JP5420239B2 - 原子及び分子の低不純物強イオンビームの製造用共鳴方法 - Google Patents
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Description
本願は、2005年5月20日に出願された米国仮出願番号、60/683,016及び2005年7月20日に出願された米国特許出願番号、11/185,141の優先権を主張するものであり、それらの開示を本明細書に引用して援用する。
加速器質量分析、同位元素年代測定、高エネルギー半導体注入、低エネルギー半導体イオン注入、分子ビーム注入、クラスタービームイオン化、デカボランイオン化、等重粒子拒否(isobaric particle rejection)に関する。
超浅接合部の形成は、2,3百電子ボルトと3keVの間のエネルギーを有するイオンビームを必要とする。有用な製造処理能力を成し遂げるために商業化には高ビーム電流を要するけれども、かかる低エネルギーイオンビームを抽出し輸送することは実質的に難しい。基礎的な問題は、ビーム「膨張」を避けるためにイオンビーム内に妥当な数の空間電荷中性化電子又は負のイオンを導入し維持することである。第二次世界大戦及びマンハッタン計画以来周知の古典的な中性化方法には、ビーム粒子と残渣ガス分子との衝突によりイオンビームの空間電荷ウェル内で分子のイオン化によって生成する電子の発生が含まれる。不運にも、この方法は低い粒子速度で効果が無くなり、他の技術を使用しなければならない。
AMSは多数の著者により詳細に記載されているが、彼等はAMS技術を10Be,14C,26Al,36Cl,及び129Iのような安定性稀放射性同位元素の検出に応用出来る方法を提供している。かかる記載には、Purserに付与された米国特許第4,037,100号、雑誌、Nuclear Instruments and Methods、162巻、637頁、(1979年)における「静電加速器に基づく超感受性粒子同定システム」という題名のPurser,K.H.,Litherland,A.E.及びGove,H.E.による論文が含まれる。これらの刊行物は、AMSを使用すると多数の稀放射性核の検出限界比は安定性元素状同位元素の濃度と比較して10−14と10−16との間であることがお決まりであると、指摘している。これらの比は、従来の質量分析を用いて可能であるよりも6次の大きさよりも大きな感受性を示している。
φはスパッタリングされた表面の仕事関数であり、
Aはスパッタリングされた種の電子親和力であり、
Mはスパッタリングされた種の質量である。
重要になった注入材料群には、百万電子ボルトに近いエネルギーを有するイオンが含まれる。この高エネルギー注入の成長に対する一理由はトランジスターの小型化であった。長期にわたって、個々のトランジスターはより小さく且つより緊密となり、又はるかに低い電圧で作動する。これらの変化は元素間の静電容量の増加に至ったが、該増加は個々の回路間の寄生電流結合を引き起こすかもしれず、該寄生電流結合は回路の不安定性を生じ得る。これらの望ましくない結果を避けるために、トランジスター回路をお互いから、そして、寄生電流が流れるかもしれない下の基板から電気的に単離する障壁を導入することがしばしば有用である。かかる基板単離は、活性回路の下に低抵抗率層を埋め込むことにより生じさせることが出来る。一般に、かかる処理に必要なエネルギーは、0.8〜3.0MeVの範囲にあり、従来の埋め込み或いは複雑な無線周波加速器の設置の間に使用されるものと比較して高い加速電圧の使用を必要とする。
範囲の限定は意図していないけれども、正の原子又は正の分子と中性の原子又は中性の分子との間の電荷移動反応は以下のように書くことが出来る。
Y0+X+→Y++X0・・・・・・・・(1)
図面、最初にその図1を参照すると、そこには、セル102に入り、該セル内に含まれたガス又は蒸気103を通過する初期イオンビーム101が示されている。該初期イオンビーム101としては負の又は正のイオンを使用することが出来、それは原子状又は分子状であることが出来る。該セル102内で、該試料103は適切な蒸気圧でガス状又は蒸気状で維持されている。必要ならば、適切なヒーター又は冷却器を使用して温度制御を必要としてもよい。該初期イオンビーム種101は、該イオン種101の電子親和力又はイオン化電位が、負の又は正のイオンに変換されるべき該ガス又は蒸気103を構成する原子又は分子の電子親和力又はイオン化電位と大体等しくなるように、選択される。得られるイオン106は、初期イオンビームが入る側とは反対のセル側から縦方向に抽出され、抽出光学素子を用いて適切なイオンビーム107に形成されるが、該光学素子のデザイン及び操作は当業者に周知である。
Claims (31)
- 荷電粒子ビームで用いるために求められている種のイオンを、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン又はキセノンの希ガス原子を除くターゲット原子又は分子の群から製造する方法であって、高速度の原子状又は分子状で正又は負のイオンを有する入射ビームを前記群に通過させることを含んでなり、前記入射イオンビームが前記群内で製造が望まれている前記求められている種のイオンのイオン化電位又は電子親和力の内の500meV以内のイオン化電位又は電子親和力を有する、前記製造方法。
- 前記求められている種のイオンが正又は負の極性を有することが出来る、請求項1記載の方法。
- 前記群の全体積にわたって電場を設けることを更に含んでなる、請求項1記載の方法。
- 前記求められている種のExBドリフトを提供することを含んでなる、請求項1記載の方法。
- 前記電場が前記の原子状又は分子状イオンの入射ビームの方向と実質的に平行に設けられている、請求項3記載の方法。
- 前記電場が前記の原子状又は分子状イオンの入射ビームの方向と実質的に直角に設けられている、請求項3記載の方法。
- イオン化すべき前記ターゲット分子がデカボランを含み、前記のイオン化原子の入射ビームが単一荷電砒素原子を含む、請求項1記載の方法。
