CN103367084A - 用于带形离子束的离子束弯曲磁体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于带形离子束的离子束弯曲磁体。本发明提供适合于容纳且弯曲带形离子束的改进的弯曲磁体，所述带形离子束的横截面轮廓具有垂直于弯曲磁体的弯曲平面的主尺寸。离子束弯曲磁体提供了通过磁体的弯曲的路径以用于将带形离子束弯曲，所述带形离子束具有其垂直于磁体的弯曲平面的主横截面尺寸。磁体包括铁磁性轭，所述铁磁性轭围绕束路径且具有由四个成角度的边形成的横截面内轮廓。这些边与通过磁体的带形束的主尺寸成角度，使得轭的内轮廓在带形束的中心中相对宽而在带形束的顶部和底部边缘附近相对窄。靠着轭的内表面的电导体提供了沿轮廓的成角度的边的每单位长度均匀分布的电流，从而在磁体轭内提供了大体上均匀的磁性弯曲场。

Description

用于带形离子束的离子束弯曲磁体

技术领域

本发明涉及离子束弯曲磁体，且特别地涉及适合于容纳且弯曲带形离子束的磁体，所述带形离子束的横截面轮廓具有垂直于磁体的弯曲平面的主尺寸。另外，本发明涉及具备所述离子束弯曲磁体的离子植入装置等的离子束照射装置。 

背景技术

用于弯曲离子束的路径的磁体在多个应用中已知，特别地在离子植入领域中已知。在离子植入中弯曲磁体的一个应用是用于从离子源过滤离子束，以产生大体上仅包括具有期望的质量/电荷比的离子的过滤束。在此领域中也很好地理解的是，当包含具有预先确定的能量的离子的束在横向于束的方向上通过大体上均匀磁场的区域时，束的离子具有弯曲的路径，其曲率半径取决于单独的离子的质量/电荷比（m/q）。以此方式，在束中的具有不同的m/q比的离子变得在空间上在弯曲的平面内分开，使得通过使束通过质量分辨缝隙，不希望的离子可从束中滤除。在离子植入的领域中，已熟知提供了要求的横向均匀磁场的区域的质量分析器磁体。在此质量分析器磁体中，磁体的弯曲平面是垂直于均匀磁场的方向的平面。 

特别地在离子植入的领域中，也已知产生具有横截面轮廓的带形离子束，横截面轮廓具有主尺寸和次尺寸。在该申请中，带形离子束的横截面轮廓的主尺寸是横竖尺寸中的较大一方的尺寸，也能够称为长方向尺寸或宽度。次尺寸是横竖尺寸中的较小一方的尺寸，也能够称为短方向尺寸或厚度。例如，在单纯地将带形离子束的横截面轮廓看作长方形的情况下，主尺寸是其长边的尺寸，次尺寸是其短边的尺寸。 

通过在垂直于带形束的主尺寸的单独方向上在带形束和衬底之间提供相对扫描，带形离子束可使用在离子植入中以在待植入的衬底上提供均匀的植入物剂量。为此目的，带形束的主尺寸在植入位置处应延伸越过衬底。用于制造电子装置的已知的半导体衬底包括直径达到300mm的半导体晶片。 

离子植入也使用在平板显示器的制造中，例如包括LCD显示器的制造。在制造用于显示装置的平板的情况中，待植入的面板可具有800mm或更大的横向尺寸。如果借助于带形束植入该面板，则带形束的主尺寸需要超过待植入的面板的尺寸。当使用带形束植入时重要的是，带形束具有在该带的大尺寸上的良好的均匀性，使得通过贯穿横向于带的大尺寸的带形束来扫描衬底能够均匀地植入衬底。这导致制造出如下植入器，即其中直接从离子源获取带形束且然后该带形束被输送到用于植入期望的衬底的植入位置。典型地，带形束通过分析器磁体，以从由离子源获取的离子束中选择大体上仅具有植入所需要的期望的质量的离子。 

在带形束的情况中，已知使得带形束通过分析器磁体，在所述磁体中，使磁场定向为平行于带形的大尺寸而使带形束均匀弯曲，使得要求的离子将通过其尺寸与带形束的主尺寸相同的质量分辨缝隙。在带形束的完全的大尺寸或宽度上提供合适的均匀的磁场意味着用于分析器磁体的磁极间隙足以容纳带形束的大尺寸。如果需要在磁极的整个间隙上且对于使得离子束弯曲以实现期望的质量分辨所要求的路径长度获得要求的磁场均匀性，计算结果的磁体可能极大。随着待分析的带形束的大尺寸的增加构造合适的分析器磁体的难度也增加。 

虽然在上文中关于束的质量分析讨论了带形束在垂直于带的主尺寸的弯曲平面内的弯曲，但离子束弯曲磁体可以用于其它目的，包括束方向控制和束扫描。 

具备用于上述那样的带形离子束的现有的离子束弯曲磁体的离子植入装置的一个示例记载于专利文献1及与之对应的专利文献2中。另外，被称为所谓的窗框磁体的现有的离子束弯曲磁体记载于专利文献3中。与此相关的内容在后面的本发明的实施方式的说明中进一步说明。 

专利文献 

专利文献1：日本特开2005-327713号公报 

专利文献2：美国专利第7078714号 

专利文献3：美国专利第7112789号 

发明内容

提供适合于容纳且弯曲带形离子束的改进的弯曲磁体，所述带形离子束的横截面轮廓具有垂直于弯曲磁体的弯曲平面的主尺寸。 

根据本发明，离子束弯曲磁体具有离子束入口和离子束出口和通过用于离子束的磁体的弯曲的路径。弯曲的路径具有在入口和出口之间的路径长度，且该弯曲的路径在离子束弯曲平面内单调地弯曲，以具有弯曲的中心束轴线。磁体适合于容纳带形离子束和沿该弯曲的束路径弯曲带形离子束，该带形离子束具有带有垂直于弯曲平面的主尺寸的横截面轮廓。磁体包括沿路径长度围绕弯曲的束路径的铁磁性轭。铁磁性轭沿路径长度在垂直于弯曲的中心束轴线的各平面内具有均匀的横截面内轮廓。该均匀的横截面内轮廓限定在笛卡尔坐标系（x,y）内，所述坐标系的原点在中心束轴线处，x轴在离子束弯曲平面的方向上延伸，且y轴垂直于弯曲平面。磁体进一步包括电绕组，该电绕组与铁磁性轭相结合，且布置为在轭内越过弯曲的路径生成磁性弯曲场，以将具有期望的质量/电荷比的带形离子束沿弯曲的路径弯曲。 

根据本发明的一个方面，所述均匀的横截面内轮廓具有如下的边， 所述边包括四个成角度的边，所述四个成角度的边分别位于通过如下四个等式限定的线上： 

1）a₁x+b₁y=a₁b₁， 

2）a₂x-b₁y=a₂b₁， 

3）a₃x+b₂y=-a₃b₂， 

4）a₄x-b₂y=-a₄b₂; 

其中a₁、a₂、a₃、a₄、b₁和b₂是正数。位于由以上等式1）和等式4）所限定的线上的每个成角度的边在各所述的线上至少延伸到y=y’，且位于由等式2）和等式3）所限定的线上的两个成角度的边中的每个在各所述的线上至少延伸到y=-y’’，其中y’和y’’均是正值。 

