JP6500009B2 - 調節可能な質量分析アパーチャ - Google Patents

Description

＜関連出願の相互参照＞
本発明は、２０１３年３月１５日に出願した、米国特許仮出願番号第６１／８００，８５５号の権利を主張し、これは、すべての図、表、または図面を含むその全体が本明細書における引用により本明細書中に取り込まれている。

本発明の実施形態は、例えば、図１Ａ（先行技術）に示した注入システムなどの、イオン注入システムにおいて使用することができる質量分析アパーチャに関する。さらなる実施形態は、例えば、図１Ｂ（先行技術）に示したプラズマチャネル（ＰＣ）などの、閉プラズマチャネル（ＣＰＣ）超伝導体、またはボース粒子エネルギー伝送システムを通る荷電粒子および／または非荷電粒子の流れのフィルタリングに関する。

イオン注入は、集積回路の縮小比をより小さくさせ、半導体基板（例えば、シリコンチップ）の計算能力を大きくさせるための半導体産業の好ましい方法である。従来のイオン注入装置は、基本的な共通性を有する。被加工物３３５（例えば、シリコンチップ）は、被加工物３３５が注入のために準備されている点へと進められてきているときに、外部供給源からシステム内へと回転される。イオン源３０２は、製造システムの他方の端部のところにある（イオン化用の供給原料を、ｎ型接合用にはアンチモン、ヒ素、リン、またはｐ型接合用にはホウ素、ガリウム、インジウムとすることができる）。一般に、正イオンが使用されるが、負イオンを同様に使用してもよい。ビームアセンブリおよびイオン注入プロセス中に、通常、システムの大部分またはすべてが、真空にされ、その結果、イオンビーム中のイオンは残留ガスと衝突しない。システム全体の電力３０１、３４０、３３９は、必要な場合に供給され、制御システム３３８および／または操作員は、全体のプロセスを管理する。イオン源供給原料を、ｐまたはｎ型接合に基づいて選択する。そのイオン源は、様々な方法によりイオン化され、同様に帯電したイオンの空間電荷ブローアップの傾向に抗して緩和するために、一般に、比較的高エネルギーで放出されたイオンビーム３０９を付勢するようにバイアスされた電極３０５、３３６によってイオン化チャンバ３０３内の開口を通って引き出される。放出されたイオンは、元々の飛行経路からほぼ９０°の角度で、実際のエンベロープ内でイオンビームを曲げる二重極および／もしくは四重極磁場ならびに／またはＥＭ場から構成され、質量分析器３１０を有するビームガイト３１７へと入る比較的密な（大電流の）ビーム３０９を形成する。イオンビーム中のイオン種は、異なる電荷対質量比を有する。ウェハ上の同じ集積回路は、注入されるイオンに関する電荷対質量比の設定したパラメータ内になる。放出されたイオンビーム３０９中の不適当な電荷対質量比の種は、質量分析器３１０および質量分析アパーチャ３１４による引き抜きの後では除去される。異なる質量は、そのイオン種についての異なるモーメントを有し、これが質量分析器３１０を通る軌道を分離するであろう。システム内の磁場は、所望のものよりも大きな電荷対質量比のイオン種がビームガイド３１１の一方の壁に当たり、所望のものよりも小さな電荷対質量比のイオン種がビームガイド３１１の他方の側に当たるように制御され、両者とも存続するイオンビームから除去される。

引き続いて、大部分の従来型のイオン注入システムでは、イオンビームは、質量分析アパーチャ３１４に到達する。質量分析器３１０によって選択されるビーム電流は、大部分が所望のイオン種を有するが、まったく同じではないが所望の質量対電荷比に近い何らかの種を依然として含有する。質量分析アパーチャ３１４は、質量分析器１２６から出てくるイオンビームエンベロープよりも小さな開口を有し、設定したアパーチャ開口を外れるイオン種を分離する（除去する）であろう、これらのイオン種は、質量分析アパーチャ３１４の側方にぶつかり、そこに堆積する。

製品ウェハ（または他の注入した表面）の検査可能な品質は、注入の一貫性に依存する。注入の前および／または実際の注入の両方で、ビームを、一般に、アパーチャ３１４から下流でスキャンし３２２そしてプロファイルを形成する３３１。制御システム３３８は、ビームプロファイル情報を解釈することができ、ビーム診断システム３３３へ送って、特定の注入のための電荷対質量比の最善の設計パラメータ内で最大電流が可能であるように、最適な開口のところにアパーチャを調節する。本発明は、リアルタイムでの調節の能力を有し、不適当なイオンを徐々に除外することによって、質量分析アパーチャ３１４の点のところでビームを最適化する非常に柔軟な制御システム３３８およびコントローラを与える。

質量分析アパーチャ３１４から下流では、イオンビームを集束し、曲げ、偏向させ、集中させ、分散させ、スキャンし、平行化し、および／または汚染を除去するために利用することができる多数の他のプロセスおよび光学的効果がある。図１は、従来型のイオン注入装置の例として使用される。質量分析アパーチャは、３１４であり、ビームエンベロープ３０９内の質量分析器３１０の直後に設置される。他のイオン注入システムは、知的所有権の使用に基づいて変わる。前に述べたように、質量分析アパーチャなどの基本原理は、ほぼすべてのこのようなシステムにおいて共通である。

米国本土における電気エネルギーに対する需要は、２００５年には７４６，４７０メガワットであった。エネルギーの大部分は、石炭（４９．７％）、原子力エネルギー（１９．３％）、および天然ガス（１８．７％）によって作られた。残念ながら、発電の点から小売りの点までのエネルギーの伝送は、非常に非効率的なままである。２００５年の５〜８％の間のエネルギー損失は、損失歳入でほぼ２００億ドル（＄２０，０００，０００，０００）に換算される。作られたエネルギーのほぼすべてが、高電圧送電線を通過し、次いで、低い電圧に降圧された後で市街地、商業地域、および住宅地域へと配電される。

すべての高電圧送電線は、比較的安いコストおよび金属としてはよい１７．２×１０^-5Ωｍの電気抵抗率のために絶縁銅電線を使用する。これらのケーブルは７００，０００ボルトを超える送電が可能である一方で、銅を使用する送電線は、吊下げ式電線の機械的および電気的制約のために、重大な欠点および限界を有する。例えば、銅ケーブルを介した送電は、信じられないほど非効率的であり、ケーブルを通過する電気の抵抗によって生み出される熱の形でとてつもない量のエネルギー損失をともなう。その上、発生した熱は、特に、送電線が長すぎる場合には、送電線の変形および障害を引き起こすことがある。他の問題は、送電塔から吊下げられたケーブルと同様に美観上の欠点を示す送電塔のための土地の使用を確実するために入手しなければならない費用のかかる線路用地を含む。

地下ケーブルは、吊下型電力ケーブルに対して、長い伝送距離、高い電気負荷、線路用地所有権コストの減少、および美観的妨害のないことを含め、いくつかの利点を有する。埋設型銅電線はまた、最小荷重をサポートし、吊式電線と比較して電気の誘電損失を減少させる優れた誘電絶縁被覆を有する。しかしながら、抵抗からもたらされる効率損失は、依然として主要な問題である。低温ケーブルは、第２の地下伝送電線選択肢であるが、他のコストとともに冷却したままにするために液体窒素拠点を必要とする。超伝導電力伝送電線は、電気抵抗がないためにゼロ損失を示すはずであるという理由で、超伝導電力伝送電線は、魅力的な解決策である、しかしながら、任意の有用な長さの電線へと単結晶材料を処理することは、不可能ではないとしても相変わらず実行可能ではない。

明らかに、長距離にわたってエネルギーを伝送するより効率的な手段に対する長期にわたる必要性が存在する。本技術におけるこの必要性を満足させるために、磁場および／または電磁場に曝された閉じ込められたプラズマを介した電力伝送のための方法および装置を提供する。

各端部に電極を有し、希ガスを充填したガラス管は、電気を伝送できることが知られている。これらのガス管は、外部電場が印加されるときにはネオン管に類似している。ガスまたはガスの一部をイオン化させる高電圧の交流電場の下で、プラズマは管の内部に形成される。電子は、親分子から自由になり、電気伝導度は、電場が印加される前のガスの電気伝導度に対して増加する。これらの電子は、銅などの金属中の自由電子と同様に振る舞う。

わずかに１％の粒子がイオン化されている部分的にイオン化されたガスでさえ、（すなわち、磁場および高い電気伝導度に対応して）プラズマの特性を有することができる。「プラズマ密度」という用語は、通常「電子密度」、すなわち、単位体積当たりの自由電子の数を呼ぶ。プラズマのイオン化の程度は、電子を失った（または得た）原子の割合であり、大体は温度によって制御される。プラズマは、ほぼ完全にイオン化されている場合には、「ホット」であると、またはガス分子の小さな割合（例えば、１％）がイオン化されるに過ぎない場合には、「コールド」であるとときには呼ばれる。「技術的プラズマ」は、この意味で通常コールドである。「コールド」プラズマであってさえも、電子温度は、依然として典型的には摂氏数千度である。

プラズマの電気伝導度は、その密度に関係する。より具体的に、部分的にイオン化されたプラズマでは、電気伝導度は、電子密度に比例し、中性ガス密度に反比例する。言い換えると、荷電粒子の再結合によって存在するイオン化されていないガス媒体のいずれかの部分は、絶縁体として作用し続け、そこを通る電気の伝送に対する抵抗を作り出す。主題の発明は、本明細書においてより完全に説明する方式でエネルギー伝送中にこの抵抗を実質的にまたは完全に除去するために、磁場に対するプラズマの応答性（ならびに常磁性ガス媒体の応答性）を利用する。したがって、伝送効率は、実質的に距離とは無関係であるが、むしろ、１）イオン化、２）真空品質、３）磁場成層化（stratification）の関数である。イオン化は、ＵＶ光飽和によって維持される最適な光−電子イオン化であるはずであり、真空品質は、存在するイオン化されていない分子のＭＦＰ（平均自由行程）である決定要因を用いると、高いから非常に高いはずであり、磁場飽和は、チャンバ内の関与していない分子および粒子を領域分けするための静磁場の効果であるはずである。

本発明の実施形態は、図１Ａに示した従来型のイオン注入システムなどの、イオン注入システム、またはイオンビームアセンブリにおいて電荷対質量比（および／または質量対電荷比）に基づいて注入のために望ましくないイオン種を選択的に除外する他の装置において使用することができる質量分析アパーチャに関する。特定の実施形態は、図１Ａに示したイオンビームアセンブリ３０８プロセスにおいて使用することができるＭＲＡに関する。イオン注入システムは、例えば、演算回路を作るために半導体産業によって使用される。これらのシステムの最も単純であり、しかも最も重要な構成要素の１つは、質量分析アパーチャ３１４である。質量分析アパーチャ３１４は、イオン引き出し部３０７および質量分析器ビームガイド３１０から下流に設置される。質量分析アパーチャ３１４は、具体的な注入のパラメータではないが、所望の電荷対質量比に近いイオン種を分離する。イオンの所望の種は、アパーチャ開口を通過するであろう、そして不要な種は、イオンビームに面しているアパーチャ表面に当たることによって除去されるであろう。不要なイオン種は、アパーチャと同じ高さの平面（flush）の表面に当たり、イオンビームへと一部をスパッタし、残留物蓄積を生じさせる。このような残留物蓄積は、離れることがあり、汚染をイオンビームに乗せさせ、被加工物３３５への道筋を見つけさせることがある。集積回路を小さくさせる意欲的なスケーリングの試みのために、より大きな電流を使用すること、より低いエネルギーで注入すること、より大きな質量のクラスタ分子を使用すること、（ビームガイド内で質量分散の小さな範囲を有する）ゲルマニウムなどの代替イオン源を使用すること、複数のイオン源を使用すること、およびイオン引き出しプロセスを改良して望ましいものにするその他の進歩などの、進化している方策がある。

