CN108346551B - 质量分析电磁铁及离子注入装置 - Google Patents

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Abstract

质量分析电磁铁具备一对主线圈和多个副线圈，主线圈具备与离子束的行进方向平行的第1平行部及相对于第1平行部弯折的第1弯折部，一对主线圈相对于离子束的行进方向而上下对称配置，离子束在主线圈以及副线圈形成的磁场下沿着离子束的行进方向，通过由第1平行部以及第1弯折部形成的空间，多个副线圈具有与离子束的行进方向平行的第2平行部以及相对于第2平行部弯折的第2弯折部，且与主线圈的第1平行部以及第1弯折部紧密相接地匹配，相对于离子束的行进方向而上下对称配置，通过主线圈产生质量分析所需磁场，通过调整副线圈中的电流朝向及大小对主线圈产生的磁场进行微调整。可对磁场控制进行微调整且易于修正离子束形状。

Description

质量分析电磁铁及离子注入装置
技术领域
本发明涉及用于除去从离子源引出的离子束中所含的不要的离子的质量分析电磁铁以及具备该质量分析电磁铁的离子注入装置。
背景技术
在进行离子束注入时，使用带状形状的离子束。在对尺寸相对比较大的(比如，硅晶片或者平板显示器等的)母材用离子束照射并使母材移动的离子注入装置中，一般使用带状离子束。在这些的示例中，在与母材的移动方向和带状离子束的行进方向的两者正交的方向上，带状离子束比接受该离子束注入的母材的任意尺寸幅度更宽，由此，母材在仅一次通过中，能够使离子以均等用量注入到表面上及该母材的内部物质中。在这些用途的性能上，希望能严格控制使得带状离子束能示出适于在带状离子束的幅宽方向上对母材实现离子均等注入的均等电流密度外形。
一般作为离子源，公知通常在离子源场的物质之中，在离子源自身的物质中存在1种甚至多种所不需要种类的物质，进而产生包含1种甚至多种所不需要种类的离子的离子束。由此，为了从离子束中除去所谓的不需要种类或者成分的离子，长年以来使用磁分析，这在业界也是标准的惯例。但是，总的来说，特别是对于高导流系数的带状形状束，这样的磁场质量分析以及离子束生成是非常困难且造价亦很高。
为了从离子束中除去不需要的种类或成分的离子，一般会使用可使离子束发生偏向的质量分析电磁铁。对于分析用的质量分析电磁铁，由于要使离子束高精度地偏向或者分析，而要求高均匀度的磁场。
一般所使用的电磁铁的构造大致分为C型、H型、窗框型以及空芯线圈，其依据离子束的形状、离子束的输送路径的构成、以及电磁铁向外部泄漏的磁场等来进行选择。另外，要求使得沿着行进方向所配置的支架或线圈不能妨害离子束的入射、出射的方式进行配置。
作为质量分析电磁铁的构成，存在如图6、图7、图8中所分别所示形状的被称为C型、H型、窗框型的电磁铁。
图6是与离子束轨道垂直的切断面上的C型质量分析电磁铁的截面的图和示意图。图7是与离子束轨道垂直的切断面上的H型质量分析电磁铁的截面的图和示意图。图8是与离子束轨道垂直的切断面上的窗框型质量分析电磁铁截面的图和示意图。
图9是表示现有技术的离子注入装置的具体示例的图。图10是表示质量分析电磁铁的截面的图。图11是表示窗框型的质量分析电磁铁中所使用的鞍型线圈(也称为“Saddlecoil”)。
专利文献
专利文献1：JP特开2006-313750
发明内容
但是，现有技术的上述质量分析电磁铁是一对线圈，由于难以有效进行磁场控制的微调整、且难以对离子束形状进行修正，进而存在对目标面内的注入特性造成影响。
为了达成上述目的，本发明的第1发明的质量分析电磁铁是用于除去离子源所引出的离子束中所含的不需要的离子，
具备电流流动时产生磁场的一对主线圈和电流流动时产生磁场的多个副线圈，
