TW200305185A - Ion beam mass separation filter and its mass separation method, and ion source using the same - Google Patents

Description

200305185 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一般使用在離子植入裝置的離子源，特別是 設置在離子源用以取出所期望質量的離子之質量分離過濾 器。 【先前技術】 離子源係將導入真空容器的氣體電漿化而當成離子束 加以取出者。使用於對半導體、液晶用TFT、太陽電池等 之不純物導入，或者離子束鈾刻、濺鍍加工，另外離子沈 積、改善性質等之領域。 特別是在材料的改質和半導體的離子植入中，盛行使 用大面積離子束，在大規模生產平面面板等產品之際，可 以獲得高生產性。 在一般的離子植入中，離子束對半導體晶圓而言，比 其小，該離子束只將做了質量分析的1種離子植入該基 板。在此爲所期望的方法中，爲了使用大面積離子束，整 體上需要放大增大比例，但是裝置的大型化有困難。另 外，使用於晶圓之扇形偶極子磁鐵，有價格高且尺寸大之 缺點。 先前技術有日本專利公報第2920847號公報所揭示的 質量分離裝置。如第7圖所示，此裝置具備：具備軸線互 相平行的多數的透過孔3 0.......的入射板3 1 ;和具有 與此入射板平行配置，而且具有對於入射板31之透過孔 (2) (2)200305185 的軸線形成特定角度<9的軸線的多數的透過孔3 2的離子 透過板3 3 ;和對於個別之透過孔的軸線，都使垂直產生 磁場的磁場產生手段B。 在此質量分離裝置中，因爲只以離子的彎曲角度的不 同以進行質量分離，所以可以涵蓋大面積而同時進行質量 分離。但是，在此裝置中，因爲入射入射透過板的離子方 向，和由離子透過板射出的離子方向不同，所以無法使介 由引出電極而通過的離子束的入射方向和射出方向一致， 難於在電漿室的底部平行配置電漿電極、引出電極、加速 電極、接地電極，而將所期望質量的離子以一定方向加以 引出。 另外，參考歐洲專利第1 0904 1 1號說明書，則揭示有 藉由發明者埃德肯（Aitken )之質量分析系統。在此系統 中，沿著離子束軸依序配置的2個偶極子磁鐵形成四極型 透鏡，2個磁鐵之各磁場並不平行而相互成爲反方向，方 向定爲垂直於離子束軸。而且，此四極型透鏡在電漿電極 中形成由縫隙被引出的線狀的離子束，離子係線狀收斂於 該透鏡的出口部。 因此，此聚焦位置隨著離子的質量變化，變成可以做 質量選擇，能夠分離必要質量的離子。但是，在此裝置 中’需要大的空間，質量分離過濾器在離子束軌跡的方向 長’要防止該離子束與過濾器內部碰撞，必須使之平行， 很難平行維持離子束。因此，必須放大帶狀離子束的間 隔’所以需要使質量分離過濾器的橫向空間變大。 (3) 200305185 另外，在日本專利特開平5-82〇83號（對應美 第5 1 8 9 3 0 3號說明書）中，揭示有利用以電場和磁 用以進行質量分離的維恩（Wien，Wilhelm)過瀘 量分離裝置40。如第8(a)圖所示，此裝置係在 出口側配置電漿電極4 1、引出電極42、加速電極 地電極45。在離子速度低階段的引出電極42是由 極4 2a和質量分離電極43形成，在引出電極42a 孔5 2分別設置維恩過濾器5 0。 引出電極42a由放大其之一部份的第8圖所示 (b )以及橫剖面（c )之詳圖可以明白，包含與分 板46相面對配置的磁鐵48，構成產生X方向的電 y方向的磁場B之維恩過濾器。另外，在引出電極 緊接後方設置與通孔位置一致而不太加有電壓的質 電極43，使得可以做大面積的離子束的質量分離 情形，所期望質量的離子原樣通過通孔，非所期望 離子則無法通過通孔，過大過小質量的離子被加以 所以分解能高，且可以小型化。 