本発明の実施形態はまた、図１Ｂに示したＰＣなどの、閉プラズマチャネル（ＣＰＣ）超伝導体、またはボース粒子エネルギー伝送システムを通る荷電粒子の流れのフィルタリングにも関する。特定の実施形態は、電荷および／または質量（質量対電荷比など）にしたがって細長いイオン化チャンバ内で、イオン化したまたは部分的にイオン化した媒体の構成要素などの、荷電粒子の領域で分離した流れをフィルタリングするための方法および装置に関し、ここでは、イオン化チャンバは、荷電粒子の伝送のための低抵抗または無抵抗伝導パスを提供する。主題のアパーチャの実施形態は、複数の用途を有し、低エネルギー粒子加速器としてやはり説明することができる。

本発明の実施形態は、セグメント化され、調節可能であり、および／またはアパーチャにぶつかるであろう近づいてくるイオン種に対して湾曲した表面を示す質量分析アパーチャに関する。調節可能な質量分析アパーチャは、コントローラおよび／または制御システムが増加した多様な機能を実行することを可能にすることができる。注入サイクルの前に、間に、および／または後で質量分析アパーチャへの調節を行う能力を有する実施形態は、利益を提供することができる。湾曲した表面を組み込んでいる実施形態は、湾曲した表面の後ろでイオンビームから遠くに堆積した残留物を保持し、その結果、被加工物３３５に達するイオンビームの一部分は、このような残留物が下流のイオン内に乗るようになる可能性が少ない。除外されたイオン種は、湾曲した表面上で質量分析アパーチャに当たることができ、不適当なイオン種のスパッタリングに抗して軽減することができる。

セグメント化したアパーチャの実施形態は、任意の数のセグメントを組み込むことができる。簡単にするために、セグメントを機能により論ずることにする。ある実施形態では、アパーチャの本体の異なる領域、またはセグメントは、異なる電荷および／または磁気極性を有することができ、これが、イオンの選択を高めるために近くを進むイオンの動きに影響を及ぼすことができる。さらなる実施形態では、アパーチャの各側面は、他の側面に対して移動可能であり、その結果、各側面は、他の側面とは独立してまたは連動してのいずれかで移動するまたはスライドすることができる。このようにして、アパーチャ開口を、手動で、または手動で制御するアクチュエータによって、またはオペレーティングシステムによってなどで、制御することができる。このような調節は、リアルタイムで行うことができ、荷電粒子のビームの断面に関しておよび／または荷電粒子のビームの軸に関して所望の位置のところに所望の寸法にしたアパーチャ開口を形成することができる。リアルタイムで調節することによって、イオンビームを、注入中に調整することができ、任意選択で、ＭＲＡから下流で取った測定値からのフィードバックに基づいて調節することができる。所望の寸法にすることは、動作の前に予め決定した、もしくはそれ以外にはイオン源から発せられるビームエンベロープに基づいてなどで決定した、ビームプロファイルフィードバックに、または所望の質量対電荷比および／もしくは分解能に基づくことができる。

所望のアパーチャ開口の寸法は、形状、高さ、および幅を含むことができる。加えて、アパーチャのうちの１つまたは複数のフェイスを、セグメント化する（例えば、電荷および／または磁気極性もしくは他の磁気特性を有する）、磁気的に分離する、ならびに／または電気的に分離することができ、その結果、フェイスは、機械的なインターフェースに加えて１つまたは複数の機能を実行することができる。例として、入ってくるイオンビームに面するアパーチャ表面（例えば、ビームパスに平行な成分を有し、イオンビームの進行に反対方向である垂線を有する）を、（ｉ）このような表面がファラデーフラッグまたはビームプロファイラの機能を実行するようにセグメント化する；および／またはこのような表面がウィーンフィルタの機能を実行するように磁化することができる。例として、イオンビームがアパーチャを出るのでイオンビームに面するアパーチャ表面を、加速する／減速する、集光する／デフォーカスする、光学的に影響を及ぼすようにバイアスされた電極とすることができる、および／またはＺＦＥ制限素子とすることができる、および／またはある種のクリーニング処理中に利用することができる。特定の実施形態では、全体の質量分析アパーチャ開口を、入ってくるイオンビームに対してＸ軸上で左右に、Ｙ軸上で上下に、Ｚ軸上で前後に動かすことができる（例えば、図１Ｂ参照）。

本明細書において開示するように、主題の発明の実施形態は、荷電粒子のビームと接触するまたは動きに影響を及ぼす質量分析アパーチャの一部分の湾曲した表面を含むことができる。例として、開口を形成するおよび／または近づいてくるイオンビームに面するアパーチャの内側表面は、端部を形成することができる。表面を湾曲させることができ、その結果、端部は、近づいてくるビームに最も近い先端部分を有し、表面は、端部の先端部分から遠い方向でビームの外側部分に向けて凸である（例えば、ビームから遠くへ湾曲する）。さらなる実施形態は、開口から遠い方向に先端部分に隣接して凹表面を有することができる。先端部分から遠くへ湾曲する凸表面を有することは、除去したイオンが、平坦な表面上の同じ高さの表面に当たる代わりに湾曲した表面に当たるので、ＭＲＡに当たっている除去したイオン種のスパッタリングに抗して軽減することができる。さらなる実施形態は、凹部分に隣接して表面の凹セグメントを有することができる。アパーチャ上の残留物は、そのときには端部の径方向に外側にあり、端部の軸方向に上流にあり、例えば、湾曲した表面の後にあり、イオンビームにほとんど乗ることができない。分離の点のところの端部の径方向に外側のアパーチャ表面に当たるイオン種を、湾曲した表面によってイオンビームの外に偏向させることができる。アパーチャのセグメント化および湾曲を、イオン注入プロセスの均一性および生産性、特に、より大きなビーム電流、被加工物のところでのより低いエネルギー、分子クラスタイオン、遠隔または複数のイオン源、および他の意欲的なスケーリング方策を向上させるために一緒にまたは別々に利用することができる。

本発明の実施形態は、閉プラズマチャネル（ＣＰＣ）超伝導体として、またはボース粒子エネルギー伝送装置として特徴付けることができるシステムに関する。特定の実施形態は、米国特許第８，３６８，０３３号に開示されたシステムおよび方法の修正および改善に関し、このような教示についてその全体が参照によって本明細書に組み込まれている。第１の好ましい実施形態では、装置は、イオン化空間（本明細書においてはいくつかの実施形態では「プラズマ分離空間」ともやはり呼ばれる）を有するイオン化容器（本明細書においてはいくつかの実施形態では「プラズマ分離容器」ともやはり呼ばれる）を備えたイオン化チャンバ（本明細書においてはいくつかの実施形態では「プラズマ分離チャンバ」ともやはり呼ばれる）、およびイオン、電子、およびイオン化されていないガスまたは蒸気（以降「プラズマ成分」）から構成されるプラズマへと真空下でイオン化空間内に閉じ込められたプラズマ前駆物質ガスまたは蒸気をイオン化するためのイオン化空間と関係付けられて動作する光イオン化手段から構成される。好ましくは、プラズマ前駆物質ガスまたは蒸気は、常磁性である。イオン化は、大部分の導電性伝送媒体を生成するために適した波長の光源の光電気効果によってもたらされ、維持される。

第２の好ましい実施形態では、プラズマを、上記の容器それ自体の中で作るよりはむしろ上記の容器へと満たすことができる。いずれの事例においても、磁場生成手段が、伝送空間内に軸方向均一静磁場を生成するために利用されて、容器の中央長手軸に平行に位置する「領域」または「チャネル」へとプラズマ成分を実質的に分離する。各チャネルは、イオン化空間の全長さに沿って形成される。少なくとも１つのチャネルが、主に自由電子から構成されて形成され、これは、主題の発明の１つの応用では、パスを通る電気の送電のために最小の抵抗のパスを提供する。他の実施形態では、振動磁場（電磁場または「摂動磁場」）が、コンジットを通る荷電粒子の動きを刺激するために伝送空間内に導入される。交流の送電用のハイブリッドシステム、または代替で、円柱状壁を通る多重極ＥＭ場、および領域分けしたチャネルのうちの少なくとも１つを通る直流または荷電粒子を含む、主題の方法および装置の様々な追加の実施形態が説明され、そしてこのプロセスは、他のアプリケーションと同様に、超伝導体、低エネルギー粒子加速器として働くことができる。すべての実施形態では、前述の光イオン化手段を、プラズマを維持する（すなわち、プラズマの成分の再結合を防止する）ために利用することができる。伝送空間を通る荷電粒子の伝送の効率を高める方法を説明する。

磁性または常磁性を有し組成および密度が変化するプラズマ成分は、導電性から絶縁性までの特性によって順番に並べられた「グラデーション」または領域への伝送空間内で、個別の磁気極性と反応するであろう。このプラズマ成分の各組成の質量／電化比は、静磁場に対する大きなまたは小さな応答のいずれかをそれ自体に与える。これによって、導電性層が主に磁場の中心のところにある１つの実施形態および導電性層が主にコンジットの内部壁表面に沿って配向するもう１つの実施形態を含む様々な磁場生成手段を使用して、導電性領域または階級の位置を操作することができる。

導電性チャネルが磁場の中心のところにあるこれらの実施形態では、交流磁場または多重極磁場といった、電磁（ＥＭ）場を印加することができる。この事例では、ＥＭ場は、コンジットの壁に沿った「摂動磁場」、および中心に向かって導電性チャネルを集束する「階層場（stratum field）」としての第１の磁場と呼ばれる。この第２のＥＭ場が元々の磁場の階層を摂動させるように作用することができる一方で、その影響は、荷電粒子（すなわち、ＤＣ電流）を引き付け、反発するように、またはコンジットの回収端のところに設置された受信側手段への流れを加速するもしくは強めるような方法で引く−押すように改良されるであろう。壁電荷は、受信側端のところに設置された同じまたは追加の受信側手段によってやはり回収されるであろう。さらなる実施形態は、様々な目的のために様々な組合せで同じ原理を使用することができる。

本発明のもう１つの重要な態様は、コンジット内での光イオン化の使用である。プラズマ媒体は、プラズマが最も豊富な状態でありボース粒子エネルギーキャリアである自然に見られる光レベルおよび波長品質を有する最大導電性レベルで維持されるであろう。主題のアパーチャおよび方法におけるプラズマ密度は、磁気流体力学（ＭＨＤ）の分野における他のアプリケーションと比較して比較的希薄であり、動力学効果の抵抗を減少させる。主題のコンジットに維持されているプラズマ状態は、核融合プラズマよりも宇宙空間プラズマにより類似している。主題の装置および方法は、長大な距離にわたる効果的なエネルギー伝送媒体として証明されている、「宇宙空間」における、地球の大気の外側で優勢であるプラズマの自然状態を真似るように設計される。これを実現するために、ＣＰＣは、高真空から極高真空である真空品質を必要としようとしている。決定要因は、チャンバ内の異種分子の「平均自由行程」（ＭＦＰ）である。ＭＦＰは、十分に長くなければならず、妨害する分子を遠くへ引き付ける静磁場によって助けられ、電荷のパスを妨害する衝突によって生じるはずの抵抗に打ち勝つ。

