CN107221485A - 一种离子束流调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明主要属于离子束流调节装置技术领域，具体涉及一种离子束流调节装置。包括铁芯、极头、第一线圈和第二线圈，所述铁芯包括上铁芯块、下铁芯块、前铁芯块和后铁芯块，所述上铁芯块和所述下铁芯块的前后两端分别通过前铁芯块和后铁芯块连接，所述上铁芯块、所述下铁芯块、所述前铁芯块和所述后铁芯块的内侧面共同界定形成贯通孔；所述离子束流调节装置还包括依次堆叠套设在所述前铁芯块上的第三线圈和依次堆叠套设在所述后铁芯块上的第四线圈。本发明所述离子束流调节装置不仅能够使束流通过时带状束流的截面形状保持直线形状，而且能够调节束流在高度方向上的均匀性，以满足束流传输和注入的要求。

Description

一种离子束流调节装置

技术领域

本发明主要属于离子束流调节装置技术领域，具体涉及一种离子束流调节装置，能够使束流通过时带状束流的截面形状保持直线形状，而且能够调节束流在高度方向上的均匀性。

背景技术

目前市场上常见的二级磁铁（或称离子束流调节装置）如图1和图2所示，其包括铁芯1’和两个线圈2’，铁芯1’包括上铁芯块11’和下铁芯块12’，上铁芯块11’和下铁芯块12’的前后两端分别通过前铁芯块13’和后铁芯块14’连接，上铁芯块11’、下铁芯块12’、前铁芯块13’和后铁芯块14’之间形成贯通孔3’，两个线圈2’分别嵌入上铁芯块11’和下铁芯块12’。

但是，由于目前半导体离子注入行业的带状离子束要适应300mm或以上的工艺，所以该种二极磁铁的极头之间的距离一般较大，随之带来的不良影响就是该二极磁铁极头之间的磁场一般是鼓型的。具体的，如图1所示，一束带状离子束4’入射进入铁芯1’后，出来的带状离子束4’的形状如右侧所示（呈鼓形）。这样，带状束流在通过该磁铁后，由于二极磁铁在高度方向的不均匀，带状束流的截面形状将由一条直线变成弯月形，这不利于束流的后期传输和控制，也会给注入样品的均匀性带来一定的不良影响。此外，这种结构的二极磁铁的极头之间的磁场在高度方向上并不均匀，无法满足束流传输和注入的要求。

有鉴于此，确有必要提供一种离子束流调节装置，其不仅能够使束流通过时带状束流的截面形状保持直线形状，而且能够调节束流在高度方向上的均匀性，以满足束流传输和注入的要求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种离子束流调节装置，所述离子束流调节装置。通过分别在前铁芯块和后铁芯块上设置第三线圈和第四线圈，不仅能够使束流通过时带状束流的截面形状保持直线形状，而且能够调节束流在高度方向上的均匀性，以满足束流传输和注入的要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种离子束流调节装置，所述离子束流调节装置通过调节线圈的电流大小和方向，能够使束流通过时带状束流的截面形状保持直线形状，而且能够调节束流在高度方向上的均匀性。

进一步地，所述离子束流调节装置包括铁芯、极头、第一线圈和第二线圈，所述铁芯包括上铁芯块、下铁芯块、前铁芯块和后铁芯块，所述极头包括上极头和下极头，所述上铁芯块和所述下铁芯块的前后两端分别通过前铁芯块和后铁芯块连接，所述上极头和所述下极头分别贴合设于在所述上铁芯块和所述下铁芯块上；所述上铁芯块、所述下铁芯块、所述前铁芯块和所述后铁芯块的内侧面共同界定形成贯通孔；所述第一线圈嵌入所述上铁芯块的内侧面，所述第二线圈嵌入所述下铁芯块的内侧面，所述离子束流调节装置还包括至少两个第三线圈以及至少两个第四线圈，所述第三线圈依次堆叠套设在所述前铁芯块上，所述第四线圈依次堆叠套设在所述后铁芯块上。

进一步地，所述第三线圈和第四线圈的电流大小和方向能够调节，通过调节所述第三线圈和第四线圈的电流大小和方向，能够修正所述上极头和所述下极头之间的磁场使其成为均匀的线性磁场，从而使束流通过时带状束流的截面形状始终保持直线；

