环。此外，用第一GCIB和第二GCIB(9410、9420)对衬底进行的顺序照射可以在各个衬底照射之间插入一个或多个时间段进行，在该时间段期间，用至少两个喷嘴组清洗至少一个喷嘴。第一GCIB9410和第二GCIB 9420使用至少两个喷嘴组中的至少一个喷嘴形成。例如，可以使用至少两个喷嘴组中的第一喷嘴来形成第一GCIB 9410，并且可以使用至少两个喷嘴组中的第二喷嘴来形成第二GCIB 9420。

在另一个实施例中，如图2所示，参照图14E，提供时间序列9500，其中依次进行第一GCIB 9510对衬底的至少一部分的照射和第二GCIB 9520对衬底的至少一部分的照射。第一GCIB 9510和第二GCIB 9520对衬底的顺序照射可以循环(如图所示)或非循环进行。第一GCIB 9510和第二GCIB 9520的交替可以进行一个或多个循环。用第一GCIB 9510顺序地和交替地照射衬底可以包括设置脉冲宽度9512和第一周期(或开/关)9514，在该脉冲宽度9512期间第一GCIB 9510辐照衬底。具有第二GCIB 9520的衬底可以包括设置脉冲宽度9522，在该脉冲宽度期间第二GCIB9520辐照衬底以及一个周期(或开/关)周期9524。此外，用第一GCIB和第二GCIB(9510、9520)对衬底的顺序照射可以以一个或多个时间段进行，例如，初始时间重叠9530和最终时间重叠9540，在此期间各个衬底照射部分重叠。使用至少两个喷嘴组中的至少一个喷嘴来形成第一GCIB9510和第二GCIB 9520。例如，可以使用至少两个喷嘴组中的第一喷嘴来形成第一GCIB 9510，并且可以使用至少两个喷嘴组中的第二喷嘴来形成第二GCIB 9520。

在另一个实施例中，如图2所示，参照图14F，提供时间序列9600，其中同时或连续地用第一GCIB 9610照射至少一部分衬底，同时用第二GCIB 9620和第三GCIB 9630顺序照射至少一部分衬底。用第二GCIB 9620和第三GCIB 9630对衬底的顺序照射可以循环(如图所示)或非循环进行。第二GCIB 9620和第三GCIB 9630的交替可以进行一个或多个循环。可以使用至少两个喷嘴组中的第一喷嘴来形成第一GCIB 9610，并且可以使用至少两个喷嘴组中的第二喷嘴来形成第二GCIB 9620和第三GCIB 9630。可替代地，可以使用至少两个喷嘴组中的第一喷嘴来形成第一GCIB 9610，可以使用至少两个喷嘴组中的第二喷嘴来形成第二GCIB9620，并且可以使用第二喷嘴来形成第三GCIB 9630。至少两个喷嘴组中的第三喷嘴。

显而易见的是，用于多个喷嘴和气体供应组件的同时和/或顺序操作的其他实施例是可能的，包括不同数量的喷嘴和不同数量的气体供应，所有这些实施例均落入本发明的范围内。图1至3中描述的实施例中的任何一个或多个。图14A至14F可以组合。

现在转向另一种用GCIB照射衬底的方法。该方法包括如下流程，该流程中提供了GCIB处理系统，该GCIB处理系统具有用于形成和发射离子气体簇束的一组至少两个喷嘴。GCIB处理系统可以包括上述系统中的任何一个。

在1)中，将要处理的衬底加载到GCIB处理系统中。

在2)中，首先使用在至少两个喷嘴的集合中的第一喷嘴组形成的第一GCIB顺序地照射衬底上的至少一个区域。

在3)中，用第二GCIB顺序地照射衬底上的至少一个区域，该第二GCIB是使用与第一喷嘴组不同的至少两个喷嘴组中的第二喷嘴组形成的第二喷嘴。

第一GCIB和第二GCIB可以具有相同的原子和/或分子成分。或者，第一GCIB和第二GCIB具有不同的原子和/或分子组成。第一GCIB和第二GCIB包括一个或多个选自以下的元素：H，B，C，Si，Ge，N，P，As，O，S，F，Cl，Br，He，Ne，Ar，r或Xe。

对于第一GCIB和第二GCIB，从由停滞压力和停滞温度组成的组中选择的一个或多个气体供应参数可以相同。可替代地，对于第一GCIB和第二GCIB，选自停滞压力和停滞温度的一个或多个气体供应参数可以不同。另外，对于第一GCIB和第二GCIB，从由束能量，束能量分布，束焦点和束剂量组成的组中选择的一个或多个过程参数可以相同。或者，对于第一GCIB和第二GCIB，从由束能量，束能量分布，束焦点和束剂量组成的组中选择的一个或多个过程参数是不同的。

用第一GCIB照射衬底上的至少一个区域在衬底上执行选自衬底的一个或多个处理，该处理包括在其上的层的掺杂，生长，沉积，蚀刻，平滑，非晶化或改性。并且，用第二GCIB照射衬底上的至少一个区域在衬底上执行选自衬底的一个或多个处理，该处理包括在其上的层的掺杂，生长，沉积，蚀刻，平滑，非晶化或改性。

在一个示例中，可以用第一GCIB照射衬底以使衬底的表面层非晶化。之后，可以用第二GCIB辐照衬底以将材料掺杂或注入到非晶化的表面层中。在另一个示例中，可以用第一GCIB照射衬底以在衬底上生长或沉积材料层。此后，可以用第二GCIB辐照衬底以使沉积的材料层的表面光滑或改性。

在另一示例中，可以用第一GCIB照射衬底以在衬底上掺杂表面层。此后，可以用第二GCIB辐照衬底以使掺杂材料层的表面光滑或改性。

在另一示例中，可以用第一GCIB照射衬底以在衬底上沉积材料层。之后，可以用第二GCIB辐照衬底，以在沉积的材料层中生长第二材料层。

在另一示例中，可以用第一GCIB照射衬底以通过引入或去除第一材料来修改衬底上的材料层。此后，可以用第二GCIB辐照衬底，以通过引入或去除第二材料来进一步修饰衬底上的改性材料层。

在又一个示例中，可以用第一GCIB照射衬底以清洁或蚀刻衬底上的表面层。此后，可以用第二GCIB照射衬底，以在清洁或蚀刻的表面层上生长或沉积材料层。

在整个说明书中，对“一个实施例”或“一个实施例”的引用是指结合该实施例描述的特定特征，结构，材料或特性包括在本发明的至少一个实施例中，但并不表示它们是存在于每个实施例中。

已经以对帮助理解本发明最有帮助的方式将各种操作依次描述为多个离散操作。但是，描述的顺序不应解释为暗示这些操作必须与顺序有关。特别地，这些操作不需要按照呈现的顺序执行。可以以与所描述的实施例不同的顺序来执行所描述的操作。在附加实施例中，可以执行和/或描述各种附加操作。

相关领域的技术人员可以理解，根据以上教导，许多修改和变化是可能的。本领域技术人员将认识到图中所示的各种组件的各种等效组合和替换。因此，意图是本发明的范围不由该详细描述限制，而是由所附的权利要求书限制。