主題の発明の特定の実施形態は、ＣＰＣ、または容器内の前駆物質をイオン化するためおよびイオンビームを形成するために得られたイオンに力を与えるためのシステムに関し、イオンビーム中のある種のイオンの動きに影響を与える（例えば、イオンビームからイオンをそらせる、イオンを偏向させる、および／またはイオンを取り除く）ための、フィン、湾曲した表面、またはセグメント化した突起などの、容器の内側表面上のフィルタを含む。

このように、下記の本発明の詳細が説明をより良く理解できるように、そして技術に対する現在の寄与をより良く認識できるように、本発明のより重要な構成要素および特徴をむしろ幅広く概説してきている。当然のことながら、本明細書において以降に説明されるであろう発明の追加の特徴があり、これは、別記の特許請求の範囲の主題を形成するであろう。これに関して、詳細に本発明の少なくとも１つの実施形態を説明する前に、本発明は、下記の説明に記載されている、または図面に図示されている構成要素の構成および配置の詳細に本発明の応用では限定されないことが理解されるはずである。本発明は、他の実施形態で可能であり、様々な方法で実施され行われる。また、本明細書において使用される表現方法および用語は、説明の目的のためであり、限定するようには見なされるべきではないことが理解されるはずである。それはそうとして、この開示が基づいている概念を、本発明のいくつかの目的を行うために、他の構造、方法、およびシステムを設計するための基礎として容易に利用することができることを、当業者なら認識するであろう。これゆえ、等価な構成が本発明の精神および範囲から乖離しない限り、特許請求の範囲は、このような等価な構成を含むと見なされることが重要である。

本発明、その利点、およびその使用によって得られる特定の目的をより良く理解するために、言及が、発明の好ましい実施形態を図説する添付の図面および説明的事項になされるはずである。

本発明の下記の詳細な説明を考慮すると、本発明が、より良く理解され、上に記述したもの以外の目的が、明らかになるであろう。このような説明は、添付した図面を参照する。

米国特許第８，６３７，８３８号から複写され、主題の発明の実施形態のためのサブシステムを提供することができおよび／または主題の発明の実施形態にしたがって修正されることが可能であるイオン注入システムの例として使用される図である。 米国特許第８，３６８，０３３号から複写され、主題の発明の実施形態のためのサブシステムを提供することができおよび／または主題の発明の実施形態にしたがって修正されることが可能である閉プラズマチャネル装置の例として使用される図である。 米国特許第７，３９９，９８０号から複写され、主題の発明の実施形態のためのサブシステムを提供することができおよび／または主題の発明の実施形態にしたがって修正されることが可能である先行技術の質量分析アパーチャの図である。 イオンビームエンベロープに比して任意の高さまたは幅へとアパーチャが徐々に移動することを可能にするスライド式側面を有する質量分析アパーチャを示す本発明の例示的な実施形態の図である。 完全に開いた図３Ａの質量分析アパーチャを示す図である。 完全に閉じた図３Ａの質量分析アパーチャを示す図である。 ねじ駆動部および２つの空気駆動部を組み込んでいる主題の発明の特定の実施形態を示す図である。 ねじ駆動部および歯車を組み込んでいる主題の発明の特定の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態にしたがったフィンを示す断面図である。 質量分析アパーチャの内側端部として使用することができる湾曲した端部を図示する図である。 スライド式側面とともに、湾曲した内側端部を組み込んでいるＭＲＡの実施形態を図示する図である。 図５Ａおよび／または図５Ｂの湾曲した端部を組み込んでいる実施形態の長手方向断面を示す図である。 本発明の実施形態にしたがった、湾曲した表面、または「フィン」の断面を示す図である。 本発明の実施形態にしたがった、湾曲した表面、または「フィン」の断面を示す図である。 本発明の実施形態にしたがった、湾曲した表面、または「フィン」の断面を示す図である。

手始めに、類似の参照番号は、いくつかの図面、図の全体を通して一貫して同じ構造要素、部分、または表面を認識するものであることが明らかに理解されるはずであり、それはそうとして、要素、部分、または表面を、全体の明細書によってさらに記述するまたは説明することができ、明細書のうちのこの詳細な説明は、必須部分である。別段の指示がない限り、図面は、明細書とともに読まれる（例えば、クロスハッチング、部品の配置、部分、程度、等）はずのものであり、この発明の全体の書面による明細の一部と考えられるはずのものである。構成要素は、同じ縮尺ではまたは比例しては描かれていない。下記の説明において使用されるように、「水平な」および「垂直な」という用語は、水平な地面に対する対象物の向きを単純に呼び、「左」、「右」、「頂部」および「底部」、「上方に」および「下方に」という用語、ならびにこれらの形容詞的および副詞的派生語（例えば、「右方向に」、「上方向に」、等）は、ふさわしいように、伸長の軸、または回転の軸に対する表面の向きを単純に呼ぶ。

既存の技術としてここで複写した米国特許第８，６３７，８３８号の図１である図１Ａは、従来型のイオン注入システムを図示する。従来型のイオン注入システムは、典型的には、質量分析アパーチャ３１４を有する。図１Ａは、ＭＲＡを組み込んでいるシステムを示す。主題の発明の実施形態は、図１Ａのシステム、図１Ａに示したサブシステム、ならびに米国特許第８，６３７，８３８号の図１に示したシステムおよびサブシステムに関して米国特許第８，６３７，８３８号に記述した実施形態および米国特許第８，６３７，８３８号に記述したこれらへの修正形態に関係し、これらの特許は、その全体が引用によって本明細書に組み込まれており、イオンパスの長さに沿ってイオンパスの１つまたは複数の位置のところに本明細書において説明するＭＲＡの実施形態のうちの１つにしたがった１つまたは複数のＭＲＡを組み込んでいる。本発明は、質量分析アパーチャを有する他のシステムで機能するであろう。

主題の発明の実施形態に関して、図１Ａを参照すると、被加工物３３５、例えば、シリコンウェハは、システムのエンドステーション３３６のところでイオンビームにより注入される。イオンビーム３０９は、始点部３０７のところで発生される。イオンビームは、エンドステーション３３６までビームラインアセンブリ３０８内のパスに沿って導かれる。

他の粒子とのイオンビームの衝突を軽減するために、システムをポンプ（図示せず）によって真空にすることができる。イオン源３０２を、発生チャンバ３０４内でイオン化されるドーパント材料（図示せず）のイオン化したガスとすることができる。イオン化の方法は、示さないが、例えば、熱陰極、ＲＦ、マイクロ波、電子線注入、または自由電子を励起してドーパントガス分子と十分に衝突させてイオンを発生させる他の機構であってもよい。イオンは、スリット３０３を通って移動し、イオン引き出しアセンブリ３０５によって引き出される。

比較的高いエネルギーでイオンを引き出すために、引き出しアセンブリ３０５をバイアスする。一般に、システムは、比較的高いエネルギーでシステム全体を通してビームを伝送し、そのため粒子は、ビームブローアップに導かれることがある斥力に打ち勝つために十分な運動量を有する。次いで、被加工物３３５と衝突する前に、減速段３２７があり、イオンが小さな接合または極浅接合（ＵＳＪ）のためにウェハと浅く衝突するようにイオンを減速する電極アセンブリまたは他の装置を含むことができる。減速段３２７をイオンビームに平行な電極板３２８および３３０として示すとはいえ、他の減速段は、ビームが通って進むアパーチャを有するビームパスに垂直な電極を利用することができることに、留意すること。

励起すると、イオンビーム３０９は、始点部３０７からビームラインアセンブリ３０８へと入る。図１Ｂに示した実施形態では、質量分析器３１０が約９０度の角度で形成され、ビーム３０９を曲げる磁場が存在する。磁石は、この図には示されていない。ビームラインアセンブリの残りは、ビームガイト３１７、質量分析器３１０、スキャニングシステム（３２０、３１９、１２２）、電気素子３３９、および平行化器３２９を含む。

既存の技術としてここで複写した米国特許第８，３６８，０３３号の図１である図１Ｂは、閉プラズマチャネル超伝導体、またはボース粒子エネルギー伝送装置として図示する。主題の発明の実施形態は、イオン化容器１２の壁１４の内側表面から突き出している湾曲した表面を有する１つまたは複数のフィンまたは突起を組み込むことが可能であり、その結果、１つまたは複数のフィンが、イオンビームの動きに強い影響を与えるおよび／またはイオンビームからイオンを取り除く。

既存の技術としてここで複写した米国特許第７，３９９，９８０号の図４である図２は、先行技術の質量分析アパーチャの例を示す。主題のＭＲＡの実施形態は、イオンビームが通過するアパーチャに近接して配置したフィンを組み込む図２のＭＲＡの修正形態を包含することができる。このようなフィンは、近づいてくるイオンビームに最も近い先端部分を有することができ、特定の実施形態では、先端部分に隣接して凸表面を形成するように先端部分から湾曲して、イオンビームからこのような凸部分で停止するイオンを偏向させる表面を有することができる。このようなフィンは、電荷および／または磁気特性を有する２つ以上のセグメント（例えば、フィンの体積の各セグメント）をやはり有することができる。このようなフィンを、イオンビームの幅を設定する側面の端部の一部分もしくは全体に沿って、および／またはイオンビームの高さを設定する上側面および底側面の端部の一部分もしくはすべてに沿って設置することができる。このような板の実施形態は、１つ、２つ、３つ以上の開口を有することができ、高さおよび幅などの、所望の寸法を各々有する。分析アパーチャアセンブリ４００の修正形態の実施形態は、３つの分析アパーチャ４０６、４０８、および４１０などの１つまたは複数の開口（１、２、３、４．．．ｎ）を有する分析板４０４を保持するアセンブリアーム４０２を有することができる。実施形態は、例えば、アクチュエータを介してアセンブリが移動することを可能にでき、そのため選択したアパーチャは、選択したビームエンベロープおよび／または選択的質量分解能に対応する。アセンブリは、上流の（図示せず）、質量分析器の可能な角度調節の範囲に対応する変えられたビームパスに適応するようにやはり移動することができる。アパーチャ開口の第１、第２、および第３の位置が動作中には並んでいるという理由で、一部の材料またはビームの一部分は、選択されなかったアパーチャのうちの１つを通過することができる。