但是，維恩過濾器由於加速離子，所以施加平 子束方向的電場，另外，也需要產生藉由電場和磁 之過濾器效果的垂直於離子束方向的電場。另外， /電極區域之多數需要產生該交叉的電場以及磁 造，此關於離子束的輸送，限制電極的解放區域之 制總離子束電流的同時，也難於獲得良好之均勻性 國專利 場的作 器的質 離子源 44、接 引出電 的各通 縱剖面 割電極 場E和 42a之 量分離 。在此 質量的 排除， 行於離 場所致 該平板 場之構 故，限 (4) (4)200305185 [發明所欲解決之課題] 有鑑於此種情形，本發明之目的在於提供：選擇性去 除不必要的離子種類，可使離子源的電極構造簡單，且能 小型化，產生具有所期望質量的離子的大面積離子束用的 質量分離過濾器及其質量分離方法、以及使用彼之離子 源0 【發明內容】 [用以解決課題之手段] 爲了達成上述目的，本發明具有各申請專利範圍所記 載的構造。本發明之質量分離過濾器其特徵爲具有：形成 正交於離子束的離子束軸方向之第1磁場的第1磁鐵；和 沿著離子束軸與第1磁鐵直列配置，形成正交於離子束 軸，且與第1磁場平行而反向之第2磁場的第2磁鐵；和 形成具有形成在第1、第2磁場內之第1、第2彎曲路徑 的離子束路徑，使所選擇之期望質量的離子可以由因第1 磁場而偏向的第1彎曲路徑沿著因第2磁場而偏向於與第 1磁場反方向之第2彎曲路徑通過的平行光管壁。 如依據此構造，可以使入射質量分離過濾器的離子通 過具有因第1、第2磁鐵的磁場而反向彎曲的路徑之離子 束路徑而引出所期望質量的離子，同時，可將離子之入射 方向和射出方向導引爲與離子束軸相同方向。 另外’本發明之大面積離子源其特徵爲包含：電漿 室；和以受控制的流量將氣體導入電漿室內的手段；和在 -9 - (5) (5)200305185 電漿室內離子化氣體用的能量源；和形成具有細長開□的 電漿室壁，由上述開口引出正離子的電漿電極；和爲了通 過電漿電極引出離子，而對於電漿電極爲低電位且平行配 置，而且，將離子的動能設定在可以控制値之引出電極； 和爲了選擇所期望質量或者質量範圍，而配置在電漿電極 的後方，且具有與引出電極整合之多數個開口的質量分離 過濾器，此質量分離過濾器具有上述申請專利範圍第1項 記載之構造。 如依據此構造，不改變離子源電極構造之配置，而藉 由質量分離過濾器內的第1、第2磁鐵的磁場作用，可以 使所期望質量的離子沿著平行光管壁通過，而選擇性去除 不必要的離子種類。另外，因爲質量分離過濾器的構造是 藉由第1、第2磁鐵和平行光管壁形成，所以其構造簡 單。另外，入射之離子爲了只受磁場的偏向作用，而因爲 不產生由於磁場和電場的相互作用的影響，所以取出所期 望質量的離子之控制變得容易，另外，能夠實現使一方向 彎曲之路徑以反向返回之形式彎曲的離子束路徑，可使離 子之聚焦變良好，能夠小型化在通過寬長比大的縫隙的大 面積離子束中所使用的質量分離過濾器。 如依據本發明之合適的實施形態，第1、第2磁鐵爲 永久磁鐵，內裝於流通冷卻水之金屬管。另外，藉由平行 光管壁所形成的離子束路徑爲呈略S狀，對於磁場爲非平 行。另外，平行光管壁形成第1、第2彎曲路徑之故，所 以具有相面對配置的至少一對的彎曲壁和一對的側部壁， -10- (6) (6)200305185 由薄金屬板或者石墨所製作。而且，在石墨製時，可由機 械加工固定石墨，或者由柔軟石墨板製作。 另外，依據本發明之其他構造，由第1、第2磁鐵而 偏向的離子束之軌道其係成爲對於質量分離過濾器之離子 束的入射開口位置爲移位離子束的射出開口位置，爲了可 使直進的離子束通過，上述2個開口位置係由離子束的軸 方向來看有重疊，可確實由離子束分離不需要的離子和電 子等。 另外，與此不同，在使2個開口位置重疊時，藉由設 爲不受到改變之直進離子束直接射出之少的開口移位量， 可以使通過的總離子束量增加。 