附图说明

将在下文中参考如下附图描述本发明的实施例。 

图1是离子植入器的示意性俯视图，所述植入器可包括实施了本发明的离子束弯曲磁体。 

图2是在离子束方向上带形离子束在被图1的离子植入器植入的平板上的印记的示意性视图。 

图3是图1的离子植入器内的弯曲磁体的部分的透视图，图中带有沿图1中的线III-III截取的横截面。 

图4是铁磁性轭和图3的弯曲磁体的绕组结构的横截面的示意图。 

图5和图6是图4的轭结构的替代实施例。 

图7、图8、图9和图10是实施了本发明的轭结构的多种形式的示意性图。 

图11是实施了本发明的弯曲磁体的透视图。 

图12是图11的弯曲磁体的另外的视图。 

图13是图11的弯曲磁体的透视图，图中的部分被移除以示出结构的下方元件。 

图14是弯曲磁体的实施例的另外的示意图，图中带有另外的四极线圈结构。 

图15是根据图14的带有四极线圈结构的另外的实施例的视图。 

图16是用于实施本发明的束弯曲磁体的进入歧管的透视图，所述歧管合并了操纵线圈组件和四极聚焦线圈。 

图17是图16的进入歧管内的线圈组件的视图。 

具体实施方式

实施了本发明的离子弯曲磁体可用在离子植入的领域中，特别地用在用于生产平板显示装置的相对大的平板的植入中。图1是图示了离子植入器的一些基本部件的示意图，所述离子植入器合并了实施了本发明的离子束弯曲磁体。 

在图1中，从离子源10获取待植入的离子以形成离子束11，所述离子束11进入离子束弯曲磁体13的入口12。离子植入领域中的技术人员将熟悉可适合于作为离子源10的多种类型的离子源。在使用在该领域中的典型的离子源中，包括植入所要求的离子种类的原子或分子的供给材料被引入到室内。例如通过放电将能量输送到室内，以在室内形成包含期望的种类的离子的等离子体。通过室的前板中的开口借助于电场来获取离子束，所述电场通过合适地偏置的获取电极产生。所获取的离子形成了构成图1中的离子束11的离子束。作为放电以在离子源内形成等离子体的替代，可使用其他的能量源，例如微波能量。 

在图1中，离子束弯曲磁体13包括质量分析磁体。一般地，在入口12处进入磁体13的离子束11内的离子具有预先确定的离子能量，所述离子能量对应于离子源10内的等离子体和束弯曲磁体的结构之间的电势差。磁体13具有束通道14，所述束通道14提供了通过用于离子束11的磁体的弯曲的路径，该弯曲的路径从束入口12延伸到束出口15。通过通道14所提供的弯曲的路径在离子束弯曲平面，即图1中的纸平面内单调地弯曲。通道14也限定了在图1中通过虚线16所图示的弯曲的中心束轴线。 

离子束弯曲磁体13布置为提供大体上均匀的磁场，所述磁场垂直于弯曲平面越过束通道14的整个区域指向。作为结果，在入口12处进入束弯曲磁体13的离子束11内的离子将跟随沿通道14的弯曲的路径，所述路径的曲率半径对应于束的离子的质量/电荷比。对于来自具有相同的电荷数（典型地为1）的离子源的束内的离子，当离子束在出口15处离开磁体13时，束弯曲磁体因此在弯曲平面内有效地产生了不同的质量的离子之间的空间分离。束11中的具有对应于植入所期望的离子类型的质量/电荷比的那些离子跟随通过通道14所提供的弯曲的路径，即大体上平行于弯曲的中心束轴线16的路径。在磁体13的出口15的下游，质量分辨缝隙17与从磁体出来的中心束轴线对齐地布置，以仅选择具有期望的质量/电荷比的束离子通过缝隙17到处理室18内。在处理室18内，被质量选择的、植入所期望的离子的离子束19在衬底或面板20处指向以被处理。 

如图1等所示的装置由于是将通过离子束弯曲磁体13出去的带形离子束19照射到面板20而在所述面板20处实施处理的结构，因此也能够称为离子束照射装置。如果着眼于作为在面板20处所实施的处理之一的离子植入，则所述离子束照射装置能够称为离子植入装置。 

面板20是例如晶片等的半导体面板、平板显示器的平板、其它面板。 

图2是处理室18内沿被质量选择的离子束19观察的衬底或面板20的视图。如在图2中所示，离子束19是带形离子束，具有带有主尺寸l的横截面轮廓。带形离子束19的主尺寸垂直于弯曲磁体13的弯曲平面。因此，在图1的视图中仅示出了离子束的次尺寸。 

为提供植入的离子在衬底或面板20的整个表面上的均匀的剂量，冲击在衬底或面板上的离子束19在离子束横截面的主尺寸l上具有离子的均匀的线性强度分布。以如在图2中图示的方式，离子束横截面 的主尺寸l足以延伸越过待植入的衬底或面板20的相应的尺寸。另外，（在图1和图2中为简化起见而未示出的）机构被设置在处理室18内，以将晶片或面板20通过离子束19在箭头21的方向上往复运输，使得衬底或面板20的所有部分暴露于离子束19。 

在期望的布置中，从离子源10获取作为带形离子束的离子束11，所述带形离子束的主尺寸垂直于图1中的纸平面。相应地，弯曲磁体13适合于容纳带形离子束且沿弯曲路径16弯曲带形离子束，带形离子束具有带有垂直于磁体的弯曲平面的主尺寸的横截面轮廓。如果被运输通过离子束弯曲磁体13的通道14的带形束的横截面轮廓具有尺寸为h的主尺寸，则通道14必须具有足够的垂直于磁体的弯曲平面的尺寸，以在从入口12通过磁体延伸到出口15的弯曲的束路径16的整个长度上容纳该主尺寸。为将离子束沿弯曲的束路径16在弯曲平面内弯曲，磁体13应提供处在磁极之间的垂直于弯曲平面的磁场，所述磁极充分地间隔开以容纳通过磁体的带形离子束的主尺寸h。磁场在磁极之间在带形离子束的主尺寸的整个范围h上的磁通密度应大体上均匀，使得在带形束的主尺寸上的所有的位置处，期望的离子受到相同的弯曲力。此外，磁极之间在横向于弯曲的束路径的充分的距离上在沿束路径的所有位置处的磁通密度应大体上是均匀的，以容纳沿弯曲的路径16行进的期望的离子的带形束的次尺寸。 

图3和图4图示了实施了本发明的弯曲磁体的设计和结构。图3是离子束磁体13的部分视图，图中示出了沿图1中的截面线III-III截取的垂直于磁体13的弯曲的中心束轴线16的横截面。图4是沿z坐标方向观察的在图3中图示的x、y坐标平面中越过磁体结构的示意性截面视图。 

如在图3和图4中所示，离子束弯曲磁体13包括围绕弯曲的束路径的铁磁性轭25，该弯曲的束路径具有沿路径长度在磁体的入口和出口之间的弯曲的中心束轴线16。轭25具有通过轭25的内表面限定的 横截面内部轮廓，所述内部轮廓大体上沿通过磁体的弯曲路径的长度在垂直于弯曲的中心束轴线16的各平面内是均匀的。在一个权利要求中的横截面内部轮廓在图4中图示且在图3和图4中所示的笛卡尔x、y坐标系中限定。这些坐标的原点在中心束轴线16处，其中中心束轴线与横截面的各平面相交。坐标的x轴线在与中心束轴线16的弯曲的平面对应的离子束弯曲平面内延伸。x、y坐标系的y轴垂直于该弯曲平面。 

