[其他]可转换的气体团簇和原子离子枪

说明书

发明领域

本发明涉及离子枪的领域并且具体地说是可以产生可用于蚀刻表面以供表面分析的气体团簇离子束的离子枪。本发明还涉及这类离子枪的用途和处理表面的方法。在优选的实施例中，本发明涉及离子束用于在分析一个表面(例如，通过XPS分析)之前或过程中清洗和/或蚀刻所述表面的用途。 

背景技术

在通过以下技术如X射线光电子能谱(XPS)、俄歇电子能谱(AES)或二次离子质谱(SIMS)进行的表面分析中，例如，由离子枪产生的离子束、特别是氩离子束被广泛地用于轰击待分析的表面。这类束被用于，例如，在通过上述技术进行分析之前清洗具有污染物的表面和/或蚀刻穿过表面层来显现底层结构以便能进行该表面的深度剖析(depth profiled)分析。难以产生具有足够低能量的氩离子束以便避免在蚀刻过程中对一些类型的表面、尤其是具有有机材料的表面的损伤以及随之发生的关于该表面的化学和分子信息的损失。为了避免上述损伤，已知的是要求使用具有非常低能量、典型地小于10eV的粒子的离子束。使用一个简单的氩离子束时这是不可能的，在这种离子束中由于空间电荷效应难以创建和聚焦这类低能量束。在此，术语氩离子束是指具有多个电离的独立氩原子(Ar⁺)的束。 

已经通过使用C₆₀、或其他富勒烯的离子束，最初针对SIMS并且最近针对XPS分析进行了改进。在GB 2386747A和US 2008/0042057A1中披露了使用C₆₀离子束的装置和方法。采用大分子的其他离子束，如晕苯离子束以及使用其他多 环芳香烃(PAH)分子的离子束，也采用如GB2460855A中所描述的。这类大分子被产生为具有典型地10keV或更大的高能量，但在碰撞时碎裂成单独地具有非常低能量的更小团簇和原子。然而，至少对于XPS分析而言，使用基于碳的离子束导致表面碳沉积，这种表面碳沉积可以停止蚀刻过程并且改变样品的化学性质，从而导致错误的结果。还尝试了采用金属团簇的离子束，但是难以形成大的团簇。 

一种替代途径一直是使用通过电离和加速氩团簇所产生的离子束，这些氩团簇是通过氩气穿过一个喷嘴的超音速膨胀而产生。以这种方式，可以容易地形成具有几百氩原子至几万氩原子的团簇。这已被广泛地用在SIMS中并且在JP 08-122283 A、JP 2008-116363 A以及WO 2009/131022中已经被提议用于XPS。然而，这种技术还没有针对XPS中的应用进行商用开发，据认为这是由于产生具有恰当尺寸的氩团簇的聚焦束以便产生有用的蚀刻速率而不破坏样品化学性质的工程困难。 

惰性气体团簇源大体上从20世纪70年代开始被广泛使用(参见Hagena和Obert，膨胀超音速射流中的团簇形成：压力、温度、喷嘴尺寸以及试验气体的影响(Cluster Formation in Expanding Supersonic Jets：Effect of Pressure，Temperature，Nozzle Size and Test Gas)，化学物理杂志(The Journal of Chemical Physics)1972年3月第56卷第5期第1793页)。商业上它们被用于抛光晶片。然而，这类商业开发的焦点一直在使用典型地大于150微米的相对大的膨胀喷嘴源来产生强电流离子束(例如，几微安)上。这需要使用大的高速真空泵。具有几千原子的大的惰性气体团簇在这些晶片抛光应用中是典型地优选的。这类气体团簇源通常不适合用于与如与表面分析系统(如XPS系统)一起使用的更小真空系统一起使用。 

本发明是根据以上而做出的。 

发明内容

根据本发明的一个方面，提供的是一种处理一个或多个表面的方法，该处理方法包括： 

提供一个可转换的离子枪，该离子枪在以下设定之间可转换：用于产生基本上包括辐照一个表面用的电离气体团簇的离子束的团簇模式设定，与用于产生基本上包括辐照一个表面用的电离气体原子的离子束的原子模式设定；并且 

选择性地以该团簇模式操作该离子枪，从而基本上用电离气体团簇辐照一个表面，或以该原子模式操作该离子枪，从而基本上用电离气体原子辐照一个表面。