- 荷電粒子ビームで用いるために求められている種のイオンを、ターゲット原子又は分子の群から製造する方法であって、高速度の原子状又は分子状で正又は負のイオンを有する入射ビームを前記群に通過させることを含んでなり、前記入射イオンビームが前記群内で製造が望まれている前記求められている種のイオンのイオン化電位の内の500meV以内のイオン化電位又は電子親和力を有する、前記製造方法。
- 前記求められている種のイオンが正又は負の極性を有することが出来る、請求項8記載の方法。
- 前記群の全体積にわたって電場を設けることを更に含んでなる、請求項8記載の方法。
- 前記求められている種のExBドリフトを提供することを含んでなる、請求項8記載の方法。
- 前記電場が前記の原子状又は分子状イオンの入射ビームの方向と実質的に平行に設けられている、請求項10記載の方法。
- 前記電場が前記の原子状又は分子状イオンの入射ビームの方向と実質的に直角に設けられている、請求項10記載の方法。
- ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン又はキセノンの希ガス原子を除くターゲット原子又は分子の群からイオン化原子又は分子の有向ビームを製造するための装置であって、
前記のターゲット原子又は分子の群を保持するのに適合したセル、
イオン化原子又は分子の初期ビームを前記セルに通過させることにより前記セル内に位置する前記のターゲット原子又は分子から電子を除去することによって前記のターゲット原子又は分子をイオン化するための手段であって、前記の初期イオンビームが、前記セル内で製造が望まれているイオンのイオン化電位の内の、500meV以内のイオン化電位を有する手段、及び
前記のターゲット原子又は分子のイオン化に続いて該イオン化原子又は分子を抽出し、該抽出されたイオン及び分子を前記イオンビームに変換するための手段
を組み合わせて含む、前記装置。 - 前記セル内に位置する前記ターゲット分子がデカボランを含む、請求項14記載の装置。
- 前記の初期ビームが砒素イオンを含む、請求項14記載の装置。
- 前記初期ビームの前記原子又は分子が前記のターゲット原子又は分子と同じ種ではない、請求項14の装置。
- 前記セルが温度制御されている、請求項14記載の装置。
- ターゲット原子又は分子の群からイオン化原子又は分子の有向ビームを製造するための装置であって、
前記のターゲット原子又は分子の群を保持するのに適合したセル、
イオン化原子又は分子の初期ビームを前記セルに通過させることにより前記セル内に位置する前記のターゲット原子又は分子から電子を除去することによって前記のターゲット原子又は分子をイオン化するための手段であって、前記の初期イオンビームが、前記セル内で製造が望まれているイオンのイオン化電位の内の、500meV以内のイオン化電位を有する手段、及び
前記のターゲット原子又は分子のイオン化に続いて該イオン化原子又は分子を抽出し、該抽出されたイオン及び分子を前記イオンビームに変換するための手段
を組み合わせて含む、前記装置。 - 前記セル内に位置する前記のターゲット分子がヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンを含む群から選択される、請求項19の装置。
- 前記セル内に位置する前記ターゲット分子がデカボランを含む、請求項19の装置。
- 前記の初期ビームが砒素イオンを含む、請求項19の装置。
- 前記初期ビームの前記原子又は分子が前記のターゲット原子又は分子と同じ種ではない、請求項19の装置。
- 前記セルが温度制御されている、請求項19の装置。
- ターゲットの原子又は分子の群から負荷電原子又は分子の有向ビームを製造するための装置であって、
前記のターゲット原子又は分子の群を保持するのに適合したセル、
負荷電原子又は分子の初期ビームを前記セルに通過させることにより前記セル内に位置する前記のターゲット原子又は分子に電子を付加することによって前記のターゲット原子又は分子に電子を付加するための手段であって、前記の負荷電原子又は分子の初期ビームが、前記セル内で製造が望まれているイオンの電子親和力の内の、500meV以内の電子親和力を有する手段、及び
前記のターゲット原子又は分子への電子付加に続いて該負の原子又は分子を抽出し、該抽出された負の原子又は分子を前記イオンビームに変換するための手段
を組み合わせて含む、前記装置。 - 1価粒子等価電流を有する中性原子又は分子の有向ビームを製造するための装置であって、
ターゲット原子又は分子の群を保持するのに適合したセル、
イオン化原子又は分子の荷電粒子ビームを前記セルに通過させることにより前記セル内に位置する原子又は分子からの電子を付加することによって前記荷電粒子ビーム中の原子又は分子を中和して前記の中性原子又は分子のビームを作成するための手段であって、前記のイオン化原子又は分子のビームが、前記セル内の前記原子又は分子と同じ種の前記セル内の原子又は分子のイオン化電位の内の、500meV以内のイオン化電位を有する手段
を組み合わせて含む、前記装置。 - 前記荷電粒子ビームが硼素を含み、前記セル内に位置する分子がアニソールを含む、請求項26の装置。
- 前記荷電粒子ビームの前記原子又は分子が前記セル内に位置する前記原子又は分子と同じ種ではない、請求項26の装置。
- ターゲット原子又は分子の群を利用して、1価粒子等価電流を有する、求められている種の中性原子又は分子の有向ビームを優先的に製造する方法であって、前記求められている種の高速度原子状又は分子状イオンを有する入射ビームを前記群に通過させることから成り、前記のターゲット原子又は分子のイオン化電位の内で500ミリ電子ボルト以内のイオン化電位又は電子親和力を前記入射イオンビームが有する、前記製造方法。
- 前記荷電粒子ビームが硼素を含み、前記ターゲット分子がアニソールを含む、請求項29の方法。
- 前記荷電粒子ビームの前記原子又は分子が前記のターゲット原子又は分子と同じ種ではない、請求項29の方法。
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