上述主线圈具有与离子束的行进方向平行的第1平行部和在该第1平行部的两侧相对于上述第1平行部弯折的第1弯折部，
上述一对主线圈相对于离子束的行进方向而上下对称地配置，
上述离子束在由上述主线圈以及上述副线圈所形成的磁场下，沿着离子束的行进方向，通过由上述一对主线圈的上述第1平行部以及上述第1弯折部形成的空间，
上述多个副线圈具有与离子束的行进方向平行的第2平行部和相对于上述第2平行部弯折的第2弯折部，且与上述主线圈的上述第1平行部以及第1上述弯折部紧密相接地匹配，相对于离子束的行进方向而上下对称地配置，
通过上述主线圈产生质量分析所需的磁场，通过调整上述副线圈中流动的电流朝向以及电流大小对上述主线圈所产生的磁场进行微调整。
根据本发明的质量分析电磁铁的上述构成，由主线圈产生质量分析所必要的磁场，对副线圈中流动的电流朝向以及电流大小进行调整，能够对上述主线圈所产生的磁场进行微调整，由此，提供可对磁场控制进行微调整且易于对离子束形状进行修正的质量分析电磁铁。
为达成上述目的的第2发明中，上述多个副线圈优选是一对副线圈。
根据上述构成，能够提供可对磁场控制进行微调整且易于对离子束形状进行修正的质量分析电磁铁。
为达成上述目的的第3发明中，上述第1弯折部优选在上述第1平行部的延长线上，向上或者下方向弯折。
根据上述构成，能够提供可对磁场控制进行微调整且易于对离子束形状进行修正的质量分析电磁铁。
为达成上述目的的第4发明中，上述第1弯折部优选相对于上述第1平行部翻折后，向上或下方向弯折。
根据上述构成，由于第1弯折部相对于第1平行部翻折后，向上或下方向地弯折，由此，能够减少弯折部在离子束路径上的空间，从而能够提供使离子束行进方向的尺寸实现小型化的质量分析电磁铁。
为达成上述目的的第5发明中，上述第1弯折部与上述第1平行部所形成的角度优选为70°～90°。
由此，弯折部不会妨害离子束，能够使线圈在离子束行进方向上的伸出量减小。
为达成上述目的的第6发明中，上述第1弯折部与上述第1平行部所形成的角度优选为70°～90°。
由此，弯折部不会妨害离子束，能够使线圈在离子束行进方向上的伸出量减小。
为达成上述目的的第7发明中，上述第1弯折部与上述第1平行部所形成的角度优选为70°～90°。
由此，弯折部不会妨害离子束，能够使线圈在离子束行进方向上的伸出量减小。
为达成上述目的的第8发明的离子注入装置具备：
具有离子源的离子产生部、离子输送部和离子注入部，该离子注入装置的特征在于，
上述离子输送部具备第1发明所述的质量分析电磁铁以及分析狭缝。
根据本发明的离子注入装置的上述构成，由主线圈产生质量分析所必要的磁场，对副线圈中流动的电流朝向以及电流大小进行调整，能够对上述主线圈所产生的磁场进行微调整，由此，能够提供对磁场控制进行微调整，且易于对离子束形状进行修正的离子注入装置。
(发明效果)
本发明的质量分析电磁铁用于除去离子源所引出的离子束中所含的不需要的离子，
具备电流流动时产生磁场的一对主线圈和电流流动时产生磁场的多个副线圈，
上述主线圈具有与离子束的行进方向平行的第1平行部和在该第1平行部的两侧相对于上述第1平行部弯折的第1弯折部，
上述一对主线圈相对于离子束的行进方向而上下对称地配置，
上述离子束在由上述主线圈以及上述副线圈所形成的磁场下，沿着离子束的行进方向，通过由上述一对主线圈的上述第1平行部以及上述第1弯折部形成的空间，
上述多个副线圈具有与离子束的行进方向平行的第2平行部，相对于上述第2平行部弯折的第2弯折部，且与上述主线圈的上述第1平行部以及第1上述弯折部紧密相接地匹配，相对于离子束的行进方向而上下对称地配置，
通过上述主线圈产生质量分析所需的磁场，通过调整上述副线圈中流动的电流朝向以及电流大小对上述主线圈所产生的磁场进行微调整。