并且，通过调节所述第三线圈和第四线圈的电流大小和方向，能够调整束流在高度方向上的均匀性。

进一步地，套设于所述前铁芯块上的所述第三线圈的数量和套设于所述后铁芯块上的所述第四线圈的数量相等，并且所述第三线圈和所述第四线圈一一对应。

进一步地，套设于所述前铁芯块上的所述第三线圈的内表面与所述前铁芯块的前后表面贴合，套设于所述后铁芯块上的所述第四线圈的内表面与所述后铁芯块的前后表面贴合；所述上极头和所述下极头分别设于所述上铁芯块和所述下铁芯块相对于所述贯通孔的一侧。

进一步地，所述第三线圈和第四线圈位于所述第一线圈和所述第二线圈之间。

进一步地，所述上铁芯块和所述下铁芯块均设为扇面形状；所述上极头和所述下极头也均为扇面形状，并且所述上极头和所述下极头的面积小于所述所述上铁芯块和所述下铁芯块的面积，所述上极头和所述下极头完全对称设置，所述上极头和所述下极头相对的侧面均为平面，或者根据需要均设置为不规则异形曲面；所述前铁芯块和所述后铁芯块均设置为弧形；所述前铁芯块的面积等于或小于所述后铁芯块的面积。

进一步地，所述前铁芯块和所述后铁芯块的弧度相等，所述前铁芯块和所述后铁芯块的弧度均为0π-3π/4。

进一步地，所述上铁芯块和所述下铁芯块平行，所述第三线圈和所述第四线圈的数量均为2-50个，每个所述第三线圈和所述第四线圈的高度均相同。

进一步地，所述第一线圈和所述第二线圈相对应设置。

本发明的有益技术效果：

本发明所述离子束流调节装置通过在前铁芯块上套设至少两个第三线圈和在后铁芯块上套设至少两个第四线圈，通过调节第三线圈和第四线圈的电流方向和大小，可以修正铁芯的极头（上极头和下极头）之间的鼓形磁场，使极头之间的磁场变成完全均匀的线性磁场和均匀的离子束，从而使束流通过时带状束流的截面形状始终保持直线。

并且，由于在前铁芯块上套设第三线圈的数目至少两个和在后铁芯块上套设的第四线圈的数目至少两个，因此通过微调不同的线圈的电流大小和方向，便能够调整束流在高度方向上的均匀性，使之满足束流传输和注入的要求。此外，本发明结构简单可靠，成本低。

附图说明

图1为现有技术中的二级磁铁的立体结构示意图；

图2为现有技术中的二级磁铁的剖面结构示意图；

图1和图2中附图标记：

1’-铁芯；11’-上铁芯块； 12’-下铁芯块；13’-前铁芯块；14’-后铁芯块；2’-线圈；3’-贯通孔；4’-带状离子束（带状束流的截面形状将由一条直线变成弯月形）；

图3为本发明实施例1所述离子束流调节装置的立体结构示意图；

图4为本发明实施例1所述离子束流调节装置的剖视结构示意图；

图3和图4中附图标记：

1.铁芯；11.上铁芯块；12.下铁芯块；13.前铁芯块；14.后铁芯块；2-1.第一线圈；2-2.第二线圈；3.贯通孔；4-1.第三线圈；4-2.第四线圈；5.带状离子束（带状束流的截面形状始终保持直线）；6-1.上极头；6-2下极头。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例1

如图3和4所示，本发明提供的一种离子束流调节装置，所述离子束流调节装置通过调节线圈的电流大小和方向，能够使束流通过时带状束流的截面形状保持直线形状，而且能够调节束流在高度方向上的均匀性。

所述离子束流调节装置包括铁芯1、极头、第一线圈2-1和第二线圈2-2，所述铁芯1包括上铁芯块11、下铁芯块12、前铁芯块13和后铁芯块14，所述极头包括上极头6-1和下极头6-2，所述上铁芯块11和所述下铁芯块12的前后两端分别通过前铁芯块13和后铁芯块14连接，，所述上极头6-1和所述下极头6-2分别贴合设于在所述上铁芯块11和所述下铁芯块12上，所述上铁芯块11、所述下铁芯块12、所述前铁芯块13和所述后铁芯块14的内侧面共同界定形成贯通孔3；所述第一线圈2-1嵌入所述上铁芯块11的内侧面，所述第二线圈嵌入所述下铁芯块12的内侧面，所述离子束流调节装置还包括至少两个第三线圈4-1以及至少两个第四线圈4-2，所述第三线圈4-1依次堆叠套设在所述前铁芯块13上和第四线圈4-2依次堆叠套设在所述后铁芯块14上。即，本实施例中，离子束流调节装置的前、后分别各设有至少两个第一线圈2-1和第二线圈2-2，上、下分别各设有一个第一线圈2-1和第二线圈2-2。