离子束弯曲磁体13还具有与铁磁性轭25相结合的电绕组26和27，且所述电绕组26和27布置为在轭中生成越过弯曲路径16的磁性弯曲场，以使具有期望的质量/电荷比的离子的带形束沿弯曲的路径弯曲。将在下文中给出这些电绕组26和27的另外的设计和布置。 

如在图4中可见，在该实施例中，轭25的横截面内部轮廓关于x轴和y轴对称。内部轮廓是六边形图形，包括四个成角度的边28、29、30和31。在该实例中，成角度的边28至31都与y轴形成相同的角度θ。成角度的边28和29相对于中心束轴线16的曲率在轭的径向内侧上，且成角度的边30和31在轭的径向外侧上。在图4中图示的实例中θ为45°，使得边28和29、边30和31相互成直角。 

轭25的所述成角度的边也能够称为成角度的线。另外，该成角度的边向沿着中心束轴线16的方向连续相连，从而形成成角度的面（成角度的内表面）。与此相关的内容在后面进一步说明。 

绕组26包括沿轭的对应于成角度的边28和31的内面延伸的导体。绕组26的导体在所述面上延伸，以大体上平行于中心轴线16。类似地，绕组27包括在对应于轭的成角度的边29和30的面上延伸的导体。绕组27的导体也大体上平行于中心轴线16延伸。 

绕组26和27的导体布置为均匀分布，以沿四个边28、29、30和 31的每个提供每单位距离均匀个数的所述导体。作为结果，如果导体的每个携带了相同的电流，则沿边28、29、30和31存在每单位长度相应的均匀的电流分布。 

如在图4中所图示，在沿成角度的线28分布的绕组26的导体内流动的电流的方向与沿线31分布的导体的电流方向相反。类似地，沿轭横截面轮廓的线29的导体的电流与沿线30分布的导体内的电流方向相反。在图4中图示的示例中，在沿线28和29的导体中的电流的方向为向纸内，且在沿线30和31的导体中的电流的方向为向纸外。 

铁磁性轭25的横截面内部轮廓除四个成角度的边28、29、30和31之外具有顶部32和底部33。内部横截面轮廓的顶部32和底部33平行于x轴。即，顶部32及底部33在该实施方式中分别形成边（顶部边及底部边）。对于如图5及图6所示的实施方式中的顶部32及底部33、如图7～图10所示的实施方式中的顶部45及底部46也是同样的。 

如将解释，在图4中图示的铁磁性轭25与如所述的电绕组26和27结合提供了平行于y轴线指向的磁场H，所述磁场H具有在轭的内部体积上大体上均匀的磁通密度B。作为结果的束弯曲磁体可容纳具有如在图4中在35处所图示的横截面轮廓的带形束，所述横截面轮廓的主尺寸与磁体内的磁场对齐。 

在现有技术中的常规的离子束弯曲磁体可包括一对极，所述一对极由足以容纳带形束的主尺寸的极间隙分开。极需要具有足够的尺寸以产生越过间隙的与带形的主尺寸对齐的大体上均匀的磁通密度，且在磁体的中心束轴线的每侧上越过足够的距离，以容纳带形的次尺寸或宽度。常规的磁体可包括围绕铁芯的激励线圈，所述铁芯物理上连接到磁极且具有将两个极相互连接的外部轭。该一般类型的特殊形式的离子束弯曲磁体在转让给本申请人的US7,078,714中公开，且所述 公开在此通过引用完整合并且用于所有目的。 

该常规磁体设计可对于例如800mm的极间隙是满意的，以便容纳其主尺寸小于800mm的带形束，而对于更大的带形束的常规设计的放大造成了明显的实际问题。当将极间隙放大超过两倍时，常规磁体的作为结果的极、轭和线圈结构的质量可能必须增加超过三倍。通过对比，在没有附加地不成比例地增加组合的结构的质量的情况下，如在图3和图4中所图示的弯曲磁体的结构可允许进行如上所述的放大。 

与现有技术的离子束弯曲磁体相关的另外的已知的问题是由于边缘场在磁体的入口和出口处所产生的偏差。在图3和图4中图示的结构中，仅绕组26和27的靠近连接到顶部32和底部33的成角度的边28、29、30和31的上端和下端的导体沿磁体内的弯曲的路径紧邻带形束弯曲。作为结果，由于边缘场导致的偏差主要局限在带形束的上边缘和下边缘。 

在现有技术中已知的另外的束弯曲磁体结构是在授予White等人的US7,112,789中所描述的所谓的窗框磁体。在该结构中，激励绕组的导体大体上在带形束的整个宽度上位于带形束附近，使得整个带形束可能在进入和离开磁体时受到来自边缘场的偏差。 

参考图4，所图示的磁体的磁性特性可从安培定律获得： 

${\∫}_0{H}_s\·\mathrm{ds}=t.---1$

换言之，上述等式描述了磁场H_s沿封闭路径s的线积分等于被路径所封闭的总电流i。 

参考图4，封闭路径s图示为从Ａ→Ｂ→Ｃ→Ａ，因此，根据安培定律： 

${\∫}_{A\→B}\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_0}{B}_y(x,y)\mathrm{dy}+{\∫}_{B\→C\→A}\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_s}{B}_s\·\mathrm{ds}=t.---2$

在等式2中，磁场H已通过磁通密度B和各材料的磁导率μ根据如下表达式表达： 

$H=\frac{1}{\mathrm{\μ}}B---3$

参考图2，第一项是磁场在磁体的工作间隙内的线积分，在所述工作间隙内磁导率为μ₀，且第二项是铁磁性轭25内的磁场的线积分，对于铁磁性轭25，磁导率为μ_s。对于铁磁性轭材料，例如低碳钢，μ _s>>μ₀，使得第二项远小于第一项。等式2因而简化为： 

${\∫}_{A\→B}\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_0}{B}_y(x,y)\mathrm{dy}=t.---4$

如上所解释，用于磁体的线圈绕组26和27沿轭的内轮廓的成角度的线28、29、30和31中的每个线包含恒定数量的每单位距离导体数量。假定导体接收相同的电流，则可发现该布置提供了沿轭轮廓的成角度的线的每单位长度的j安培的恒定电流。 

参考图4，所述图4关于x轴对称，如果在顶部32和底部33之间的间隔或间隙为2G，则 

$j=\frac{I\cos \mathrm{\θ}}{G}---5$

其中在邻近轭轮廓的线31的导体内流过的总电流为I，且在与轭轮廓的面28相邻的导体内流过的总电流为-I。等式4因而变成： 

${\∫}_{-y}^y{B}_y(x,y^{\′})d{y}^{\′}=2{\mathrm{\μ}}_{0}I\frac{y}{\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}}---6$

因为轭结构在图4中关于x轴对称，所以B_y(x,y)也对称，使得在用等式5替代j之后对于等式6的仅可能的解为： 

$B_y(x,y)=\frac{2{\mathrm{\μ}}_{0}I}{G}.---7$

这显示了B_y与x和y无关，且因此在轭25内的磁体的工作间隙中各处恒定。 

考虑到磁通密度分量B_x，包括在x方向上越过工作间隙的线积分的闭合的积分路径将封闭零净值电流，因为来自与轭轮廓的线31相邻的导体的贡献与来自与轮廓的线28相邻的导体的贡献相反。 