根据上述构成，能够提供对磁场控制进行微调整且易于对离子束形状进行修正的质量分析电磁铁以及具备该质量分析电磁铁的离子注入装置。
附图说明
图1是本发明的离子注入装置的概略图。
图2是用于说明通过本发明的质量分析电磁铁除去离子束所含的不需要的离子时的原理的示意图。
图3是本发明所涉及的质量分析电磁铁的示意图。
图4是本发明所涉及的质量分析电磁铁的切断面的示意图。
图5是本发明所涉及的质量分析电磁铁的其他示例的示意图。
图6是在与离子束轨道垂直的切断面上的C型质量分析电磁铁的示例的截面图及示意图。
图7是在与离子束轨道垂直的切断面上的H型质量分析电磁铁的示例的截面图及示意图。
图8是在与离子束轨道垂直的切断面上的窗框型的质量分析电磁铁的例的截面图及示意图。
图9是表示现有技术的离子注入装置的具体例的示意图。
图10是表示现有技术的质量分析电磁铁的截面的示意图。
图11是表示现有技术的质量分析电磁铁的线圈形状的示意图。
标号说明：
1.离子注入装置
2.离子产生部
3.离子输送部
4.离子注入处理装置
5.离子源
6.质量分析电磁铁
7.主线圈
8.副线圈
9.分析狭缝
10.目标基板。
具体实施方式
以下，参照附图，对实施本发明的最佳实施方式所涉及的质量分析电磁铁以及具备该质量分析电磁铁的离子注入装置，进行详细说明。
图1是本发明的离子注入装置的概略图。
本发明的离子注入装置1如图1所示，具备离子产生部2、离子输送部3和离子注入处理装置4。
离子产生部2具备离子源5。离子源5所产生的离子向离子输送部3出射。
离子输送部3具备质量分析电磁铁6和分析狭缝9。离子输送部3通过磁场使入射的离子旋转进而通过分析狭缝9。
本发明的离子注入装置1中，具备用于除去离子源5所引出的离子束中所含的不需要的离子(换而言之，不希望注入到目标中的离子)的质量分析电磁铁6。
图2是表示用于说明通过本发明的质量分析电磁铁除去离子束中所含的不需要的离子时的原理的示意图。
如图2所示，设磁束密度为B，设离子的质量为m，设离子的电荷量为q，设离子能量为E，设使离子加速的电压为V，设曲率半径为r时，下述式成立。
r＝√(2mE)/qB
由此可知，仅具有特定的曲率半径r的离子可通过分析狭缝9。
本发明的质量分析电磁铁6，如图2所示，基于通过磁场的离子的质量、价数的不同而使各离子的旋转半径不同，可进行磁场的调整，使要注入到目标的离子的轨道通过设于质量分析电磁铁的下游的分析狭缝9。
图3是表示本发明的离子注入装置所具备的质量分析电磁铁的线圈的图。
图4是与本发明所涉及的质量分析电磁铁的离子束行进方向垂直的切断面的示意图。
在此，关于主线圈以及副线圈，分别以各自为一对的情形进行了说明，但副线圈也可以是多个或者多对。
如图3所示，用于除去离子源所引出的离子束中所含的不需要的离子的质量分析电磁铁6具备电流流动时产生磁场的一对主线圈7和电流流动时产生磁场的一对副线圈8。
主线圈7具有与离子束的行进方向平行的第1平行部和在其两侧相对于第1平行部弯折的第1弯折部。在此，如图3所示，设离子束行进方向为水平方向。第1弯折部相对于第1平行部向上或者下方向弯折。
一对主线圈7相对于离子束的行进方向而上下对称地配置。
离子束在主线圈7以及副线圈8所形成的磁场下，沿着离子束的行进方向，通过由一对主线圈7的第1平行部以及第1弯折部所形成的空间。
一对副线圈8具备与离子束的行进方向平行的第2平行部和相对于第2平行部而弯折的第2弯折部，且与主线圈8的第1平行部以及第1弯折部紧密相接地匹配，相对于离子束的行进方向而上下对称地配置。
通过主线圈7产生质量分析所必要的磁场，通过对副线圈8中流动的电流朝向以及电流大小进行调整，来对主线圈7中产生的磁场进行微调整。
根据该构成，能够提供可对磁场控制进行微调整且能易于对离子束形状进行修正的质量分析电磁铁，且实现离子束行进方向的尺寸的小型化。