図３Ａは、質量分析アパーチャアセンブリ３０の実施形態を示す。図３Ａのアパーチャ開口位置は、図２に（ページの面内に）示したアパーチャ開口４１０に一般に対応する。アセンブリは、側面３１、３２、３３、および３４を含み、側面はＸおよびＹ方向にスライドして、多様な開口サイズおよび位置を作り出す。図３Ａには、同じ幅を有しかつある長さを有する側面が示される。その長さは、開口の一部を遮るように、側面の端部から十分に遠くまで延びていない。図３Ａでは側面が開口の一部を遮っている。図示の便宜を図るため、側面の動きの範囲が誇張されているが、図３Ｃに示した位置まで側面が移動すると、側面により開口が遮られる。歯車、軌道、リンケージ、アクチュエータ、およびモータなどの多様な機構を、側面の動きを制御するために使用することができる。側面３１、３２、３３、および３４は、それぞれ、アパーチャ内側端部４１、４２、４３、および４４に沿ってスライドする。アパーチャ側面３１〜３４は、開口を有する裏板に対してスライドすることができ、側面３１〜３４の動作範囲内の任意の開口サイズにアパーチャ開口が調節されることを可能にする。

図３Ｂは、動作範囲内の最大開口アパーチャまで動いた側面３１〜３４を示し、裏板の開口のサイズおよび場所に対応することができる。このような裏板を、側面を移動させるための構造への側面の相互接続用の装着具として使用することができる。この開口は、質量分析器３１０から出てくるビームエンベロープより大きくなることができ、その結果、側面をこの最大開口まで開口することによって、ＭＲＡをビームパスから「取り除く」ことができる。注入の前に最大開口を使用することは、質量分析アパーチャの下流のビーム診断のために有用であり得る。イオンビームまたは他のガスが質量分析板のシステム下流を通り急増する場合に、この最大開口設定を、ある種のクリーニング技術のためにやはり使用することができる。

図３Ｃは、アパーチャが完全に閉じるように動いた側面３１〜３４を示す。この設定は、イオンビームを遮り、磁場が質量分析器３１０内で依然として動作可能であるビームダンプ用に使用されることがある。質量分析アパーチャを含むまたはその上流の、イオンビームまたは他のガスが増加するシステムで、この設定は、ある種のクリーニング技術のためにやはり使用することができる。図３Ｃに見られるように、ＸおよびＹ方向、そして任意選択でＺ方向に移動可能であるすべての４つの側面を有する実施形態に関して、４つの側面についての多様な位置は、閉じた位置を作り出すことができる。実施形態では、完全に閉じた位置は、イオンビームを完全に遮る。

側面の他の位置を、選択することができる。動作範囲内の、例えば、開口の中心の位置に関するまたは開口の角に関するアパーチャ開口についての任意の位置を、選択することができる。また、裏板を有するアセンブリ３０、裏板のないアセンブリ３０、ならびに／またはアセンブリ、裏板、および他の構造を、任意選択で、イオンビーム３０９に対して開口を調節するために、左右に（Ｘ軸）、上下に（Ｙ軸）、前後に（Ｚ軸）動かすことができる。

質量分析アパーチャアセンブリ３０を、電源３４０、３３９につないで動作させることができる。イオン源３０２、質量分析器３１３、質量分析アパーチャアセンブリ３０、スキャニング素子３２２、平行化器３２９、およびビームプロファイリングシステム３３１、ならびに／または装置の他の動作可能な態様を制御するため、調節するため、および／または通信するために、制御システム３３７を使用することができる。ビーム診断システム３３８を、制御システム３３７に接続することができて、注入プロセスの前に、間に、および／または後でビーム特性を管理するためにシステム内での繰返し変更を可能にする。その結果、例えば、制御システム３３７は、被加工物３３５をシステムエンドステーション３３６内へと回転する前に、質量分析アパーチャ側面３１〜３４を全開アパーチャ図３Ｂのところに設定することができ、その結果、例えば、ビーム診断が完了し、パラメータが設定される。一旦、ビームパラメータが設定されると、制御システム３３７は、例えば、注入プロセスを開始する、修正する、および／または終わらせるために、所望のパラメータに一致する任意の所望のアパーチャ開口に側面３１〜３４を移動することができる。次いで、注入プロセス中には、例えば、制御システム３３７は、質量分析アパーチャアセンブリ３０または側面３１〜３４を徐々に大きく移動させるためにビーム診断システム３３８からのデータを使用することができ、ビーム特性を管理するおよび／または最適化する。注入プロセスの後でまたは新しい被加工物（図示せず）をエンドステーション３３６内へと回転している時間中には、例えば、制御システム３３７は、クリーニングプロセスまたは他の目的のために、完全に閉じた位置、図３Ｃへと側面３１〜３４を移動させてもよい。制御システム３３７は、質量分析器の磁場が動作している間に、ビームダンプのために側面３１〜３４を完全に閉じた位置、図３Ｃへと移動させることが可能であるはずである。質量分析アパーチャアセンブリ３０の機能を、リアルタイムで繰り返し実行することができる。主題のＭＲＡの実施形態は、各開口のまたは開口のサブセットについての、１つまたは複数の側面または側面の一部に湾曲した内側端部、例えば、フィンを組み込むことによって、その例が図２に示されている従来型の質量分析アパーチャを修正することができる。本明細書において図示し説明するような、湾曲した表面を、本発明の例示的な実施形態では、アパーチャ内側端部に対して使用することができる。本明細書において説明するような湾曲した表面を、例えば、図２に図示したような先行技術を含め、任意の従来型の質量分析アパーチャ用の内側端部として使用することができる。イオンビーム３０９が質量分析アパーチャアセンブリ（図２に示した先行技術システム内の３１４）に達するので、イオンビームは、空間電荷ブローアップに関する傾向を和らげるために比較的高いエネルギーで依然として進んでいる。減速段３２７は、アパーチャから下流であり、そのため除外されたイオン種は、比較的高速で質量分析アパーチャの先端部に当たり、イオンビーム中へと、予め存在する残留物を含め、汚染をスパッタリングする傾向をともない、前記汚染は、ビーム中へと乗せられることがあり、被加工物３３５への道筋を見つけることができる。これは、高いビーム電流、重い質量のクラスタ分子、多重イオン源および狭い範囲の質量分散を有するイオン源において特に顕著である。湾曲した表面は、除外のときにぶつかる表面が少ない他の表面に対して利点を有し、除外したイオン種は、湾曲した表面と同じ高さの平面に衝突せず、偏向するときに、存続するイオンビームは下流に既に移動しており、そのため、被加工物を汚染するように乗せられている除外したイオン種から汚染物を持ち込む可能性を減少させる。除外したイオン種からの残留物は、注入実行時の間に、質量分析アパーチャ上に蓄積することがあるが、これはアパーチャ開口から十分に離れており、質量分析アパーチャの湾曲した端部の後方である。本明細書において説明するように、除外したイオン種、除外した中性に帯電したもしくは負に帯電した粒子、または摩損した上流システム部品からの汚染物が表面にぶつかるシステム内の他の表面に、湾曲した表面を使用することができる。本明細書において開示した方法で、被加工物３３５から上流のどこかの製造ラインに汚染物が再進入することを除外することは、製造の品質および効率に寄与するであろう。

図５Ｂは、図５Ａに示したリング形状ではなく、むしろ単一のアパーチャ開口での長方形形状の質量分析アパーチャを示す。新しい表面４０内の側壁１４に沿って、図５Ａおよび図５Ｂに示される。図５Ａおよび図５Ｂが側壁１４を示すとはいえ、側壁を、図２に示したように平板になるように厚くすることができ、図は、平板から延びるフィンをさらに示す。フィンの詳細図２００を、図５Ａおよび図５Ａの両方に示す。本発明の例示的な実施形態では、本明細書において開示したように、平坦なまたは同じ高さの平面の端部の代わりにおよび前から後への９０°の端部の代わりに（すなわち、Ｚ軸に平行に）湾曲した端部を組み込むように、従来型の質量分析アパーチャを修正する。本明細書において開示したように、入射するイオンビーム３０９に面するアパーチャの内側端部上に湾曲した表面を有するいずれかの従来型の質量分析アパーチャの修正形態は、不適当なイオン種のスパッタリングおよび湾曲部の後方の堆積残留物、汚染物を低減する、これらは、そうでなければ、ビームに乗り、被加工物３３５を汚染することがある。動作中に、残留物蓄積は、アパーチャ開口から下流に含まれ、残留物が離れることおよびビームへの道筋を見つけることに抗してさらに軽減する。

図８Ａおよび図８Ｂは、ＭＲＡに組み込むことができるフィンの実施形態を示す。側壁１４の表面４０が前表面（近づいてくるビームに面する）を通り過ぎて延び、裏表面（近づいてくるビームから遠くに面する）を通り過ぎて延びるように図５Ａおよび図５Ｂには示されるとはいえ、再び、側壁表面４０を、平板を形成するように厚くすることができ、側壁表面４０は、前表面から裏表面を超えて延びる、前表面から裏表面まで延びる、または前表面および裏表面に対して任意の他の所望の向きで延びることができる。領域２０５は、正電荷、負電荷、または中性電荷を有することができる。領域２１０は、領域２１５ができるように、正電荷、負電荷、または中性電荷を有することができる。帯電した領域を、不適切な質量の帯電したイオン種を除外するために使用することができる。実施形態を、寸法、領域の数、および／または領域の形状を含む異なる方法でセグメント化することができる。認識されるように、任意の数のセグメントを、役に立つという理由で利用することができる。簡単にするために、この実施形態では、３つのセグメントが２０５、２１０、および２１５で示される。やはり認識することができるように、役に立つという理由で利用することができる任意の数の湾曲した表面がある。ここで使用するように、この形状は、記述を限定するものではなく、簡単にするために使用するほんの１つである。セグメント２０５、２１０および２１５を、好ましくは、互いに電気的に絶縁し、同様に磁気的に分離し、その結果、各々は、静電的に役に立つまたは磁気的に役に立つ負または正の異なる電荷／磁場を運ぶことができる、またはまったく電荷を運ばないことがある。図２３Ｂに示したように、例として、セグメント２０５は、負の電荷／磁場であり、セグメント２１０は、正に帯電し、そしてセグメント２１５は、電荷を持たない。

イオンビーム３０９に関連して、イオンビーム３０９がセグメント２１５に達するので、セグメント２１５は、電荷を持たず、また、セグメント２０５は、完全にパラメータ内を除き所望の電荷対質量比に近い正のイオン種を引き付けるのに十分な負の電荷／磁場を有し、これらのイオン種は、吸引負電荷／磁場のためにスパッタリングが減少した状態で、セグメント２０５の方向に動き、くっつく傾向がある。この同じ例では、セグメント２１５の表面、アパーチャの除外点にぶつかる正のイオン種に関して、これらの正のイオン種は、湾曲した表面のためにイオンビームの外に偏向される。さらにこの例では、イオンビームは、この点で、セグメント２１５を通っており、さらに開示されるように、セグメント２１０は、有利なことに、正の電荷／磁場、負の電荷／磁場または無電荷を分ける能力を有することによって、イオンビーム３０９に影響を及ぼすことができる。質量分析アパーチャの各セグメントを、ここで開示したように、別々に、そして多様な異なる組合せで利用することができることを認識することができる。例えば、負のイオン種が正のイオン種の代わりに引き出される場合には、質量分析アパーチャのセグメント電荷を、本明細書において開示したように、負イオン注入の注入パラメータに対応するように変更するはずである。または、例えば、水素化ホウ素クラスタイオンまたはゲルマニウムイオン種が使用される場合には、質量分析アパーチャは、本明細書において開示したように、製造に役に立つ調整可能な選択肢を制御システムおよびコントローラに提供する。