作为结果，等式6沿x轴的等价变成： 

${\∫}_{-x}^x{B}_x(x^{\′},y^{\′})d{x}^{\′}=0.---8$

仅可能的解是： 

$B_x(x,y)=0.---9$

等式7和等式9的组合证明在被图4中图示的轭25封闭的空间内的磁通密度在空间中各处是均匀的且具有y方向。 

也已证明，这与角度θ的值无关地成立。因此，已可见，轭轮廓不需要关于y轴对称，使得相对于轭轮廓的成角度的线31和30的y轴的角度可与相对于成角度的线28和29的y轴的角度不同。这在图5中图示，其中成角度的线30和31和y轴之间的角度示出为θ₁，且成角度的线28和29和y轴之间的角度示出为θ₂。然而，因为沿与线30和31相邻的导体的电流（I），绕组必须布置为沿与面28和29相邻的导体提供总的相同的电流（-I）。 

轭结构也不需要关于x轴对称。这在图6中图示，其中成角度的线30和y轴之间的角度（θ₃）与成角度的线31和y轴之间的角度（θ₁）不同，且成角度的线29和y轴之间的角度（θ₄）与成角度的线28和y轴之间的角度（θ₂）不同。然而，为使得B(x,y)是均匀的且在y方向上指向，在轭轮廓的内部体积中，由与成角度的边29和30（图6中x轴以下）相邻的导体提供的电流幅值应调整为在沿x轴的位置（y=0）处产生与由与成角度的边28和31（在图6中x轴上方）相邻的导体所提供的每单位长度的电流幅值所产生的相同的磁场（B_y）。 

而且，为维持被轭封闭的体积内的磁场均匀性，成角度的边28与成角度的边29相交处应与成角度的边31与成角度的边30相交处具有相同的y位置。在图6中，成角度的边的两个交点都在x轴（y=0）上。 

如果由邻近边28和31中的每个边的导体所提供的总电流为I_a，且由邻近边29和30中的每个边的导体所提供的总电流为I_b，则如果满足如下式则在轭内提供了均匀的磁场： 

$\frac{I_b}{I_a}=\frac{G_b}{G_a}.---10$

其中G_a是从x轴到内部轭轮廓的顶部32的间隙距离，且G_b是从x轴到内部轭轮廓的底部33的间隙距离。 

虽然离子束弯曲磁体可构造为以关于x轴和y轴对称的内部轭轮廓提供均匀的间隙场，如在图6中所图示，但该非对称性将导致在磁体的入口和出口处的相应的不对称的边缘场，这可能产生离子在从磁体出口出来的带形离子束内分布中的不对称偏差。关于x轴对称的轭结构消除了与磁体的入口和出口处的边缘场相结合的该不对称偏差。也可能更难于制造适合于关于y轴不对称的轭横截面轮廓的线圈绕组，使得可能期望如在图4中所图示的双重对称的横截面轭轮廓。 

然而，当然可使用铁磁性轭结构制造离子束弯曲磁体，对该铁磁性轭结构，轭的均匀性横截面轮廓关于x轴和y轴对称，例如在图6中所图示。对于轭，该内部横截面轮廓的几何形状更详细地在图7中图示。横截面内部轮廓在图7中示出为具有四个成角度的边40、41、42和43，它们与顶部45和底部46一起限定了如所图示的封闭的六边形图形。如在图7中在图中的笛卡尔坐标x、y中所图示，四个成角度的边40、41、42和43分别位于由如下四个等式限定的线上： 

1）a₁x+b₁y=a₁b₁， 

2）a₂x-b₁y=a₂b₁， 

3）a₃x+b₂y=-a₃b₂， 

4）a₄x-b₂y=-a₄b₂; 

其中a₁、a₂、a₃、a₄、b₁和b₂是正数。 

如在图7中所图示，轭轮廓的顶部45位于平行于x轴的线上的位置y=y’处，且底部46位于平行于x轴线的线上的y=-y’’处。相应地，位于等式1和等式4所限定的线上的成角度的边40和43在各线上延伸直至位置y=y’处。相应地，位于通过以上等式2和3所限定的线上的成角度的边41和42在各所述的边上向下延伸到位置y=-y’’处。y’和y’’是正值。y′小于a₁和a₄中的较小的值，使得轮廓的顶部45延伸越过y轴。以类似的方式，y’’小于a₂和a₃中的较小的值，使得轮廓的底部46也延伸越过y轴。 

为在轭轮廓的顶部45和底部46之间容纳具有与y轴对齐的主尺寸h的带形束，y’+y’’应该大于h。粒子束弯曲磁体进一步包括与铁磁性轭结合的且布置为在轭内生成越过弯曲路径的磁性弯曲场的电绕组，以使得具有期望的质量/电荷比的离子的带形束沿弯曲的路径弯曲。 

铁磁性轭25（图3、图4、图5和图6）具有四个内表面，所述表面分别对应于轭的均匀的横截面内部轮廓的成角度的边。电绕组26和27包括轴向导体元件，所述轴向导体元件邻近轭的内表面平行于弯曲 的中心束轴线在磁体的入口和出口之间延伸。这些轴向导体元件的块示意性地在图3中的50和51处图示。导体元件50和51布置为沿横截面轮廓的四个成角度的边中的每个边提供每单位距离均匀个数的所述导体。再次参考图7，沿横截面轮廓的在x轴上方的边40和43分布的导体内的总电流为I’。在与成角度的边43相邻的导体内流动的电流（I’）与在沿边40的导体内流动的总电流-I处在相反的方向上。类似地，沿x轴下方的边42流动的均匀分配的电流的总量为I’’，且沿x轴下方的成角度的边41流动的均匀分配的电流的总量为-I’’。 

为在由铁磁性轭的内部轮廓所限定的空间内各处提供要求的均匀磁场H，I’/I’’=y’/y’’。 

再次参考图7，可见： 

b₂/a₄=tanθ₁, 

b₁/a₁=tanθ₂, 

b₂/a₃=tanθ₃, 

并且b₁/a₂=tanθ₄。 

一般地，θ₁、θ₂、θ₃和θ₄的每个可大于或等于20°，且小于或等于60°。对于小于20°的角度，成角度的边的轭轮廓的优点降低过多，且对于大于60°的角度，轭结构变得过重而附加的优点很少。 

在图7的布置中，顶部45在图示的横截面轮廓的平面内具有尺寸C₁。轮廓的底部46具有相应的尺寸C₂。在优选的实施例中，C₁和C₂中的每个小于等于（b₁+b₂）/2。在另外的实施例中，C₁和C₂等于（b₁+b₂）/4。 

一旦C₁和/或C₂达到（b₁+b₂）/2的尺寸，则本发明的优点降低过多。 

现在参考图8，图8图示了对于图7的完全非对称的示例的特殊情况，其中tanθ₁/tanθ₃=tanθ₂/tanθ₄。该限制也可表达为a₁·a₃=a₂·a₄。以此限制，与图7中的偏斜的情况相比，内部轭轮廓的顶部45和底部46可大体上相对于y轴对齐。作为结果，对于有限厚度的带形束，可更容易地提供足够的空间和场均匀性。 