另外，依據本發明之質量分離方法，形成正交於離子 束的離子束軸之第1磁場或是正交於上述離子束軸，且相 互反向平行的第1、第2磁場，沿著藉由相互面對配置的 至少一對的彎曲壁和一對的側部壁形成的平行光管壁形成 的彎曲路徑，在上述磁場內使上述離子束偏向，使直進的 離子以及不需要的離子與上述平行光管壁碰撞，而使所選 擇的期望値量的離子通過，以簡單的磁鐵構造能夠藉由彎 曲之離子束路徑選擇具有期望質量的離子，可使離子的聚 焦變良好，可實施使寬長比之高的縫隙通過大面積離子束 的質量分離。 【實施方式】 依據圖面說明本發明之實施形態。第1圖係使用本發 -11 - (7) (7)200305185 明之質量分離過濾器的離子源1 〇之槪略剖面構造圖，第 2圖以及第3圖係顯示上述離子源所使用的本發明之質量 分離過濾器2 0的基本構造之槪略斜視圖和其正面圖。 第1圖中，本發明之離子源10係引出在離子植入大 表面積的加工物有效果的帶狀離子束者，例如以往的裝置 係與第8 ( a )圖所示的相同，在離子源1 〇的出口配置5 片的多孔板電極1〜4。離子源的電漿室1 1可以排氣成爲 真空，能夠由氣體入口 12導入要離子化氣體。因此，在 電漿室1 1的頂部壁設置氣體入口 1 2和勵磁機1 4。 此勵磁機（能量源）14 一被激磁，由氣體入口 1 2所 供給的離子源氣體便離子化而形成電漿。勵磁機1 4在此 例中雖使用藉由來自RF產生裝置1 5的無線頻率信號以 離子化電子的RF天線1 6，當然也可以形成爲藉由熱離子 放射而放射電子之鎢燈絲。 在電漿室1 1的壁外側設置產生電漿磁場的磁鐵1 8。 此顯示桶型離子源之例子。對於其他離子源也可以同樣適 用本發明。 多孔板電極由上依序由電漿電極1、引出電極2、加 速電極3或者抑制電極、以及接地電極4所構成，引出電 極2由質量分離電極2a和後段引出電極2b所形成。另 外，質量分離電極和後段引出電極也可以配置爲其前後關 係成爲相反位置，另外也可以將質量分離電極2a組入加 速電極3或者接地電極4。這些電極係被相互平行配置， 以分別具有多數的縫隙孔（參考第4圖）6之多孔板構 -12- (8) (8)200305185 成。離子通過孔之各縫隙6a、6b、6c、6d、6e係配置爲 與離子的進行方向P —致。 電漿電極1爲由電漿中只取出正離子之電極，此處爲 了減少貫穿電漿內的磁場，由磁場屏蔽用之電磁軟體製 作。在電漿電極1和接地之間連接可變的直流電源a、 b，在電漿電極1和電漿室壁1 1 a之間連接可變的直流電 源c。因此，電漿電極1對於接地爲正的高電位，而電壓 比電漿室1 1低。引出電極2由於電源a而成爲比電漿電 極1還低的電位，質量分離電極2a和後段引出電極2b被 保持爲相同電位。 顯示電壓分布之一例。如設電漿電極爲1 OkV，引出 電極之電位爲9.9〜9.6kV，質量分離電極之電位爲9.7〜 8kV，加速電極的電位爲- 0.5〜- lkV，接地電極爲0V。即 至質量分離電極3爲止，離子的能量低，速度慢。電漿電 極的電位一改變，其他之質量分離電極的電位也隨之改 變。引出電極2位於電漿電極1的後方，作用爲由電漿電 極1的離子通過孔引出離子之功用。此點係與以往之引出 電極相同。 加速電極4由於對於電漿電極1在加速離子之方向施 加高電壓，所以稱爲加速電極。此係藉由電源d以賦予電 壓。實際上，加速電極4對於接地係保持爲負値。此係爲 了防止由於離子碰撞所產生的電子反向流往電漿室1 1之 方向。 接地電極5被接地。由接地電極5至靶（未圖示出） -13- (9) (9)200305185 爲止，不存在電場之故，所以等速直直往前運動。離子是 在引出電極2和加速電極4之間被加速。特別是在後段引 出電極2b和加速電極4之間被強烈加速。 電漿室1 1和處理半導體晶圓等之加工零件的處理室 17是介由連結腔19而相連接’在包含電漿室11的離子 源外殼1 3和連結腔1 9之間以絕緣襯等之絕緣體40而電 性絕緣。