[發(fā)明專(zhuān)利]一種使用團(tuán)簇束能量在表面上完成反應(yīng)與刻蝕的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110446787.4
• 申請(qǐng)日: 2021-04-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113181855A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹路;宋鳳麒;劉翊;張同慶
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇集創(chuàng)原子團(tuán)簇科技研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01J19/08
• 分類(lèi)號(hào): B01J19/08;H01L21/02;H01L21/3065
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

一種使用團(tuán)簇束能量在表面上完成反應(yīng)的方法，包括以下步驟：形成揮發(fā)性反應(yīng)物物種的簇，其包含2至約10,000個(gè)單元，每個(gè)單元包含反應(yīng)物物種；電離團(tuán)簇向表面加速，并撞擊表面上的團(tuán)簇，從而團(tuán)簇分解并為表面的化學(xué)反應(yīng)提供反應(yīng)物和能量；其中每個(gè)單元是原子或分子；其中所有反應(yīng)物物種都包含在所述簇的單元中；其中至少一種反應(yīng)物包含在一個(gè)簇中，并且至少一種反應(yīng)物存在于表面上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及表面上的能量密集的化學(xué)反應(yīng)，更具體地，涉及當(dāng)外部供應(yīng)反應(yīng)物和能量以完成反應(yīng)時(shí)在表面上完成化學(xué)反應(yīng)。

背景技術(shù)

在表面發(fā)生或產(chǎn)生各種化學(xué)反應(yīng)在工程上應(yīng)用極廣。在某些反應(yīng)中，例如大多數(shù)催化反應(yīng)和反應(yīng)產(chǎn)物膜的沉積，其中反應(yīng)物是從外部來(lái)源提供的，該表面提供了發(fā)生反應(yīng)的位置，但本身并不提供化學(xué)反應(yīng)物。在其他情況下，例如表面的蝕刻或通過(guò)涉及表面上的原子或分子的反應(yīng)形成的反應(yīng)產(chǎn)物的膜的生長(zhǎng)，表面本身通過(guò)提供反應(yīng)物而進(jìn)入反應(yīng)。

許多表面反應(yīng)具有或可能具有重要的商業(yè)意義。催化反應(yīng)被廣泛用于生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品。膜的化學(xué)蝕刻是一種化學(xué)方法，其中一部分膜發(fā)生反應(yīng)并被去除，這是微電子制造技術(shù)的主要特征。如在化學(xué)氣相沉積中那樣，將膜反應(yīng)性沉積到表面上，允許生產(chǎn)用于電子和光學(xué)應(yīng)用的特殊類(lèi)型的膜，而其他方法則無(wú)法生產(chǎn)。

在表面發(fā)生的許多反應(yīng)都需要輸入能量來(lái)克服反應(yīng)能量壁壘。給反應(yīng)物通電時(shí)，大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)會(huì)加速，更快的化學(xué)反應(yīng)可提高使用表面反應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性。提供能量的最常見(jiàn)方法是通過(guò)下面的基板加熱表面，從而使表面的反應(yīng)物通電。當(dāng)在反應(yīng)產(chǎn)物的膜的沉積的情況下應(yīng)用時(shí)，該方法的缺點(diǎn)是還加熱了先前沉積的層。現(xiàn)有層的這種加熱會(huì)導(dǎo)致各層的不希望的相互擴(kuò)散，其中不同的層已經(jīng)沉積在彼此的頂部上。

向表面處發(fā)生的反應(yīng)提供能量的另一種方法是將能量引導(dǎo)至表面，例如使用激光束或紫外線。這種方法在某些應(yīng)用中是成功的，但是要求對(duì)入射光束進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和定向，以將其能量耦合到反應(yīng)物的能量上。希望使定向光束盡可能強(qiáng)以傳遞高能級(jí)，但是強(qiáng)度受到熱量向表面的傳遞的限制。可以通過(guò)冷卻基材來(lái)除去一些熱量，但是表面層的意外加熱甚至均勻熔化是對(duì)可引入表面反應(yīng)的功率的限制。使表面通電的另一種方法是在表面上產(chǎn)生等離子體，但是等離子體場(chǎng)通常限制了將其他反應(yīng)物帶到表面的能力，難以控制能量輸入的量，并且可能有不希望的一面對(duì)表面的影響。

因此，盡管表面反應(yīng)的使用已經(jīng)被很好地建立并且在商業(yè)上被廣泛使用，并且認(rèn)識(shí)到需要為至少一些類(lèi)型的反應(yīng)提供能量，但是隨著反應(yīng)的進(jìn)行，將反應(yīng)物和能量都引入表面仍然存在困難。需要一種以可控制的方式向表面提供反應(yīng)物和能量的技術(shù)。本發(fā)明滿足了該需求，并且進(jìn)一步提供了相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種以良好控制的方式將反應(yīng)物和能量同時(shí)引入表面反應(yīng)的技術(shù)。在將其引入表面之前，將能量直接且以可控制的方式施加至外部引入的反應(yīng)物種類(lèi)。反應(yīng)性物質(zhì)的添加不受表面附近空間電荷的限制。該方法用途廣泛，可用于各種類(lèi)型的表面反應(yīng)，例如蝕刻，膜沉積和催化反應(yīng)。底物表面不會(huì)因反應(yīng)物的高能引入而損壞。該工藝還連續(xù)清潔表面雜質(zhì)并減少或消除表面缺陷。

本發(fā)明技術(shù)方案，一種用于在表面上完成外部激發(fā)的化學(xué)反應(yīng)的方法，包括以下步驟：形成包含2至約10,000個(gè)單元的揮發(fā)性反應(yīng)性物種的單元簇；向表面加速簇；并撞擊表面上的團(tuán)簇，從而團(tuán)簇分解并為表面的化學(xué)反應(yīng)提供反應(yīng)物和能量。

如本文所用，簇是結(jié)構(gòu)單元的弱結(jié)合組裝體，通常是通過(guò)與簇的均相或異相成核作用縮合而形成的。“單元”可以是原子，分子或絡(luò)合物，它們獨(dú)立于團(tuán)簇而獨(dú)立存在，但由于隨后將要討論的原因而形成團(tuán)簇。團(tuán)簇被弱電離，如通過(guò)電子轟擊，使得團(tuán)簇被電離，優(yōu)選被單個(gè)地離子化或至多帶有少量離子電荷。也就是說(shuō)，團(tuán)簇的每個(gè)單獨(dú)的單元都沒(méi)有被電離，但是也許只有一個(gè)或幾個(gè)電子從整個(gè)團(tuán)簇中被除去。基于電場(chǎng)與電離團(tuán)簇的反應(yīng)，團(tuán)簇通過(guò)加速電勢(shì)朝著基板加速。由于高的簇質(zhì)量，通常是單個(gè)單元的質(zhì)量的1000倍，因此所得的簇束不會(huì)被其自身的空間電荷分散。