现在，参考图9，图示的内部轭轮廓关于x轴对称，其中θ₄现在等于θ₂，且θ₃现在等于θ₁。作为结果，a₂=a₄，且a₃=a₁。顶部45和底部46的位置也可以是对称的，使得y’’=y’。因此，c₁也等于c₂（在图9中简单地以c表示）。因为y’=y’’，所以沿边40和41分布的总电流现在也相等（-I’），且沿边43和42的每个分布的总电流也相等（I’）。 

最后，图10图示了根据图4的完全对称的布置，其中θ₁=θ₂=θ₃=θ₄（在图10中都简单地以θ表示）。图10也图示了其中θ=45°的实施例。 

再次参考图4，轭25包括对应于所图示的横截面轮廓的成角度的边28、29、30和31的四个成角度的边。轭25的均匀的横截面内部轮廓的四个边中的每个边在其处|x|为最大值且|y|为最小值的各腰部端和其处|x|为最小值且|y|为最大值的各顶端之间延伸。如在图4中可见，轭25具有垂直于各成角度的内表面的横截面厚度，所述横截面厚度从所述边的所述腰部端处的最大值降低到所述边的所述顶端处的最小值。厚度变化可以是线性的。铁磁性轭25的厚度向成角度的边28、29、30和31的腰部端的增加有效地容纳了磁体的在轭内向着腰区域（其处y=0）的增加的内部磁通量。通过向着成角度的边的顶端降低磁性轭25的厚度，可降低磁体的总高度，待由轭容纳的磁通量在成角度的边的顶端处更小。 

图4的实施例关于x轴和y轴都对称。在例如图5和图6中图示的非对称的轭结构的情况中，轭25的厚度也可向着轭的内部轮廓的成 角度的线的顶点渐缩。 

图11和图12更详细地图示了粒子束弯曲磁体的实施例。所图示的实施例对应于图4的对称结构，其中铁磁性轭具有带有与y轴成45°角的成角度边的内部轮廓。 

在图11和图12中，铁磁性轭由六个部分60形成，所述六个部分60装配在一起以容纳用于通过磁体的粒子束的要求的弯曲路径。轭25也具有六个将内部成角度的轭部分60与相应的外部分62相互连接的顶板61。顶板61提供了对应于图4中图示的轭内轮廓的顶部32的内表面。如在图11中所示，顶板61每个形成为环形的部分，以实现所要求的磁体弯曲。类似于顶板61的底板提供为将相应的下部成角度的轭部分相互连接且提供与图4中图示的内轮廓的底边33对应的轭表面。 

顶板61以及在图11或图12中未示出的底板空间上成形为对于通过磁体的带形束的上边缘和下边缘的偏差提供更好的控制。通过顶板部分61的切口63实施为修改靠近带形束35的上边缘附近所产生的磁场（见图4），以抵消偏差。类似的切口设置在图11中不可见的磁体的底板内。 

通过鞍形线圈单元提供线圈绕组26和27（图4），所述鞍形线圈单元在图11中在65、75、66、76、67、77和68、78处可见。鞍形线圈单元65、66、67和68中的每个形成图4的线圈绕组26的一部分。鞍形线圈单元75、76、77和78中的每个形成图4中的线圈绕组27的一部分。相应地，鞍形线圈单元65和75形成对。类似地，单元66和76、单元67和77以及单元68和78形成各对。 

每个鞍形线圈单元包括第一多个轴向导体部分，所述第一多个轴向导体部分在与处在弯曲的束路径内侧的成角度的轭表面中的第一个 轭表面平行的第一轴向行中并排布置。在鞍形线圈单元65的情况中，并排布置的第一多个轴向导体元件在图11中的65a处指示。类似地，用于鞍形线圈单元66、67和68的第一多个轴向导体元件在66a、67a和68a处指示。对应于下部线圈单元27（图4）的鞍形线圈单元75、76、77和78具有相应的第一多个轴向导体元件。在以上所标识的这些多个元件中的每个内的轴向导体元件均匀地分开，以提供沿轭25的均匀横截面轮廓的成角度的边的每单位距离的均匀数量的导体元件。 

每个鞍形线圈单元包括第二多个轴向导体元件，所述第二多个轴向导体元件在与处在弯曲的束路径的外侧的成角度的内部轭表面中的第二个轭表面平行的第二轴向行内并排布置。该第二多个轴向导体元件对于鞍形单元中的每个提供了用于围绕鞍形线圈单元流动的电流在轭的y轴的另一侧上的返回路径，所述另一侧是轭的相对于弯曲的束路径的径向外侧。每个鞍形线圈还包括第一多个链接导体元件65b、66b、67b和68b，所述链接导体元件将邻近磁体入口的第一和第二轴向行的轴向导体元件连接。相应地，每个鞍形线圈单元具有第二多个链接导体元件65c、66c、67c和68c，所述链接导体元件将邻近磁体的出口的第一和第二轴向行的轴向导体元件连接。 

在每个鞍形单元的情况中，第一多个链接导体元件65b、66b、67b和68b在位于垂直于磁体入口处的中心束轴线的各第一径向平面内的第一径向行中并排布置。类似地，用于每个鞍形线圈单元的第二多个链接导体元件65c、66c、67c和68c在位于垂直于磁体的出口处的中心束轴线的各第二径向平面内的第二径向行中并排布置。 

如在图11和图12中可见，当考虑到每个鞍形线圈单元时，在第一和第二轴向行中的每个轴向行内的轴向导体元件65a、66a、67a和68a中的每个轴向导体元件向外弯曲90°而垂直于各相邻的第一和第二成角度的内部轭表面，以连接到各个链接导体元件65c至68c或65b至68b。 

在所述实施例中，电绕组26和27（图4）包括多对鞍形线圈单元65和75，66和76，67和77以及68和78。鞍形线圈单元对的轴向导体的各行延伸超过每个成角度的内部轭表面的各部分。因此，通过四个上部鞍形线圈单元65、66、67和68所提供的轴向导体元件的行65a、66a、67a和68a相互邻接，以一起提供平行于轭25的上部内部成角度的面延伸的完整的上部线圈绕组26。 

如在图11中可见，上部鞍形线圈单元的径向行65c、66c、67c和68c布置为相互嵌套，使得外部嵌套的鞍形线圈单元65的轴向导体元件的行65a比下一个鞍形线圈单元66的轴向行66a长，而所述轴向行66a又比鞍形线圈单元67的行67a长，而所述轴向行67a又比鞍形线圈单元68的最上方的行68a长。该结构当然对于下部的鞍形线圈单元75、76、77和78重复。 

以此所述的粒子束弯曲磁体的绕组结构，存在多个优点。首先，将用于磁体的总的绕组结构分为多个部分，所述多个部分可大体上容易地制造和组装。因为用于每个鞍形线圈单元的链接导体的径向行65b至68b和65c至68c嵌套在一起，所以径向行的总径向尺寸降低，且所要求的导体总长度也降低。如上所述，虽然嵌套结构要求径向导体的行朝向磁体的腰部，例如65a和66a，延伸而在磁体的入口和出口处超过轭结构的端部，但由于这些更长的轴向导体所导致的增加的边缘场也与位于靠近y轴的离子束分开，如在图4中可见，使得由于这些延伸的轴向导体65a和66a所导致的偏差最小。 