図には図示していないとはいえ、開口の周りに９０°端部を有するＭＲＡを、電荷／磁場セグメントへとセグメント化することができる。特定の実施形態では、開口に近接するが、開口を通過するはずのイオンに影響を及ぼさないように開口から十分に離れているアパーチャのフェイス表面のセグメントは、除外されるべきでありかつ端部に当たる可能性がありそしておそらくビームへと偏向されて戻るイオンを引き付ける電荷を有することができる。

多様なフィン形状を、様々な実施形態に関連して使用することができる。特定の実施形態では、端部で始まりイオンビームへと曲がる湾曲した表面を有するフィンを使用することができる。

図４Ａおよび図４Ｂは、図の底部の移動可能側面および頂部の一緒に固定することができる３つの側面を示すとはいえ、図４Ａおよび図４Ｂの教示にしたがった実施形態を、垂直方向に側面を移動させるために、または水平方向に側面を移動させるために使用することができる。３つの側面は、一緒に固定され、ユニットとして移動することができる、またはすべての４つの側面が接続されているベースを、移動させることができる。第４の側面をイオンビームの高さを調節するためにまたは幅を調節するために移動させるときに、ユニットおよび個々の側面を移動させることは、イオンビームに対する開口の中心を調節するために有用であり得る。

図６は、質量分析アパーチャアセンブリ３０の独立した移動可能な側面の使用を図示する、本発明のさらなる例示的な実施形態であり、ここでは、図５Ａ〜図５Ｂおよび図８Ａ〜図８Ｃで前に説明したようにフィン表面は、それぞれ、フィン端部６１〜６４で４１〜４４を置き換えるスライド式側面３１〜３４の先端部として示される。この例示的な実施形態では、図３Ａ〜図３Ｃで説明した、調節可能な質量分析プレートアセンブリ３０の先端部は、フィン端部６１〜６４である。質量分析アパーチャ３０についての移動の動作範囲は、動作空間内でＸ軸上の左右、Ｚ軸上の内外、Ｙ軸上の上下である。さらなる実施形態は、ＸおよびＹ方向の動きを可能にするだけである。Ｘ、ＹおよびＺ軸に沿った質量分析アパーチャ３０の動きは、ビーム診断センタ１５５と通信して動作する、制御システム３３７および／またはコントローラによって制御される。ビーム診断システム３３８から使用可能なデータを受信する制御システム３３７および／またはコントローラと通信して動作するフィン端部６１〜６４を有するスライド式側面３１〜３４は、リアルタイムで、全開、図３Ｂから全閉、図３Ｃまで、または全開と全閉との間の任意の開口まで徐々に移動する能力を有する。

主題の発明の実施形態は、空洞内に一様な磁場を形成する永久磁石を使用して、質量によってイオンを分離するための方法および装置を利用することができる。これは、真空下でプラズマ前駆物質ガスまたは蒸気の光イオン化を介して閉じ込められた空間内で、好ましくは低密度プラズマの生成によって実現される。質量による、または質量対電荷比による分離は、大きな質量、または大きな質量対電荷比を有するイオンが、軽いイオン、または小さな質量対電荷比を有するイオンほど磁場による影響を受けず、分離される傾向があるという理由で生じる。

最初に図１Ｂを参照して、主題の閉プラズマチャネル装置（以降、より簡単に「主題の装置」ともときには呼ばれる）の横断面模式図が図示され、全体として参照番号１０によって示される。装置１０の第１の主要な構成要素は、イオン化空間（本明細書においてはいくつかの実施形態では「プラズマ分離空間」ともやはり呼ばれる）を有するイオン化容器（本明細書においてはいくつかの実施形態では「プラズマ分離容器」ともやはり呼ばれる）を備えたイオン化チャンバ１２（本明細書においてはいくつかの実施形態では「プラズマ分離チャンバ」ともやはり呼ばれる）である。好ましい実施形態では、イオン化チャンバ１２は、第１の端部部分１２Ａおよび第２の端部部分１２Ｂを有する半フレキシブルな細長いコンジットから構成され、コンジットが、長手軸１６を有し、かつ貯蔵容器２２から注入口２０を介して供給されるプラズマ前駆物質ガスまたは蒸気１００を収容するための伝送空間１８を画定する中空円柱状壁１４を備えている。「チャンバ」および「コンジット」という用語は、具体的に区別しない限り、以降互換的に使用される。真空システム２４は、壁１４を貫通して配置された排出口２６を通して伝送空間１８から空気を真空化するためにコンジット１２に取り付けられて動作する。コンジット１２を、伝送空間１８を画定するためにともに結合される複数の別々の部品で作ることができる、またはユニボディ構成とすることができる。コンジット１２および伝送空間１４の断面形状は、円形、長円形、多角形、またはそれ以外であってもよく、実験を介して決定されるように、エネルギーがシステムを通り伝送される効率に基づいて選択される。

イオン化手段は、コンジット１２の内部でプラズマ前駆物質ガス１００をイオン化するために設けられる。しかしながら、プラズマ前駆物質ガス１００のイオン化をまた、別のチャンバ内で行うことができ、その後伝送空間１８へと伝送することができることが、即座に認識されるはずである。この選択肢にもかかわらず、コンジット１２内のイオン化は、継続的に荷電粒子の再結合に対処するために好まれる。好ましくないガスまたは蒸気の状態へと戻るある程度の再結合があり得、プラズマ前駆物質ガスは、イオン状態では導体であり、ガス状態では絶縁体であるというボース−アインシュタイン原理に普遍的に従うことが予想される。紫外光、Ｘ線、放射線、白熱金属、燃焼ガス、および電子衝突によるイオン化は、前者の手段が好ましいとはいえ、すべて想定される。

適切な波長のレーザビームが、長い距離にわたってガスまたは蒸気媒体に侵入しイオン化させることができることが認識される。したがって、イオン化ビーム放出手段２８は、プラズマ前駆物質ガス１００で満たされている伝送空間１８内へとイオン化ビーム３０（「レーザビーム」）を放出するように設けられる。本明細書において使用するように「イオン化ビーム放出手段」という用語は、現在知られているレーザおよびレーザダイオードだけでなく、媒体中でイオン化を引き起こすであろう高いステラジアンシの他の光源もまた含む。レーザは、１つまたは複数の別個の周波数の大きな強度でコヒーレントな電磁放射光のビームを発生させるためにエネルギー準位間での原子または分子の固有振動を利用する。プラズマ前駆物質ガス１００をイオン化させるために使用するレーザ手段は、エネルギー、パルス幅および波長に関して選択されるはずである。伝送空間１８は、清浄であり、乾燥しており、プラズマ前駆物質ガス１００の完全なイオン化を妨げるはずのすべての触媒または不純物を落としたものでなければならない。

パーセル鏡３２が、コンジット１２の第１の端部部分１２Ａの開口を横切って装着され、厚い反射鏡３４が、反対の端部部分１２Ｂの開口を横切って装着される。パーセル鏡３２および厚い鏡３４は、伝送空間１８に面して、それぞれ反射面３６および３８を有する。パーセル鏡３２は、イオン化ビーム放出手段２８によって発生されたイオン化ビーム３０の、コンジット１２の伝送空間１８中への通過を認めるが、反対方向へ光が通過することを認めず、代わりに反応空間１８へと光を反射して戻す。伝送空間１８内でのイオン化ビーム３０の反射は、プラズマ前駆物質ガス１００の一様な光イオン化を促進する。

伝送空間１８の全体にわたってプラズマ前駆物質ガス１００の一様な光イオン化を確実にするために、壁１４の内側表面４０は、光、特にＵＶ領域内の短い波の光を反射する際に非常に効率的でなければならない。あるいは、光空洞技術または光共鳴技術を、利用することができ、光の波についての定在波空洞共鳴器を形成する鏡の配置から構成する。光空洞は、レーザの主要構成要素であり、利得媒体を取り囲み、レーザ光のフィードバックを提供する。空洞内に閉じ込められた光は、複数回反射して、ある共鳴周波数用の定在波を形成する。

一旦、プラズマ前駆物質ガス１００が所望のプラズマ密度を実現するためにイオン化されると、プラズマ成分は、伝送空間１８に印加される磁場に応じて長手軸１６に平行に走る領域分けされたチャネルへと実質的に分離される。各チャネルは、主として単一のプラズマ成分（すなわち、電子、イオンまたは中性粒子）から構成され、第１の端部部分１２Ａから第２の端部部分１２Ｂまで伝送空間１８の全体の長さに沿って形成される。１つのチャネルは、主として自由電子（「電子チャネル」または「電子パス」）から構成され、そこを通るエネルギーの伝送のための最も小さい抵抗のパスを提供する。磁場生成手段のいくつかの実施形態を、下記に説明する。一般に、均一軸磁場が、イオン化されたガスを含んでいる伝送空間全体に最初に形成され、プラズマをイオン、電子および中性粒子成分部分へと分離し、各成分タイプが長手軸１６に平行な実質的に分離された領域を占有し、各領域は、伝導度の異なる度合いを有する。このプロセスを、プラズマの「成層化」と呼ぶことができる。

第１の実施形態では、磁場は、コンジット１２それ自体によって伝送空間１８内に作り出され、その円柱状壁１４は、変化する磁化の方向４４を有する磁気セグメント４２のアレイ（すなわち、「ハルバッハシリンダ」）から構成され、これが、コンジット１２の伝送空間１８に閉じ込められる磁束を生成する。各磁化したセグメント４２の数および磁化の方向が果たすように、コンジット１２の内径に対する外径の比が、伝送空間１８内に所望の磁束を実現する決定的な役割を果たすことを、当業者なら認識するであろう。図３を参照すると、Ｋ＝２変種（variety）のシリンダによって生成される磁場の方向が、ベクトル場矢印４６によって示されるように、底部から上部まで（上方向に横断的に）一様であることを観測することができる。Ｋ−２ハルバッハ配置は、一様な磁場を形成する。この配置の変形形態を、図４に図示し、くさび４８へと成形した複数の永久磁石を、所望の中空コンジット１２へと組織する。アーベルおよびイェンセンによって提案されたこの配置は、伝送空間１８内に一様場を形成する。各くさび４８の磁化の方向は、アーベルによる一式の規則を使用して計算され、壁１４および伝送空間１８の形状の大きな自由度を可能にする。非一様磁場を用いる実施形態も、やはり使用することができる。異なるパターンへと磁化の方向４４を変えることによって、伝送空間１８内の磁束は、ベクトル場矢印４６によって証明されるように、より複雑になることに留意すること。このような配置は、したがって、例えば、同じプラズマ成分の１つよりも多くのチャネルを含んでいるチャネルのより複雑な配置を作る。したがって、１つよりも多くの電子パスを、これらの配置を用いて１つの伝送空間１８内に生成することができる。

「磁気マングル」として知られている別の設計変形形態では、磁場生成手段は、コンジット１２の外であり、一実施形態では、コンジット１２の周囲の周りに、その長手軸１６に平行に漸増的に間隔を空けて配置された複数の一様に磁化されたロッド５０から構成される。ハルバッハシリンダの磁場生成効果を真似るように、相互に異なる磁化４４の断面方向を持つ。観察することができるように、図示した配置は、ｋ＝２ハルバッハシリンダに密接に関係する。相互に回転するロッド５０は、絶えず変わることが可能な磁場および様々な双極子構成を含む多くの可能性をもたらす。コンジット１２の外に磁場生成手段を設けた実施形態は、コンジットが導電性材料または非導電性材料から作られることを可能にするという利点を有する。半硬質ポリマ、セラミックおよびガラスが想定される。