所述第三线圈4-1和第四线圈4-2的电流大小和方向能够调节，通过调节所述第三线圈4-1和第四线圈4-2的电流大小和方向，能够修正所述上极头6-1和所述下极头6-2之间的磁场使其成为均匀的线性磁场，从而使束流通过时带状束流的截面形状始终保持直线；

并且，通过调节所述第三线圈4-1和第四线圈4-2的电流大小和方向，能够调整束流在高度方向上的均匀性。

套设于所述前铁芯块13上的所述第三线圈4-1的数量和套设于所述后铁芯块14上的所述第四线圈4-2的数量相等、并且所述第三线圈4-1和所述第四线圈4-2一一对应。套设于所述前铁芯块13上的所述第三线圈4-1的大小和形状均相同，相邻的所述第三线圈4-1的接触面相互贴合，即相邻的两个所述第三线圈4-1相接触的那段线圈的弧度相等；套设于所述后铁芯块14上的所述第四线圈4-2的大小和形状均相同，相邻的所述第四线圈4-2的接触面相互贴合，即相邻的两个所述第四线圈4-2相接触的那段线圈的弧度相等。

铁芯1的横截面呈扇面形状，贯通孔3设置为弧形通孔。如图3所示，带状离子束5从铁芯1左侧进入后，在通电的第一线圈2-1、第二线圈2-2、第三线圈4-1和第四线圈4-2的偏转作用下从铁芯1的右侧射出；所述上极头6-1和所述下极头6-2也均为扇面形状，并且所述上极头6-1和所述下极头6-2的面积小于所述所述上铁芯块11和所述下铁芯块12的面积，所述上极头6-1和所述下极头6-2完全对称设置，所述上极头6-2和所述下极头6-2相对的侧面均为平面，或者根据需要均设置为不规则异形曲面；。

前铁芯块13和后铁芯块14均设置为弧形，并且前铁芯块13和后铁芯块14的弧度相等（在本实施例中前铁芯块13和后铁芯块14的弧度为π/2），贯通孔3的孔壁的弧度也与前铁芯块13的弧度相等，前铁芯块13的面积小于后铁芯块14的面积。具体而言，前铁芯块13和后铁芯块14分别位于两个同心圆上，并且前铁芯块13和后铁芯块14在其对应的同心圆上的圆心角是相等的。贯通孔3的孔壁和后铁芯块14也分别位于两个同心圆上，并且贯通孔3的孔壁和后铁芯块14在其对应的同心圆上的圆心角是相等的。

套设于前铁芯块13上的第三线圈4-1的内表面与前铁芯块13的前后表面贴合，即第三线圈4-1与前铁芯块13接触的那两段线圈的弧度与前铁芯块13的弧度相等；套设于后铁芯块14上的第四线圈4-2的内表面与后铁芯块14的前后表面贴合，即第四线圈4-2与后铁芯块14接触的那两段线圈的弧度与后铁芯块14的弧度相等；所述上极头6-1和所述下极头6-2分别设于所述上铁芯块11和所述下铁芯块12的相对于所述贯通孔的一侧。

位于贯通孔3内的所述第三线圈4-1和第四线圈4-2位于所述第一线圈2-1和所述第二线圈之2-2间。即，第三线圈4-1或第四线圈4-2的总体高度低于第一线圈2-1和第二线圈2-2相对的两个表面之间的距离。

所述第三线圈4-1和第四线圈4-2相互对应设置，两者位置相对且相互平行，且所述第三线圈4-1和第四线圈4-2的大小相同。

铁芯1的两侧的两个端面呈长方形，贯通孔3的两个开口也呈长方形。

上铁芯块11和下铁芯块12平行，所述第三线圈4-1和所述第四线圈4-2的数量均为2-50个，每个所述第三线圈4-1和所述第四线圈4-2的高度均相同。

本实施例中，套设于前铁芯块13上的所述第三线圈4-1和套设于后铁芯块14上所述第四线圈的数量的数量均为4个，并且每个所述第三线圈4-1和第四线圈4-2的高度均相同。

如图3所示，一束带状离子束5入射进入铁芯1的贯通孔3的左侧后，通过微调不同的所述第三线圈4-1和第四线圈4-2的电流大小和方向，从铁芯1的贯通孔3的右侧出来的带状离子束5的形状如右侧所示，其不仅可以使得带状离子束5的截面形状始终保持直线，而且可以调节带状离子束5在高度方向上的均匀性，使之满足束流传输和注入的要求。