如上所述，作为示例，对主线圈以及副线圈分别为一对的情形进行了说明，但不限于一对，也可以是多对。
另外，相对于作为主线圈8的上下一对线圈，并不必须设置一对副线圈，成为上下一对这样的构成，例如，仅在上部设置一个副线圈这样的构成，也可获得对磁场控制进行微调整且易于对离子束形状进行修正的技术效果。
如图3所示，第1弯折部相对于第1平行部呈90°弯折。
弯折部不妨碍离子束，可减少离子束行进方向上的线圈伸出量。
本发明也仅限于上述情形，第1弯折部相对于第1平行部也可呈70°弯折。这也同样，弯折部不妨碍离子束，可减少离子束行进方向上的线圈伸出量。
图5是本发明所涉及的质量分析电磁铁的其他示例的示意图。
图3所示的质量分析电磁铁中，第1弯折部在出入口处，沿着离子束的行进方向延伸向上或者下方向弯折。相对于此，图5所示的质量分析电磁铁是向横向弯折，即，向与行进方向垂直的水平方向折返。折返后，朝上或下方向地弯折。
根据上述构成，能够提供在离子束行进方向的尺寸小型化的质量分析电磁铁。
另外，如图5所示，第1弯折部相对于第1平行部呈90°弯折。
由此，弯折部不会妨碍离子束，能减小离子束行进方向上的线圈伸出量。
本发明并不限于上述情形，图5的第1弯折部相对于第1平行部也可呈70°弯折。这也同样，弯折部不妨碍离子束，可减少离子束行进方向上的线圈伸出量。
以上，对本发明优选的实施例进行说明，本领域技术人员在考虑说明书及实施这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种质量分析电磁铁，其用于除去离子源所引出的离子束中所含的不要的离子，其特征在于，
具有电流流动时产生磁场的一对主线圈以及电流流动时产生磁场的多个副线圈，
上述主线圈具有与离子束的行进方向平行的第1平行部、和在该第1平行部的两侧相对于上述第1平行部弯折的第1弯折部，
上述一对主线圈相对于离子束的行进方向而上下对称地配置，
上述离子束在上述主线圈以及上述副线圈所形成的磁场下，沿着离子束的行进方向，通过由上述一对主线圈的上述第1平行部以及上述第1弯折部形成的空间，
上述多个副线圈具有与离子束的行进方向平行的第2平行部以及相对于上述第2平行部弯折的第2弯折部，所述多个副线圈配置在所述主线圈的上下方向的外侧，且与上述主线圈的上述第1平行部以及第1上述弯折部紧密相接地匹配，相对于离子束的行进方向而上下对称地配置，
通过上述主线圈产生质量分析所需的磁场，通过调整上述副线圈中流动的电流朝向以及电流大小对上述主线圈所产生的磁场进行微调整。
2.根据权利要求1所述的质量分析电磁铁，其特征在于，
上述多个副线圈是一对副线圈。
3.根据权利要求1或2所述的质量分析电磁铁，其特征在于，
上述第1弯折部是在上述第1平行部的延长线上，向上或下方向进行弯折。
4.根据权利要求1或2所述的质量分析电磁铁，其特征在于，
上述第1弯折部是相对于上述第1平行部翻折后，向上或下方向进行弯折。
5.根据权利要求1或2所述的质量分析电磁铁，其特征在于，
上述第1弯折部与上述第1平行部所形成的角度为70°～90°。
6.根据权利要求3所述的质量分析电磁铁，其特征在于，
上述第1弯折部与上述第1平行部所形成的角度为70°～90°。
7.根据权利要求4所述的质量分析电磁铁，其特征在于，
上述第1弯折部与上述第1平行部所形成的角度为70°～90°。
8.一种离子注入装置，其具备：
具有离子源的离子产生部、离子输送部以及离子注入部，
该离子注入装置的特征在于，
上述离子输送部具备权利要求1所述的质量分析电磁铁和分析狭缝。
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