此絕緣體40係由必要之激磁電壓絕緣離子源外 殼1 3，此激磁電壓係在電漿室內產生離子，加速由此室 所放出的離子。 在本發明之離子源中，供應給引出電極之引出電壓係 被自動調整爲必要之離子量相對於存在於過濾器內的不必 要之離子量爲變成最大。此情形之控制可由直接測量離子 束以獲得源自離子束之劑量而進行。另外’引出電壓爲了 使離子束均勻，可使用加上時間性變化小的交流成分的直 流電壓，能夠改善離子束之均勻性。 在此種離子源10中，本發明之質量分離過濾器20 — 般爲設置在引出電極2，如第2圖、第3圖所示，爲具 有··形成正交離子束之離子束軸2 1之方向的第1磁場+B 的第1磁鐵22，和沿著離子束軸2 1而與第1磁鐵22直 列配置，正交於上述離子束軸2 1，而且形成與上述第1 磁場+B平行反向的第2磁場-B的第2磁鐵23。在形成此 第1、第2磁場的區域內，通過電漿電極1的離子沿著離 子束軸21而入射引出電極2。此離子最初藉由第1磁鐵 2 2而沿著第1彎曲路徑2 2 a偏向。 -14- (10) (10)200305185 關於此偏向量，離子束在同樣的磁場中時，帶電粒子 進行圓周運動，如設離子的質量爲m，離子的加速能量爲 E ( eV )，軌道半徑爲 R ( cm )，磁通密度爲 B (高 斯），則以下關係成立： R=144 ( mE ) 1/2氺（1/B ) ( 1 ) 通過第1磁鐵22的磁場內的離子接著進入第2磁鐵 23的磁場內，此次沿著與第1磁場+B反向彎曲的第2彎 曲路徑23 a運動。在此情形，上式（1 )也成立，形成具 有第1、第2彎曲路徑的離子束路徑25。 通過電漿電極1而入射質量分離電極2a的第1磁鐵 受到正交於離子束軸2 1的第1磁場+B的影響，沿著依循 上述式（1)之圓軌道偏向。因此，比所期望質量的離子 輕或者重的離子，由於其質量的不同，圓軌道也不同，與 彎曲路徑的側壁，即平行光管壁2 6碰撞。另外，此在第 2磁鐵23也相同，由於反向的第2磁場-B之影響’離子 在彎曲路徑內彎曲，只有所期望的離子沿著第1、第2彎 曲路徑22a、23a偏向，不與平行光管壁26碰撞而可以通 過離子束路徑25。 因此，如決定彎曲路徑之曲率以便可使所期望的離子 通過此離子束路徑2 5，可以選擇性去除不必要的離子種 類，而只使所選擇之期望質量的離子通過。在本發明之實 施例所示的平行光管壁（參考第4a圖）’除了彎曲壁26 之外，也含以磁鐵和其外蓋等構成的側部壁29a °平行光 管壁的最小構造係由一對的彎曲壁和一對的側部壁形成’ -15- (11) 200305185 由這些壁面所包圍的通路則形成彎曲的離子 在本發明中’於第1、第2磁場內形成 徑2 5的曲線一致之形狀的平行光管壁2 6 ' 示’此平行光管壁26在第1、第2磁鐵22 以形成爲S字狀之溝，或者如第4 ( a )圖 特定的間隔配置第1、第2磁鐵之組成，在 鐵之組成間以等間隔沿著直線一列地配置彎 而構成。 另外，離子束路徑的形狀，只要入射離 的進行方向與離子束軸相同方向即可，也可 1、第2磁鐵22、23之上下的各磁極，將平 爲倒S字狀。另外，在本實施形態中，雖射 場的大小相等，但是只要磁場的方向相反， 的大小爲不同。另外，在本發明中，雖使不 向而配置在一對的側部壁的兩外側形成磁場 磁鐵，但是在可由第1磁鐵之彎曲路徑進行 例如調整離子束路徑的入射開口位置和射出 的移位量，可以選擇性分離所期望質量的離 爲單一磁場。 第4 ( a )圖係本發明之質量分離過濾 例，爲顯示在配置於電漿電極1的下方之引 質量分離過濾器之狀態的斜視圖。另外，穿 由側面觀看第1圖所示本發明之離子源的5 配置之部份放大圖。 束路徑。 