用于形成每个鞍形线圈单元65、66、67和68的导体的匝数可被调整，以最小化在每个鞍形线圈单元内的导体的总长度差异。例如，在鞍形线圈单元内在最外嵌套单元65和最内嵌套单元68之间的匝数可逐渐增加。作为结果，因为在导体径向行65a、66a、67a和68a中的导体间隔在整个绕组上是均匀的，所以导体的行宽度也从行65a向行 68a增加。通过保持在每个鞍形线圈元件内的导体的总长度，对于每个鞍形线圈单元的损失可大体上保持均匀。在每个鞍形线圈单元内的导体元件是水冷的管状元件。 

每个鞍形线圈单元65、66、67和68的匝可串联连接到单独的电源以驱动要求的电流。然而，也可期望独立地从分开的电源驱动鞍形线圈单元65、66、67和68（或它们的至少一些）。一般地，可理解的是在下部鞍形线圈75至78内的电流对应于上部鞍形线圈65至68内的电流，以在磁体内提供所要求的均匀的磁性弯曲场。 

参考图12，弯曲磁体的相应的部分已被赋予相同的附图标号。图12的视图示出了下部轭部分，所述下部轭部分可提供与图4的轭内部轮廓的成角度的线29对应的内部成角度的面。这些下部轭部分在图12中通过附图标号70指示。在图12中，带形束35示出为进入磁体的入口12且离开磁体的出口15。图11示出了在磁体的入口处的进入歧管80和在磁体的出口处的离开歧管81。进入歧管80包括在图中示出为打开的接近覆盖件84。歧管80与沿弯曲路径在磁体内延伸的真空束引导件连接，从而在磁体出口处与离开歧管81连通。以此方式，可为带形束提供通过磁体的真空路径，而磁体轭和绕组处于大气中。 

入口歧管80和出口歧管81提供了各场钳82和83。场钳82和83包括从束路径侧向延伸的铁磁性板，以便“钳制”由弯曲磁体所生成的磁场且防止该磁场在束入口80上方在束上游延伸或在离开歧管81下方沿束向下游延伸。场钳82和83在各歧管80和81内侧延伸，从而提供了使束通向磁体内和从磁体离开的束缝隙。场钳82的一部分示出为在进入歧管80的接近覆盖件84的内面上折回。完整的场钳82和83示意性地在图12中图示。 

图13是对应于图11的视图的束弯曲磁体的另外的视图，但图中将进入歧管80移除，且也将轭的上部分60和62中的三个移除。另外， 鞍形线圈单元65、66、67和68从磁体的中心向出口破开，以揭示内部结构。 

也可注意到的是，轭的顶板61在图13的视图中被移除，从而揭示了从磁体的入口12延伸到出口15的内部真空束引导件90。真空束引导件90具有矩形横截面且垂直地在磁体轭的顶板61和相应的底板之间延伸。引导件管定尺寸为容纳带形束且为离子束提供了要求的真空封闭。引导管90在磁体的入口处与进入歧管80连通（图11），且在磁体的出口处与离开歧管81连通。 

侧向修整线圈91、92示出为紧固到束引导件90的径向内表面，从而大体上从束引导件的入口一直延伸到其出口。相应的修整线圈设置为接附到束引导件的径向外表面。如可见，修整线圈安装在铁磁性轭内侧且邻近离子束的弯曲路径延伸通过磁体。修整线圈被加电以在沿弯曲的束路径的位置处产生修整磁场，从而有效地降低了由于磁性弯曲场的偏差所导致的带形离子束的横截面轮廓的扭曲。 

在磁体的入口和出口处由于边缘场所导致的偏差可能影响离开磁体的带形束的横截面轮廓的扭曲。这导致了磁体以及质量分辨缝隙的分辨能力的降低，带形束通过该质量分辨缝隙以从束中排除不期望的离子类型。修整线圈91和92可被加电以修整带形束轮廓的该扭曲。修整线圈91和92可被加电以在真空束引导件90内提供足以修正由于磁体的入口和出口边缘场所导致的扭曲偏差的六极磁场。如在图13中所示，上修整线圈91具有平行于束路径延伸的上部导体部分91a和下部导体元件91b。类似地，下部修整线圈92具有平行于束路径延伸的上部导体元件92a和下部导体元件92b。修整线圈91和92对称地布置在磁体的中平面的相对侧上，从而对应于图4中的x轴。参考图4，在修整线圈91和92的上部导体元件91a和下部导体元件91b中流动的电流的布置通过示例图示。在真空束引导件90的径向外侧上的线圈类似地被加电以提供电流，如在图4中在93a、93b和94a、94b处所图示。 如在图4中所图示的修整线圈内的电流的效果是增加离子束向带形的中心的弯曲曲率（下部y值），且降低束离子向带形的边缘的曲率（正值或负值的高y值）。 

另外的电流构造可如要求地应用于修整线圈，以降低偏差且优化从弯曲磁体离开的带形束的形状。 

除修整线圈91和92之外，可通过调整在不同的鞍形线圈单元65、66、67和68中流动而形成磁体的主弯曲场的相对电流来修整偏差。通过调整在绕组的鞍形线圈单元内的电流，在弯曲磁体内的标称的均匀磁场可被合理地扭曲，以补偿由于磁体的入口和出口处的边缘场所引入的偏差。应理解的是，在此对于与提供了期望的均匀磁场以使带形束弯曲的铁磁性轭相结合的电绕组的参考应在该磁场的可能的扭曲的上下文中理解，以修正不期望的偏差。 

在示例实施例中，弯曲磁体在磁体的轭内在真空引导管90的顶部和底部之间的最大极间隙为1500mm。由磁体所提供的总的弯曲角度大约为70°。可从所要求的束的磁刚性中计算得出将期望的离子沿弯曲的束路径弯曲而通过磁体所要求的磁场。以此结构，可将带形粒子束弯曲且进行质量选择，且使其从带有最大带宽度为大约1350mm的磁体的质量分辨缝隙离开。假定带形束被校准，则这意味着冲击在待植入的衬底或面板上的带形束的最大尺寸l大约为1350mm。因此，可被均匀地以带形束冲击的面板的最大尺寸具大于等于1350mm的尺寸。 

图14至图17图示了适合于在待植入的衬底或面板上产生带形束印记的离子弯曲磁体的变型，所述衬底或面板具有略大于从前述离子束弯曲磁体发出的离子束的最大宽度的大尺寸。通过略微压缩进入磁体的带形束的大尺寸（y尺寸）且然后沿从磁体离开的带形束离子的主尺寸（y方向）布置略微的发散提供了改进。作为在带形束的y方向上 的该发散的结果，在待植入的衬底或面板上的带形束的印记可具有相应地更大的尺寸l，使得可植入更大的面板和衬底。 

图14和图15是对应于图12的视图的离子束弯曲磁体的视图，但其中在磁体的腰部或中平面上方的轭结构被移除以完全地揭示四个嵌套的鞍形线圈单元65、66、67和68。另外，内部真空束引导件90的在中平面以上的上半部分在图14和图15中被移除。进入歧管80的中平面以上的上半部分以及场钳82和83的中平面以上的上半部分也被移除。另外，为清晰起见，离开歧管81也被完全移除。 