总之，本发明通过分别在前铁芯块和后铁芯块上设置第三线圈和第四线圈，通过调节第三线圈和第四线圈的电流方向和大小，修正铁芯1的极头之间的鼓形磁场，使极头之间的磁场变成完全均匀的线性磁场，从而使束流通过时带状束流的截面形状始终保持直线。而且，由于在前铁芯块上套设第三线圈的数目至少两个和在后铁芯块上套设的第四线圈的数目至少两个，因此通过微调不同的线圈的电流大小和方向，便能够调整束流在高度方向上的均匀性，使之满足束流传输和注入的要求。此外，本发明结构简单可靠，成本低。

实施例2

本实施例与实施例1大致相同，唯不同之处在于，套设于前铁芯块13上的所述第三线圈4-1和套设于后铁芯块14上所述第四线圈的数量的数量均为2个；所述前铁芯块和后铁芯块的弧度均为3π/4。

实施例3

本实施例与实施例1大致相同，唯不同之处在于，套设于前铁芯块13上的所述第三线圈4-1和套设于后铁芯块14上所述第四线圈的数量的数量均为50个；所述前铁芯块和后铁芯块的弧度均为π/4。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种离子束流调节装置，其特征在于，所述离子束流调节装置通过调节线圈的电流大小和方向，能够使束流通过时带状束流的截面形状保持直线形状，而且能够调节束流在高度方向上的均匀性。

2.根据权利要求1所述离子束流调节装置，其特征在于，所述离子束流调节装置包括铁芯、极头、第一线圈和第二线圈，所述铁芯包括上铁芯块、下铁芯块、前铁芯块和后铁芯块，所述极头包括上极头和下极头，所述上铁芯块和所述下铁芯块的前后两端分别通过前铁芯块和后铁芯块连接，所述上极头和所述下极头分别贴合设于所述上铁芯块和所述下铁芯块上；所述上铁芯块、所述下铁芯块、所述前铁芯块和所述后铁芯块的内侧面共同界定形成贯通孔；所述第一线圈嵌入所述上铁芯块的内侧面，所述第二线圈嵌入所述下铁芯块的内侧面，所述离子束流调节装置还包括至少两个第三线圈以及至少两个第四线圈，所述第三线圈依次堆叠套设在所述前铁芯块上，所述第四线圈依次堆叠套设在所述后铁芯块上。

3.根据权利要求2所述一种离子束流调节装置，其特征在于，所述第三线圈和第四线圈的电流大小和方向能够调节，通过调节所述第三线圈和第四线圈的电流大小和方向，能够修正所述上极头和所述下极头之间的磁场使其成为均匀的线性磁场，从而使束流通过时带状束流的截面形状始终保持直线；

并且，通过调节所述第三线圈和第四线圈的电流大小和方向，能够调整束流在高度方向上的均匀性。

4.根据权利要求2所述一种离子束流调节装置，其特征在于，套设于所述前铁芯块上的所述第三线圈的数量和套设于所述后铁芯块上的所述第四线圈的数量相等，并且所述第三线圈和所述第四线圈一一对应。

5.根据权利要求2所述一种离子束流调节装置，其特征在于，套设于所述前铁芯块上的所述第三线圈的内表面与所述前铁芯块的前后表面贴合，套设于所述后铁芯块上的所述第四线圈的内表面与所述后铁芯块的前后表面贴合；所述上极头和所述下极头分别设于所述上铁芯块和所述下铁芯块相对于所述贯通孔的一侧。

6.根据权利要求2所述一种离子束流调节装置，其特征在于，所述第三线圈和第四线圈位于所述第一线圈和所述第二线圈之间。

7.根据权利要求2所述一种离子束流调节装置，其特征在于，所述上铁芯块和所述下铁芯块均设为扇面形状；所述上极头和所述下极头也均为扇面形状，并且所述上极头和所述下极头的面积小于所述上铁芯块和所述下铁芯块的面积，所述上极头和所述下极头完全对称设置，所述上极头和所述下极头相对的侧面均为平面，或者根据需要均设置为不规则异形曲面；所述前铁芯块和所述后铁芯块均设置为弧形；所述前铁芯块的面积等于或小于所述后铁芯块的面积。

8.根据权利要求2所述一种离子束流调节装置，其特征在于，所述前铁芯块和所述后铁芯块的弧度相等，所述前铁芯块和所述后铁芯块的弧度均为0π-3π/4。

9.根据权利要求2所述一种离子束流调节装置，其特征在于，所述上铁芯块和所述下铁芯块平行，所述第三线圈和所述第四线圈的数量均为2-50个，每个所述第三线圈和所述第四线圈的高度均相同。

10.根据权利要求2所述一种离子束流调节装置，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈相对应设置。