[发明专利]基于气体团簇离子束技术的中性射束处理方法和设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于低能量的、中性射束处理的方法和设备，更具体地，涉及用于从加速气体团簇离子束中提取加速中性单体和/或中性气体团簇射束的高射束纯度方法和系统。本发明还包括一些新的或改进的材料以及由这些材料制成的装置。

背景技术

在过去的十年中，气体团簇离子束（gas cluster ion beam，GCIB）已成为众所周知的，并且被广泛用于各种表面和次表面的处理应用中。由于气体团簇离子典型地具有大质量，即使在被加速至实质上具有能量时，它们仍趋向以相对低的速度（与常规离子相比）行进。这种低速度，与团簇固有的弱粘合能力相结合，产生独特的表面处理能力，与常规离子束和扩散等离子体相比，这种独特的表面处理能力导致减少的表面渗透和减少的表面缺陷。

气体团簇离子束已被用来使表面光滑、蚀刻、清洁、在表面上形成沉积、在表面上生长薄膜或以其他方式改变各种各样的表面，包括例如金属、半导体及介电材料。在涉及半导体和半导体相关的材料的应用中，GCIBs已被用来清洁、使光滑、蚀刻、沉积和/或生长包括氧化物的薄膜等。GCIBs还被用于引入掺杂的晶格应变（lattice-straining）的原子种类、引入非晶（amorphizing）表面层的材料，以及改进掺杂剂在半导体材料中的溶解度。在许多情况下，这种GCIB的应用已经能够提供优于使用其他传统离子、离子束和等离子体的技术的结果。半导体材料包括广泛的材料范围，这些材料的电性能会受掺杂材料的引入的控制，半导体材料包括（但不限于）硅、锗、金刚石、碳化硅，还有包括III-IV组元素及II-VI组元素的复合材料。由于容易采用氩气（Ar）作为源气体形成GCIBs，并且由于氩气的惰性特性，已经开发了许多使用氩气体GCIBs处理可植入医疗装置表面的应用，所述可植入医疗装置例如是冠状动脉支架、整形外科假体和其他可植入医疗装置。在半导体应用中，各种源气体和源气体混合物被用来形成含电杂质和晶格应变种类的GCIBs，该GCIBs用于反应蚀刻、物理蚀刻、薄膜沉积、薄膜生长及其他有用的处理。许多引入GCIB以处理宽范围的表面类型的系统是公知的。例如，授予柯克帕特里克（Kirkpatrick）等人的6,676,989CI号美国专利文件教示了一种GCBI处理系统，该系统具有适合处理管状或圆柱状工件如血管支架的工件保持器和操纵器。在另一个例子中，授予柯克帕特里克（Kirkpatrick）等人的6,491,800B2号美国专利文件教示了一种GCIB处理系统，该系统具有用于处理其他类型的非平面的医疗装置包括例如髋关节假体的工件保持器和操纵器。进一步的例子，授予利比（Libby）等人的6,486,478BL号美国专利文件教示了一种用于处理半导体晶片的自动化基板装卸系统。授予豪托拉（Hautala）的7,115,511号美国专利文件教示了使用机械扫描仪相对于未扫描GCIB对工件进行扫描。在另一个例子中，授予布林（Blinn）等人的7,105,199B2号美国专利文件教示了使用GCIB处理以改进在医疗装置上的药物涂层的粘附及改变从医疗装置上的药物洗脱或释放率。

尽管GCBI处理已被成功地用于许多应用领域，仍有新的和现存的应用需求未被GCBI或本领域现有其他方法和设备的情况完全满足。在许多情况下，虽然GCIB可能产生引人注目的使最初有些粗糙的表面原子级的打光，但最终可获得的打光经常低于所要求的光滑度，并且在其他情况中，GCIB处理可能会使适度光滑的表面粗糙而不是使其进一步光滑。

其他需求/机会也存在，如通过本发明所意识到并已解决的。在药物-洗脱医疗植入物领域，GCIB处理已成功用在处理医疗植入物的药物涂层表面以粘合该涂层与基板，或改变伴随植入物进入患者体内的药物从涂层的洗脱率。但是，已经注意到，在某些情况下，当GCBI被用于处理药物涂层（药物涂层通常非常薄并可能包含非常昂贵的药品）时，作为GCIB处理的一个结果，可能出现药物涂层重量损失（药物损失或去除的指示）。对于这种损失出现总体上是不期望的特定情况（某些药物和使用特定处理参数），具有避免重量损失的能力同时仍获得满意的对药物洗脱率的控制的处理是更优选的。