さらに別の実施形態では、コンジットの外部の電磁場生成手段は、プラズマ成分を所望の長手方向チャネルへと分離するために伝送空間１８内に電磁場を分けるように配置された少なくとも１つの電磁石から構成される。四重極電磁石は、例示的であるが、長距離送電用に適した長さのコンジットにとって理想的ではないことがある。

図１Ｂをもう一度再び参照すると、一旦「領域分け」磁場が伝送空間１８内に設けられ、プラズマ成分が軸方向に整列した領域へと分離されると、電流「Ｉ」が電源５２から引き出され、磁場「Ｂ」に垂直にコンジット１２を通過し、大きさおよび方向の両方を有する電磁力「Ｆ」（ロレンツ力））を作り出す。簡単にする目的で、磁場「Ｂ」は、上に説明した磁場生成手段よりはむしろ２つの永久磁石５４Ａ、５４Ｂの間に示される。力Ｆの方向は、フレミングの左手の法則にしたがって、磁場の方向８および電流Ｉの方向によって決められる。外部電磁力、ロレンツ力の印加は、プラズマ成分を相互に層状にし、実質的に分離するであろう。一旦、分離されると、印加した電磁力は、ほんの小さな抵抗でまたは抵抗なしに点と点との間の自由電子の通路を利用するであろう。利用されるプラズマ前駆物質ガスまたは蒸気１００は、常磁性であり、電磁場に引き付けられるまたは排斥されることのどちらかである。質量／電荷比は、電子、イオンおよび中性粒子に対して異なり、外部場に対してより大きなまたはより小さな引力をもたらす。このようにして、各プラズマ成分は、力に応じて、大きなまたは小さな空間変位をともなう。

実施形態は、望ましくないイオンを引き抜くための１つまたは複数の質量フィルタを有する閉プラズマ導体（ＣＰＣ）を形成することができる。図５Ａ〜図５Ｂおよび図８Ａ〜図８Ｃのフィンを、質量分離フィルタとして使用することができ、ここでは４０は、イオンビームが流れる容器の表面を表し、ビーム内のイオンの動きを制御するために磁場および／または電場を使用することができ、その結果、フィルタは、望ましくないイオンを取り除くことができる。フィンは、表面から外へ延伸ことができ、多様なパス、例えば、らせん状、円形（図５Ａ〜図５Ｂ）、または他の所望のパスを有することができる。

本出願において既に説明したハルバッハ磁力配置に基づいて、永久磁石の配置は、ＣＰＣ内部の荷電粒子に影響を及ぼす。ある種の配置は、チャンバの壁に向けて異なる質量のイオンを引き付けることができる、または中心に向けてはじくことができる。不要なイオンがチャンバの壁に沿って動くように引き付けられている場合には、引き抜きを、本明細書において説明した方法によってフィルタを用いて実現することができる。次いで、ＣＰＣの次のセグメントでは、異なるハルバッハ配置が異なる質量のイオンを引き付けて、フィルタ処理し、そして必要なイオン（生成物）だけが進むまで、同じように続く。

フィン型質量分離フィルタが、ＣＰＣに追加されてきている。ドーパント、供与体、受容体、「ゲルタ（gelters）」を、実施形態の変形形態で説明した方法でやはり使用することができる。好ましい実施形態は、図８Ａ〜図８Ｃに示したように、ＣＰＣの内側を輪のように取り囲み、フィン型イオンフィルタを成形するために成形性材料中に結合された強磁性材料から作られた「フィン」型フィルタである。ドーパントを適用することができる。特定の実施形態では、フィンは、やはりハルバッハ磁石であり、三次元面内の線束を強調するまたは打ち消すことのいずれかのために個別の磁場のセグメント化した極配置の複合体であることを意味する。

また、従来の方法で生成されるイオン化を使用するように、ＣＰＣを構成することができる。米国特許第５，１８９，３０３号、タンジョーら、および米国特許第６，８０３，５９０号、ブライラブらは、このような従来型のイオン化方法を教示している。タンジョーおよびブライラブの両者は、従来型のイオン化チャンバを使用する。タンジョーは、チャンバとフィラメントとの間にアーク放電を誘起するためにフィラメントを使用する、ところが、ブライラブは、無線周波数装置を用いて電子をイオン化させるＲＦアンテナを使用する。したがって、タンジョーおよびブライラブのイオン化生成技術は、主題の質量分離方法で実施することができる。

本発明の実施形態は、イオン化されたガスまたは蒸気から質量によってイオンを分離することができ、発明の生成物になるイオンから不要なイオンを除去する。タンジョー（図２１）は、質量分離用にウィーンフィルタを使用し、ブライラブ（図２２および図２３）は、磁場が所望のイオンを放出するように調整され、一方でコリメータ壁との衝突を介して区別した質量の不必要なイオンを除去する独自に設計したコリメータ壁を使用する。

上に説明した従来型の構成、すなわちブライラブを使用する本ＣＰＣ発明は、従来型のイオン化源、従来型の電極のセット（電極が管状であるはずであることを除く）から構成されるはずであり、ウィーンフィルタ、および１つよりも多くの新規な特徴を有するブライラブコリメータ壁を置き換えるはずである。

プラズマ電極の後で加速および接地電極の前に「フィン」を設置することにより従来型のＣＰＣ設計を修正することによって、主題の出願の全体を通して教示したような「フィン」を、質量分離フィルタとして使用することができる。「フィン」フィルタは、ＣＰＣそれ自体の内側に円柱状の棚またはくぼみを組み込むことができる。ＣＰＣへと延びる距離のこの測定は、イオン化されたガスまたは蒸気の測定した現在の性質および利用したハルバッハアレイを考慮して、生成物イオンからの不要なイオンの空間的分離に正確に一致する。

例として、最大の質量を有するイオンを引き抜こうとする場合には、ハルバッハアレイは、その質量のイオンをチャンバの壁へと引き付けるように組み立てられ、「フィン」は、その質量の大量の密度分布が占めるはずの距離と同じ距離のところに設置されるはずである。

ある実施形態において、ＣＰＣ「フィン」では、第１のフィルタを通った後で、ＣＰＣの次のセクションを、チャンバの壁へと異なるイオンを引き付ける異なるハルバッハ構成、およびその位置に設置されたイオンを引き抜くための追加の適正に測定したフィルタで組み立てることができる。以下同様。

「フィン」フィルタの概念が、任意の数の形状を受け入れることができることが理解され、好ましい実施形態がここで説明される。ＣＰＣを目的として、イルカが、イオンの流れのように同じ方向に泳いでいる場合に、フィンがイルカの背びれに（断面で）似ているという理由で、これを「フィン」フィルタと名付ける。そこで、ＣＰＣの壁とカップを形成するイオンビームに向かってフィンの後部を設置する。フィンの背中部分は、ＣＰＣの中心に最も近く、フィンドレインの前部が下流である。

このフィンドレインデザインの断面を見ると、フィンを任意の数の部分へと分割することができることが、理解される。好ましい実施形態では、フィンは、３つのセクション、後部、背部、および前部へと分割される。

「フィン」を、結合剤中の強磁性材料、およびおそらくドーパントを用いて製造することができる。強磁性材料を、ＣＰＣの壁とは別個のそれ自体のハルバッハアレイ内で磁化することができ、磁束が所望の側面上に配置され、漂遊磁場が望ましくない側面上で打ち消すことを除く。様々な並べ替えを実施することができる。好ましい実施形態では、「フィン」磁場を、３つのセクションおよび３つの対応する磁場で説明することができる。フィン電荷／極性を、ＣＰＣ磁場に加えることができるまたは同程度にやはり打ち消すことができる。任意の組合せで電荷または極性のどちらかを運ぶために、フィンを使用することができる。

一実施形態では、フィンの後部セクションは、ＣＰＣに付加する正磁場である。背部は、電荷を持たず、後部および前部が背部側を打ち消すように配置されていることを意味する。フィンの前部セクションは、負電荷を有する。任意の数の電荷または極性構成を、フィンに設計することができ、引き抜きのための最適解を作るためにバックグラウンドＣＰＣ磁場に対して微調整することができる。

フィルタは、スリット、格子、または穴によって不要なイオンを引き抜くことができる。イオンは、一体化された磁場内では円形の動きを有するであろう。好ましい実施形態では、フィンドレインの後部セクションの最下点に至るまで、ならびにフィンドレインの背部セクションの外へおよび上へと間隔を空けて設置された穴が、使用される。不要なイオンの引き抜きに適応するサイズにした穴だけでなく、パターンサイズおよび形状は、選択的に除去されるイオンの質量および円形の動きを選ぶように計算される。

加えて、穴それ自体を、穴の内側に強磁性複合材料を使用してハルバッハ小磁束磁場を用いて強調することができ、穴自体を、引き抜こうとしているイオンをより引き付けるようにする。

さらなる実施形態では、フィンドレインの前に、ドレイン中へと動き、同様に引き抜く「ゲッタ」を定期的にまたは連続的に放出するために、ＣＰＣの内壁の表皮の穿孔を、閉じる、開くことができる。

本発明は、生成物イオンの要求を満足させるために最適な調整可能な変数を導入することを探し求めている。

本発明の実施形態は、所望のイオンまたは不要なイオンを引き抜くための質量分離フィルタに関する。実施形態は、選択イオンの引き抜きのために壁１４の内側表面４０から突き出しており、選択イオンの引き抜き用の少なくとも１つの環状フィン２００を組み込んでいる。第１の端部のところのプラズマ電極と第２の端部のところの加速および／または接地電極との間のイオン化チャンバの長さに沿った任意の点に、フィンを設置することができる。図８Ａ〜図８Ｃに示した実施形態では、フィン２００は、フィンがコンジット１２の第１の端部１２Ａの方向へと湾曲している特定の断面形状を有する。他のフィン断面形状は、ブロック形状のフィン、第１の端部１２Ａの方向へと鋭い仰角を有するフィン、およびカンチレバースタイルのフィンを含む。しかしながら、この列挙は、網羅的ではなく、当業者には自明であり主題の開示の利点を有する他のフィン断面が、考えられる。

図５Ａは、フィンがあるイオン化チャンバの長さに沿った点における実施形態の部分径方向断面を示す。図７は、少なくとも２つのフィンを有する実施形態の部分長手方向断面を示し、粒子ｍ₁およびｍ₂は、質量が異なり、したがって磁場によって違ったふうに影響を受ける。これが、イオン化チャンバの長さに沿った様々な点のところに異なる質量のイオンの捕集を可能にする。さらなる実施形態では、フィンの数および／またはイオン化チャンバの長さは、所望の（または不要な）質量のイオンだけが、コンジット１２の第２の端部１２Ｂに達するときまでプラズマ内に留まるものである。

フィンは、多様な方法でイオンを捕えることができる。ある実施形態では、フィンは、ＣＰＣの壁とは別個の、それ自体のハルバッハアレイ内で磁化される。図８Ａに示した実施形態では、フィンは、コンジット１２の第１の端部１２Ａに面する部分に正極性領域２０５、コンジット１２の第２の端部１２Ｂに面する部分に負極性領域２１０、および長手軸１６に最も近いフィンの部分に磁化されていない領域２１５を有する。他の実施形態では、正の部分、負の部分、および磁化されていない部分は、違ったふうに配置される、またはすべてが存在するわけではない。