在图16和图17中更详细地图示的进入歧管80图示了包含在进入歧管80内的线圈结构。首先考虑图16和图17，进入歧管80包括一对转向线圈95和96。转向线圈95和96在进入歧管80内是布置在平行平面内的长窄绕组，以处在通过进入歧管80到弯曲磁体内的带形束的相对侧上。在运行中，转向线圈95和96在相同的意义上被加电以产生一般地垂直于带形束的平面横向延伸的磁场。转向线圈因此可用于提供带形束的垂直（在y方向上的）偏转的期望量。带形束在带形平面内有效的该垂直转向可用于在离子植入器的过程室18内控制带形束印记在待植入的衬底或面板上的精确位置。以此方式，转向线圈95和96可在需要时使用以补偿热膨胀问题和可能发生在离子源缝隙和离子源处的第一获取电极之间的不对齐情况，其控制离子束的最初轨道。由转向线圈95和96所产生的磁场基本上是偶极的。 

进入歧管80也包括四极绕组，所述四极绕组包括线圈组件97、98、99和100（在图17中最好地可见）。每个四极线圈组件包括位于带形束的一个极端处的内部绕组97a和进一步向带形束的中心线延伸的略微更大的外部绕组97b。线圈组件97和98在相同的方向上被加电，以产生横向越过带形束的顶部边缘的磁场，所述磁场布置为在带形束的上边缘附近提供向着束的中心线的可控的束离子偏转。类似地，线圈组件99和100与将组件97和98加电的极性相反地被加电，以提供 越过带形束的下边缘的横向磁场，所述磁场倾向于将离子向上向着束的中心线偏转。每个线圈组件的内绕组和外绕组在相同的方向上被加电以提供期望的横向磁场变化。 

对于四极线圈组件97、98、99和100，带形束的上边缘和下边缘可向着带形束的中心线可控地偏转（聚焦），以略微降低进入弯曲磁体的带形束的大尺寸。 

再次参考图14，第一四极线圈组件110和第二四极线圈组件111设置为叠置在鞍形线圈单元65、66、67和68上，如所图示。第一四极线圈组件110包括各大体上的平面线圈绕组110a、110b，所述平面线圈绕组110a、110b布置为与对应于图4中所图示的轭内部轮廓的成角度的边28、29、30和31的四个成角度内部轭表面中的每个对齐。在图14中，仅可见形成四极线圈组件110的四个绕组中的两个（110a和110b）。相应的绕组也靠着磁体的下倾斜轭表面设置。 

在前述离子束弯曲磁体的实施例中，对应于在所述实施例中的水平线，每个由轭形成的成角度的表面相对于x轴成45°。为了在真空束引导件90的在四极线圈组件110的绕组之间通过的部分内提供四极磁场，线圈组件110的绕组被加以极性，以产生大体上横向的磁场，所述磁场在带形束的上部分内生成了向上的偏转且在下部分内生成了向下的偏转。因为组件110的相邻的绕组（例如，110a和110b）相互成90°，所以作为结果的线圈结构在真空束引导件90内提供了标称的四极场。如本领域中一般技术人员已熟知，四极场具有将通过场的离子在垂直于束方向的一个方向上聚焦且将离子在垂直于束方向的正交方向上散焦的效果。四极线圈组件110被加电以提供束离子在y方向上的散焦，即在带形束的大尺寸的方向上的散焦，且在x方向上的聚焦，即在带形束的小尺寸的方向上的聚焦。因为带形束在x方向上延伸对应于带形束的厚度的相对短的距离，所以与y方向上的聚焦相比x方向上的聚焦幅度小，但可有助于降低带形束的厚度从而允许在质量 分辨缝隙17处的改进的质量分辨。 

第二四极线圈组件111具有与第一线圈组件110相同的结构，且以相同的极性加电，以提供离子束的进一步的y散焦。 

作为四极线圈组件110和111的结果，离开弯曲磁体的带形束可具有在y方向上的即在束的带形的平面内的受控的发散量。在实践中，四极线圈组件110和111可被加电以提供在y方向上的直至5°的束发散。作为结果，带形束的在待植入的衬底或面板上的印记可比可通过弯曲磁体的真空束引导件90容纳的带形束的宽度大。在四极线圈结构110和111与进入四极线圈组件97至100都不存在的情况下，带有其最大尺寸大约1500mm的真空束引导件90的弯曲磁体可提供大约1350mm的校准的带形束。对于结合图14至图17所描述的四极线圈组件，从弯曲磁体所产生的发散的带形束可在待植入的衬底或面板上提供至少1500mm的带形束。作为结果，植入器可用于植入具有1500mm的尺寸的面板。 

在图14中，第一四极线圈组件110沿束弯曲磁体的长度位于其中间，即大致位于磁体的入口和出口之间中途处。邻近第一单元110向着磁体的出口端部设置第二四极线圈单元111。图15图示了替代的实施例，其中第二四极线圈组件111位于邻近中心组建110，但向着磁体的入口端部。在图14和图15的布置中，两个四极线圈组件110和111被加电以联合工作而提供延伸的四极场的区域，从而提供在y方向上的散焦。通过将两个四极线圈组件110和111更靠近磁体的入口布置，如在图15中所示，束中的离子在到衬底或面板内的植入点处的最大发散角度可略微降低。 

在以上所述的实施例中，弯曲磁体的轭结构的成角度的边面大体上延伸到弯曲磁体的中平面（其处y=0），以大体上与在中平面下方的相邻的成角度的边表面形成脊部。参考图10，图10等价于表明成角度 的边40和41在x轴上的x=b处相遇，且边42和43在x轴上（y=0）的x=-b处相遇，如在图中所示。在另一个实施例中，成角度的边40和41（在图10中）都在x=x’<b的点处终止，且通过垂直的线（平行于y轴）55结合。类似地，边42和43可在x=-x’>-b处终止，且通过垂直线56结合。作为结果的轭具有：对应于成角度的边40、41、42和43的剩余的截断长度的四个成角度的内面，如前对应于图10的截面轮廓的顶部45和底部46的顶面和底面，以及对应于垂直线55和56的垂直的侧面。 

在此结构中，线圈绕组应具有平行于邻近轭的成角度的内面的束路径的导体，从而提供沿成角度的边40、41、42和43的每单位距离相同的均匀电流，如前述实施例的情况。然而，也与对应于垂直线55和56的垂直侧面相邻地提供了平行于束路径的线圈绕组。这些与轭的垂直侧面相邻的线圈绕组应携带与可由与在前述实施例中处在垂直侧面55和56外侧的成角度面上的成角度的面相邻的导体所携带的相同的总电流，即对于大于x’（且小于-x’）的x值。可见，成角度的面40、41、42和43在轭结构的侧壁55和56处的截断不影响轭的内部空间内所产生的磁场。 

在本发明和以上的实施例的描述中，已将铁磁性轭描述为沿通过磁体的离子束的路径长度具有均匀的横截面内部轮廓。实践中，铁磁性轭可由部分组成，例如由在图11和图12中示出的部分60和70组成。虽然部分成形为沿磁体的长度都提供要求的弯曲的轮廓，但每个部分可具有大体上平的内面。作为结果，轭的内部横截面轮廓不需要沿通过磁体的离子束路径的长度是精确地均匀的。所谓“均匀”在此上下文中应理解为包括在横截面轮廓中的小的变化。 

前述详细描述已仅描述了本发明可具有的许多形式中的一些形式。为此原因，详细描述意图是图示性的而非限制性的。只有所附权利要求，包括所有等价物，意图于限定于本发明的范围。 

Claims (23)

1.一种离子束弯曲磁体，该离子束弯曲磁体具有离子束入口、离子束出口和通过用于离子束的所述磁体的弯曲的路径，所述弯曲的路径具有在所述束入口和所述束出口之间的路径长度，所述弯曲的路径在离子束弯曲平面中单调地弯曲且具有弯曲的中心束轴线，所述磁体适合于容纳带形离子束且沿所述弯曲的束路径弯曲所述带形离子束，所述带形离子束具有横截面轮廓，该横截面轮廓具有垂直于所述弯曲平面的主尺寸；

所述磁体包括：

沿所述路径长度围绕所述弯曲的束路径的铁磁性轭，所述铁磁性轭沿所述路径长度在垂直于所述弯曲的中心束轴线的相应平面中限定了均匀的横截面内轮廓，所述均匀的横截面内轮廓被限定在笛卡尔（x,y）坐标系中，所述坐标系的原点在所述中心束轴线处，所述坐标系的x轴在所述离子束弯曲平面中延伸，并且所述坐标系的y轴垂直于所述弯曲平面；和

与所述铁磁性轭结合的电绕组，所述电绕组被布置为在所述轭内越过所述弯曲的路径生成磁性弯曲场，以将具有期望的质量/电荷比的带形离子束沿所述弯曲的路径弯曲；

其中，所述均匀的横截面内轮廓具有如下的边，所述边包括四个成角度的边，所述四个成角度的边分别位于通过如下四个等式限定的线上：

1）a₁x+b₁y=a₁b₁，

2）a₂x-b₁y=a₂b₁，

3）a₃x+b₂y=-a₃b₂，

4）a₄x-b₂y=-a₄b₂；

其中，a₁、a₂、a₃、a₄、b₁和b₂是正数，

其中，位于通过等式1）和等式4）限定的线上的每个所述成角度的边在相应的所述线上向上延伸到y=y’，且位于通过等式2）和等式3）限定的线上的每个所述成角度的边在相应的所述线上向下延伸到y=-y’’，其中y’和y’’是正数，y’小于或等于a₁和a₄中的较小者，且y’’小于或等于a₂和a₃中的较小者。

2.根据权利要求1所述的离子束弯曲磁体，其中：

b₂/a₄=tanθ₁，

b₁/a₁=tanθ₂，

b₂/a₃=tanθ₃，

并且b₁/a₂=tanθ₄，

并且θ₁、θ₂、θ₃和θ₄中的每个均大于或等于20°，且小于或等于60°。

3.根据权利要求2所述的离子束弯曲磁体，其中：

tanθ₁/tanθ₃=tanθ₂/tanθ₄。

4.根据权利要求3所述的离子束弯曲磁体，其中：

θ₂=θ₄且θ₁=θ₃。

5.根据权利要求4所述的离子束弯曲磁体，其中θ₁=θ₂。

6.根据权利要求5所述的离子束弯曲磁体，其中θ₁=45°。

7.根据权利要求1所述的离子束弯曲磁体，其中所述均匀的横截面内轮廓除了所述四个成角度的边之外还具有顶部和底部，并且所述顶部和底部平行于所述x轴。

8.根据权利要求7所述的离子束弯曲磁体，其中所述顶部和所述底部具有相应的长度c₁和c₂，其中c₁和c₂中的每个均小于或等于（b₁+b₂）/2。

9.根据权利要求8所述的离子束弯曲磁体，其中c₁和c₂中的每个均小于或等于（b₁+b₂）/4。

10.根据权利要求1所述的离子束弯曲磁体，其中所述铁磁性轭具有四个成角度的内表面，所述四个成角度的内表面分别对应于所述均匀的横截面内轮廓的所述四个成角度的边，并且所述电绕组包括轴向导体元件，所述轴向导体元件与所述轭的成角度内表面相邻地、平行于所述弯曲的中心束轴线、在所述磁体的所述入口和所述出口之间延伸，所述导体元件被布置为沿所述横截面轮廓的所述四个成角度的边中的每个成角度的边每单位距离提供均匀数量的所述导体元件。

11.根据权利要求10所述的离子束弯曲磁体，其中所述轭的所述均匀的横截面内轮廓的所述四个边中的每个边在相应的腰部端和相应的顶端之间延伸，在上述腰部端处|x|为最大值且|y|为最小值，而在上述顶端处|x|为最小值且|y|为最大值，并且

其中，所述轭具有垂直于相应的成角度的内表面的横截面厚度，所述横截面厚度从在所述边的所述腰部端处的最大值减小到在所述边的所述顶端处的最小值。

12.根据权利要求10所述的离子束弯曲磁体，其中所述电绕组包括至少一对鞍形线圈单元。

13.根据权利要求12所述的离子束弯曲磁体，其中每个所述鞍形线圈单元包括：

第一多个所述轴向导体元件，所述第一多个所述轴向导体元件在第一轴向行中并排布置，所述第一轴向行平行于处在所述弯曲的束路径内侧的所述轭表面中的第一轭表面，

第二多个所述轴向导体元件，所述第二多个所述轴向导体元件在第二轴向行中并排布置，所述第二轴向行平行于处在所述弯曲的束路径外侧的所述轭内表面中的第二轭内表面，

第一多个链接导体元件，所述第一多个链接导体元件将与所述磁体的所述入口相邻的所述第一轴向行和第二轴向行的所述轴向导体元件连接，和

第二多个链接导体元件，所述第二多个链接导体元件将与所述磁体的所述出口相邻的所述第一轴向行和第二轴向行的所述轴向导体元件连接。

14.根据权利要求6所述的离子束弯曲磁体，其中所述铁磁性轭具有四个内表面，所述四个内表面分别对应于所述均匀的横截面内轮廓的所述四个边，

并且磁体进一步包括：

至少第一组四极磁场绕组，所述四极磁场绕组位于所述磁体的所述入口和所述出口之间，且包括靠着所述四个内表面中的每个内表面定位的相应的线圈回路；以及用于所述第一组四极场绕组的第一电源。

15.根据权利要求14所述的离子束弯曲磁体，其中所述第一电源可运行以当所述束行进通过所述磁体时、将y方向散焦施加到所述离子束。

16.根据权利要求14所述的离子束弯曲磁体，包括：位于所述磁体的所述入口前方的第二个四极磁场绕组；以及用于所述第二个四极场绕组的第二电源，所述第二电源可运行以将y方向聚焦施加到进入所述磁体的带形离子束的至少边缘。

17.根据权利要求1所述的离子束弯曲磁体，进一步包括安装在所述铁磁性轭的内侧的修整线圈，所述修整线圈与所述弯曲的路径相邻地延伸，且能加电以在沿所述弯曲的束路径的位置处产生修整磁场，从而有效地用于降低由所述磁性弯曲场导致的所述带形离子束的所述横截面轮廓的扭曲。

18.一种具备根据权利要求1所述的离子束弯曲磁体的离子束照射装置。

19.一种具备根据权利要求2所述的离子束弯曲磁体的离子束照射装置。

20.一种具备根据权利要求3所述的离子束弯曲磁体的离子束照射装置。

21.一种具备根据权利要求4所述的离子束弯曲磁体的离子束照射装置。

22.一种具备根据权利要求5所述的离子束弯曲磁体的离子束照射装置。

23.一种具备根据权利要求6所述的离子束弯曲磁体的离子束照射装置。

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