ある実施形態では、フィンは、基質材料内に磁性材料を導入することによって製造される。さらなる実施形態では、材料は、ポリマ中に添加され、所望のフィン形状にいずれか圧縮成形されたまたは射出成形された強磁性材料である。特定の実施形態では、フィンは、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂなどのネオ磁石を包含する。他の実施形態では、フィンは、１つまたはいくつかのドーパント、供与体、受容体、および／またはゲッタを追加で包含することができる。

図８Ｃに示した実施形態では、ゲッタを定期的にまたは連続的に放出するために、閉じるまたは開くことができるＣＰＣの内壁の表皮に複数の穿孔２２０があり、ゲッタは、フィンに向かって動きかつ引き抜かれる。図８Ｃは、イオンの引き抜きに適応するようにフィン内に位置する複数の穴２３０をやはり示す。選択的に除去されるイオンの質量および円形の動きを選ぶように、穴のパターンサイズおよび形状を調節する。加えて、強磁性複合体を使用してハルバッハ小磁束磁場を用いて、穴を強調することができ、穴自体を、引き抜こうとしているイオンをさらに引き付けるようにする。伝送しようとするエネルギーを、第１の端部部分１２Ａのところのまたは近くの伝送空間１８と通信して動作するエネルギー入力手段を介して直接電子パスへと導入することができる。好ましい実施形態では、エネルギー入力手段は、特に電子パスによって占められた伝送空間１８のその領域へと一般に乾燥した（ａｒｉｄ）コンジット１２の第１の端部部分１２Ａのところで伝送空間１８へと挿入された双曲線型送信側電極５６から構成される。あるいは、電子パスが壁１４の少なくとも一部分に隣接するときには、隣接する電子パスである最も小さい抵抗のパスへとジャンプすると直ぐに、エネルギーを、導電性壁１４それ自体へと導入することができる。伝送しようとするエネルギーは、エネルギー源５２から引き出される。一実施形態では、エネルギー源５２を、変圧器またはコッククロフト−ウォルトン（連続波についての頭字語ＣＷと混同すべきではない）発電機または「増幅器」とすることができ、これは、低電圧レベルからより高いＤＣ電圧レベルへとＡＣ電力またはパルス型ＤＣ電力を変換する基本的に電圧増幅器である。これは、高電圧を発生するためにキャパシタとダイオードとの電圧増幅器ラダーネットワークから作られる。変圧器とは違って、この方法は、重いコアおよび必要な絶縁物／ポッティングの大部分についての必要条件を除去する。キャパシタおよびダイオードだけを使用すると、これらの電圧増幅器は、比較的低電圧から極めて高い値まで設定することができ、一方で同時に、変圧器よりもはるかに軽量で安価である。このような回路の最大の利点は、カスケードの各段をまたぐ電圧が、ピーク入力電圧のたった２倍に等しく、そのため、比較的低価格の構成部品を必要とし、絶縁することが容易であるという利点を有する。マルチタップ型変圧器のように、任意の段から出力をやはり取り出すことができる。

動作では、クリーンで、ドライで、気密のコンジットが提供される。コンジット１２の内部は、媒体の完全なイオン化を妨げるはずのすべての汚染を除去するためにスクラビングしなければならない。すべての触媒を除去するために、セシウムなどのいわゆる「ゲッタ」を用いて、コンジット１２を洗い流すことができる。すべての流体は、真空システム２４を介して伝送空間１８から排出される。プラズマ前駆物質ガス１００は、次いで、貯蔵ユニット２２から引き出され、注入口２０を介してコンジット１２へと導入され、圧力を確かめられる。多様なプラズマ前駆物質ガスまたは蒸気を利用することができる。例えば、チタンが、１つだけの価電子を有するアルカリ金属であり、これゆえ非常に反応性が高いという理由で、チタン蒸気は、特に良く適している。リチウム蒸気もまた理想的である。イオン化ビーム放出手段２８を、イオン化ビーム３０を発生させるために作動させ、イオン化を、最大の持続可能なレベルまで持ち上げる。動作のために電力を必要とするすべての磁場発生手段（例えば、電磁多重極など）に、電力を供給する。電位は、送信側電極５６および双曲線型受信側電極５８を介して磁束に直交する伝送空間１８をはさんで軸方向に印加され、後者の電極は、コンジット１２の第２の端部１２Ｂのところに設置される。それぞれ、双曲線型送信側電極５６および受信側電極５８の焦点は、互いに向かい合っている。２つの電極の端部は、磁場の一様性に影響を及ぼす何らかの「端部効果」を説明するために十分である、第１の端部１２Ａおよび第２の端部１２Ｂからの長さを伝送空間１８内へと挿入される。一旦、電磁場が発生されると、プラズマをその成分部分へと分離することが生じ、長手軸１６に平行な各成分の空間的に分離されたチャネルを生成する。電源５２からの高次のエネルギーは、次いで、再び送信側電極５６を介して伝送空間１８へと導入され、点間で低抵抗または無抵抗である少なくとも１つの分離された電子パスに沿って伝送空間を通って伝送される。エネルギーは、コンジット１２の端部１２Ｂのところにあり、例えば、キャパシタバンクなどのエネルギー回収手段６０と通信する受信側電極５８によって受信される。コンジット１２は、動作中に漏れを絶えずモニタされる。

装置１０用の予備のシステムを提供する。装置１０の動作は、エネルギー伝送ラインの端部のところに設置された２つの制御パネルにおいてモニタされ、制御パネルへ、イオン化レベル、真空品質について、コンジット１２に沿っていくつかの点のところに据え付けられたプローブによってすべての必要な情報が提供される。モニタするため、観測するため、またはプラズマ密度を正すためのシステムに関する適切な場所は、セクション間の接合部のところにある。システムは、真空度の低下をともなうコンジット１２の破壊などの極端な事象から保護されるべきであり、これに対して、高速真空ゲートバルブを、コンジットに沿ったある距離のところに据え付けるべきである。０．５秒以下のゲートバルブ応答時間に関して、そしてラインからエネルギーのすべてを排出するための時間を与えると、全エネルギー損失が、最小になるはずである。

ここで認識されるはずであるように、主題の装置１０は、設計によって室温導体である。装置１０は、遠いエネルギー源から修正したプラズマを含有するコンジットを介してさらに配送するための負荷センタへと高次のエネルギーを伝送するための手段として働く。最も簡単な言い方では、この発明は、管内のボース粒子エネルギーキャリアである。磁場構成およびＥＭ場構成の両者が、ほぼ無制限であり、変化するプラズマ媒体が、荷電粒子の広い範囲に対して導電性であり、管を通る動きを、有用な方法で巧みに操作することができる。

質量分析アパーチャの開口を開閉すること、移動させること、および調節することを制御すること、ならびにビーム下流を解析することなどの、本発明の態様を、コンピュータによって実行されるプログラムモジュールなどの、コンピュータ実行可能な命令の一般的な文脈において説明することができる。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するまたは特定の抽象データタイプを実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、等を含む。その上、本発明を、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのまたはプログラマブル家電製品、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、等を含む、多様なコンピュータシステム構成を用いて実行することができることを、当業者なら認識するであろう。任意の数のコンピュータシステムおよびコンピュータネットワークを、本発明での使用のために容認することができる。

特定のハードウェア装置、プログラミング言語、コンポーネント、プロセス、プロトコル、およびオペレーティング環境を含む数多くのディテール、等が、本発明の完全な理解を提供するために記述されている。他の事例では、構造、装置、およびプロセスが、本発明を曖昧にすることを避けるために、詳細にというよりはむしろブロック図の形式で示される。しかし、本発明を、これらの特定のディテールを用いずに実行することができることを、当業者なら理解するはずである。コンピュータシステム、サーバ、ワークステーション、および他の装置を、例えば、１つまたは複数のネットワークを含む通信媒体をはさんで相互に接続することができる。

当業者なら認識するであろうように、本発明の実施形態を、とりわけ、方法、システム、またはコンピュータプログラム製品として具体化することができる。したがって、実施形態は、ハードウェア実施形態、ソフトウェア実施形態、またはソフトウェアとハードウェアとを組み合わせている実施形態の形態を取ることができる。ある実施形態では、本発明は、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体で具体化されたコンピュータ使用可能な命令を含むコンピュータプログラム製品の形態を取る。

コンピュータ可読媒体は、揮発性および不揮発性媒体の両者、一時的および非一時的媒体、リムーバブルおよびノンリムーバブル媒体、ならびにデータベース、スイッチ、および様々な他のネットワーク装置によって読取り可能なコンテンプレート媒体を含む。例として、限定ではなく、コンピュータ可読媒体は、情報を記憶するためのいずれかの方法または技術において実装される媒体を含む。記憶される情報の例は、コンピュータ使用可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、および他のデータ表現を含む。媒体の例は、情報配信媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、または他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、ディジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）、ホログラフィック媒体もしくは他の光ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置、および他の磁気記憶装置を含むが、これらに限定されない。これらの技術は、瞬間的に、一時的に、または恒久的にデータを記憶することができる。

本発明を、タスクが通信ネットワークを介してリンクされた遠隔処理装置によって実行される分散型コンピューティング環境において実行することができる。分散型コンピューティング環境では、プログラムモジュールを、メモリ記憶装置を含むローカルおよびリモートコンピュータ記憶媒体の両方に置くことができる。コンピュータ使用可能な命令は、入力のソースにしたがってコンピュータが応答することを可能にするインターフェースを形成する。命令は、他のコードセグメントと協働して、受信したデータのソースとともに受信されるデータに応じて多様なタスクを始める。

本発明を、通信ネットワークなどのネットワーク環境において実行することができる。このようなネットワークは、ルータ、サーバ、ゲートウェイ、等などの、様々なタイプのネットワーク要素を接続するために広く使用されている。さらに、本発明を、様々な接続された公衆ネットワークおよび／またはプライベートネットワークを有するマルチネットワーク環境において実行することができる。

ネットワーク素子間の通信を、ワイアレスまたはワイアライン（有線）とすることができる。当業者により認識されるように、通信ネットワークは、いくつかの異なる形態を取ることができ、いくつかの異なる通信プロトコルを使用することができる。そして、本発明は、本明細書において説明した形態および通信プロトコルによって制限されない。

本明細書において参照したまたは引用したすべての特許、特許出願、特許仮出願、および公開特許は、この明細書の明示的な教示と矛盾しない限りは、すべての図および表を含めその全体が参照によって組み込まれている。

本明細書において説明した例および実施形態が、単に説明の目的のためであり、これらの観点からの様々な修正形態および変更形態が当業者に対して示唆され、この出願の精神および範囲内に含まれるはずであることを、理解すべきである。

本発明を本明細書において記述した特定の実施形態を参照して説明してきているとはいえ、本開示が例としてのみ作成されてきており、構成の詳細における数多くの変更を、発明の精神および範囲から逸脱せずに行うことができることが理解される。このように、発明の範囲は、前述の明細書によって限定されるべきではなく、むしろ別記の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (34)

1. イオン源と、質量分析器と、質量分析アパーチャ（ＭＲＡ）とを備えたイオン注入システムであって、
   前記イオン源は、ビームラインに沿って伝播する複数のイオンを有するイオンビームを発生するように構成され、
   前記質量分析器は、第１の質量対電荷比を有するイオンが第２の質量対電荷比を有するイオンよりも大きく曲げられるように、前記イオンビーム内の前記イオンの各々の軌道を曲げる磁場を生成するように構成され、前記第２の質量対電荷比が前記第１の質量対電荷比とは異なり、前記イオンの各々の前記軌道が対応する面内にあり、
   前記ＭＲＡは、開口を有し、
   前記イオンビーム中の前記イオンの第１の部分は、前記イオンビームが前記ＭＲＡに近づくときに前記開口を通過し、かつ前記イオンビームが前記ＭＲＡを出た後では前記イオンビーム中にあるように、前記ＭＲＡが配置され、前記イオンビームが前記ＭＲＡを出た後では前記イオンの第２の部分が前記イオンビーム中にないように、前記ＭＲＡは、前記イオンビームが前記ＭＲＡに近づくときに前記イオンビーム中の前記イオンの前記第２の部分の動きを変え、
   前記開口の端部の少なくとも一部分が、フィンを組み込み、前記フィンが前表面および後表面を有し、前記前表面に対する垂線は、前記イオンビームが前記ＭＲＡに近づくときに前記イオンビームに向かう成分を有し、前記後表面に対する垂線は、前記イオンビームが前記ＭＲＡを出るときに前記イオンビームに向かう成分を有し、前記フィンが、ビームパスの方向に平行である垂線を有する前記前表面の上の先端部分を有し、
   前記前表面が、前記先端部分から離れるにつれて前記開口の中心軸から離れる方向に湾曲して、
   （ｉ）前記先端部分に隣接する前記前表面の外側凸セクションと、前記前表面の前記凸セクションに隣接する前記前表面の外側凹セクションと、を形成するか、
   （ｉｉ）前記先端部分に隣接する前記前表面の外側凹セクションを形成する、イオン注入システム。
2. 前記外側凸セクションに衝突するイオンが、前記イオンビームの外へ偏向される、請求項１に記載のイオン注入システム。
3. 前記前表面が、前記先端部分から離れるにつれて前記開口の中心軸に近づく方向に湾曲して、前記先端部分に隣接する前記前表面の内側凸セクションを形成する、請求項１に記載のイオン注入システム。
4. 前記内側凸セクションに衝突するイオンが、前記イオンビームの外に偏向される、請求項３に記載のイオン注入システム。
5. 前記フィンの少なくとも一部分は、前記フィンの第１のセグメントが前記フィンの第２のセグメントのものとは異なる電荷および／または異なる磁気極性を有するようにセグメント化される、請求項１に記載のイオン注入システム。
6. 前記第１のセグメントは、前記外側凹セクションがイオンの前記第２の部分の前記イオンを引き付けるような電荷を有する、請求項５に記載のイオン注入システム。
7. 前記フィンが、前記全体の開口の周りの前記端部から延びる、請求項１に記載のイオン注入システム。
8. 前記開口の幅が調節可能であり、前記幅が、前記面内にある方向に測定され、前記開口の前記幅を調節することが、どのイオンが前記イオンの前記第１の部分内にあるかを変える、請求項１に記載のイオン注入システム。
9. 前記ＭＲＡが、
   ４つの側面であって、少なくとも１つの側面が、直線的に移動可能であり、前記少なくとも１つの直線的に移動可能な側面のうちの１つまたは複数を直線的に移動させることが、高さおよび／または前記幅を調節する、４つの側面を備える、請求項８に記載のイオン注入システム。
10. 前記少なくとも１つの側面のうちの前記４つの側面の各々は、前記高さが測定される前記方向に平行な方向に直線的に移動可能であり、前記高さが測定される前記方向に平行な方向に直線的に移動可能であり、
    開口サイズ動作範囲内の任意の開口サイズは、前記幅が測定される前記方向に平行な前記方向におよび／または前記高さが測定され前記開口の前記高さを調節する前記方向に平行な前記方向に前記４つの側面のうちの少なくとも２つを直線的に移動させることによって実現され得る、請求項９に記載のイオン注入システム。
11. 前記開口の高さが調節可能であり、前記高さが前記面に垂直な方向に測定され、前記開口の前記高さを調節することは、どのイオンが前記イオンの前記第１の部分であるかを変える、請求項１に記載のイオン注入システム。
12. 前記開口の幅が調節可能であり、前記幅が、前記面内にある方向に測定され、前記開口の前記幅を調節することが、どのイオンが前記イオンの前記第１の部分内にあるかを変える、請求項１に記載のイオン注入システム。
13. 前記開口の高さが調節可能であり、前記高さが前記面に垂直な方向に測定され、前記開口の前記高さを調節することは、どのイオンが前記イオンの前記第１の部分であるかを変え、
    前記ＭＲＡが、
    ４つの側面であって、少なくとも１つの側面が、直線的に移動可能であり、前記少なくとも１つの直線的に移動可能な側面のうちの１つまたは複数を直線的に移動させることが、前記高さおよび／または前記幅を調節する、４つの側面を備える、請求項１２に記載のイオン注入システム。
14. 前記少なくとも１つの側面のうちの第１の側面は、前記幅が測定される前記方向に平行な方向に直線的に移動可能であり、前記幅が測定される前記方向に平行な前記方向に前記第１の側面を直線的に移動させることが、前記開口の前記幅を調節する、請求項１３に記載のイオン注入システム。
15. 前記少なくとも１つの側面のうちの第１の側面は、前記高さが測定される前記方向に平行な方向に直線的に移動可能であり、
    前記高さが測定される前記方向に平行な前記方向に前記第１の側面を直線的に移動させることが、前記開口の前記高さを調節する、請求項１３に記載のイオン注入システム。
16. 前記少なくとも１つの側面のうちの前記４つの側面の各々は、前記高さが測定される前記方向に平行な方向に直線的に移動可能であり、前記高さが測定される前記方向に平行な方向に直線的に移動可能である、請求項１３に記載のイオン注入システム。
17. 開口サイズ動作範囲内の任意の開口サイズは、前記幅が測定される前記方向に平行な前記方向におよび／または前記高さが測定され前記開口の前記高さを調節する前記方向に平行な前記方向に前記４つの側面のうちの少なくとも２つを直線的に移動させることによって実現され得る、請求項１３に記載のイオン注入システム。
18. ある開口サイズに関して、前記あるサイズのための開口位置動作範囲内の任意の開口位置は、前記幅が測定される前記方向に平行な前記方向におよび／または前記高さが測定され前記開口の前記高さを調節する前記方向に平行な前記方向に前記４つの側面のうちの少なくとも２つを直線的に移動させることによって実現され得る、請求項１６に記載のイオン注入システム。
19. ある開口サイズに関して、前記あるサイズのための開口位置動作範囲内の任意の開口位置は、前記幅が測定される前記方向に平行な前記方向におよび／または前記高さが測定され前記開口の前記高さを調節する前記方向に平行な前記方向に前記４つの側面のうちの少なくとも２つを直線的に移動させることによって実現され得る、請求項１７に記載のイオン注入システム。
20. 前記４つの側面の各々が、対応する端部の長さに沿って対応するフィンを有し、
    その少なくとも１つのフィンは、前記開口の端部の少なくとも一部分が組み込む前記フィンである、請求項１３に記載のイオン注入システム。
21. 前記開口のパス位置が調節可能であり、前記パス位置がビームパスに沿った方向に測定され、
    前記開口の前記パス位置を調節することが、どのイオンが前記イオンの前記第１の部分内にあるかを変える、請求項１１に記載のイオン注入システム。
22. 前記開口のパス位置が調節可能であり、前記パス位置がビームパスに沿った方向に測定され、
    前記開口の前記パス位置を調節することが、どのイオンが前記イオンの前記第１の部分であるかを変える、請求項１２に記載のイオン注入システム。
23. 前記複数のイオンが、同位元素を含む、請求項１１に記載のイオン注入システム。
24. 前記ＭＲＡが、前記開口に隣接する端部を有し、前記端部がフェイス表面および側部表面を有し、前記フェイス表面に対する垂線が、ビームパスと平行であり、前記側部表面に対する垂線が、前記ビームパスに対して垂直であり、前記フェイス表面に隣接する前記ＭＲＡの少なくとも一部分は、前記フェイス表面に隣接する前記ＭＲＡの前記少なくとも一部分の第１のセグメントが、前記ＭＲＡの前記少なくとも一部分の第２のセグメントとは異なる電荷および／または異なる磁気極性を有するようにセグメント化され、
    前記開口に隣接する端部の少なくとも一部分が、前記フィンを組み込み、
    前記フィンの少なくとも一部分が、前記フェイス表面に隣接する前記ＭＲＡの前記少なくとも一部分の前記第１のセグメントが前記フィンの第１のセグメントとなるように、セグメント化され、
    前記フィンの前記第１のセグメントが、前記フィンの第２のセグメントのものとは異なる電荷および／または異なる磁気極性を有する、請求項１に記載のイオン注入システム。
25. 前記第１のセグメントは、前記第１のセグメントが複数のイオンの前記第２の部分のイオンを引き付けるような電荷を有する、請求項２４に記載のイオン注入システム。
26. 前記フィンの前記第１のセグメントは、前記前表面の前記外側凹セクションが前記複数のイオンの前記第２の部分のイオンを引き付けるような電荷を有する、請求項２４に記載のイオン注入システム。
27. 前記フィンの前記第２のセグメントが、前記複数のイオンの前記第２の部分のイオンのうちのイオンを反発するような電荷を有する、請求項２４に記載のイオン注入システム。
28. 前記前表面が、前記前表面の上の前記先端部分から離れるにつれて前記開口の中心軸から離れる方向に遠くへ湾曲して、前記前表面の前記先端部分と前記前表面の前記外側凹セクションとの間に、前記前表面の前記外側凹セクションに隣接する前記先端部分に隣接する前記前表面の外側凸セクションを形成する、請求項２４に記載のイオン注入システム。
29. 前記イオンビームが前記ＭＲＡに近づくときに前記質量分析器から出力された前記イオンビーム中の前記複数のイオンのうちのイオンであって、前記前表面の前記外側凸セクションに衝突するイオンが、前記イオンビームの外へ偏向される、請求項２８に記載のイオン注入システム。
30. 前記イオンビームが前記ＭＲＡに近づくときに前記質量分析器から出力された前記イオンビーム中の前記複数のイオンのうちのイオンであって、前記前表面の内側凸セクションに衝突するイオンが、前記イオンビームの外へ偏向される、請求項２４に記載のイオン注入システム。
31. 前記フィンの前記第１のセグメントが、前記フィンの前記第２のセグメントのものとは異なる磁気極性を有する、請求項２４に記載のイオン注入システム。
32. 前記フィンの前記第１のセグメントが、前記フィンの前記第２のセグメントのものとは異なる電荷を有する、請求項２４に記載のイオン注入システム。
33. 前記フィンの第３のセグメントが、中性電荷を有する、請求項３２に記載のイオン注入システム。
34. 前記フィンの前記第１のセグメントが、正電荷を有し、前記フィンの前記第２のセグメントが、負電荷を有する、請求項３２に記載のイオン注入システム。