與此離子束路 3如第2圖所 、2 3內例如可 所示，依序以 第1、第2磁 曲形狀的板片 子和射出離子 以反向配置第 行光管壁形成 第1、第2磁 也可以設磁場 同之磁極面相 的第1、第2 質量分離時， 開口位置之間 子時，也可以 器20的具體 出電極2組入 ^ 4 ( b )圖係 片電極構造的 -16- (12) (12)200305185 第4(b)圖中，電漿電極1、引出電極2、質量分離 電極3、加速電極4、接地電極5的離子通過縫隙6a、 6b、6c、6d、6e雖與軸方向一致，但是直徑和其長度一 般並不同。特別是質量分離電極3之孔小。令嬡，由電漿 電極至質量分離過濾器之入射面的距離，期望爲第1、第 2磁鐵間的間隔之至少2倍。本發明之質量分離過濾器雖 期望設置在低電位的引出電極，但是也可以組入其他的加 速電極以及接地電極之其中一種。 本發明之引出電極的質量分離電極2係配合電漿電極 1的縫隙6a的間隔而依序排列配置多數的第1、第2磁鐵 之組成。第1、第2磁鐵22、23是以橫向長長延伸的棒 狀的永久磁鐵構成，使各磁極（N、S )相反而上下堆 疊。第1、第2磁場的強度幾乎相同，第2磁場具有只使 偏向與藉由第1磁場的離子位移量相同距離的磁通密度。 第4以及第5圖中，第1、第2磁鐵22、23係分別 收容在不銹鋼等之方形金屬管24內，石墨側壁29a包圍 其外側。剖面略S字狀的平行光管壁26在一直線上以特 定的間隔配置在此石墨外蓋29間。由平行光管壁26所包 覆的第1、第2磁鐵之組成係配置爲各不同之磁極面相向 著。平行光管壁的各列以與電漿電極的開口（縫隙）的間 隔相同的間距做配置。另外，期望平行光管壁的厚度爲未 達平行光管壁間空間的1 〇%。 在本發明之引出電極2的電極構造之一例中，如第5 圖所示，於入口壁27和出口壁28之間配置各收容第1、 -17- (13) (13)200305185 第2磁鐵的不銹鋼管24，在此金屬管的一方側壁配置平 行光管壁26的連結端部26a，在另一方側壁配置石墨隔 間壁29b。藉由此，各一對的磁鐵之組成可以每一金屬管 地取出’另外’各平行光管壁26也介由連結端部26a而 組裝成一體之故’排列爲一列的平彳了光管壁2 6也與磁鐵 的組成相同，可以一體取出於引出電極2的眼前側，各構 造元件的分解、安裝容易。 如第6圖所示，第1、第2磁鐵22、23可以爲使2 個磁鐵22、23上下接觸之形態而收容在1個金屬管24之 形式。另外，此金屬管24以由雙重的金屬管24a、24b構 成，經過金屬管間的空間而流通以冷卻水爲佳。 [發明之效果] 由以上說明可以明白，本發明係藉由形成正交於離子 束的離子束軸的第1磁場或者正交於離子束軸，而且相互 反向平行的第1、第2磁場，可以使入射離子和射出離子 的進行方向與離子束軸相同方向，能夠容易整合離子源的 各電極配置，另外，以由彎曲壁和側部壁所構成的平行光 管壁形成彎曲的離子束路徑，沿著此平行光管壁只使所期 望質量的離子通過，可以排除不必要的離子。而且，藉由 調整離子束的離子束路徑的入射開口位置和射出開口位置 的移位量，可由離子束分離不要的離子和電子等，或者可 以增加通過的總離子束量。 另外，質量分離過濾器構造是由第1、第2磁鐵和平 18- (14) (14)200305185 行光管壁所形成，其構造簡單，而且，只是磁場之偏向作 用，不產生由於磁場和電場的相互作用之影響，平行光管 的設計容易。另外，如依據本發明，可以實現以反向返回 一方向彎曲的路徑之形態彎曲的離子束路徑，所以可使離 子的聚焦變良好，可以小型化在通過寬長比大的縫隙之大 面積離子束中所使用的質量分離過濾器。 上述之描述爲顯示本發明之一例，本發明並不受限於 個個所記載之特定的實施形態，種種之重新構造、修正、 φ 以及變更在與不由申請專利範圍以及由與彼等等效的構造 · 所決定的本發明範圍脫離之上述記載相關下，是屬可能。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示具備本發明之質量分離裝置的離子源之 槪略剖面構造圖。 第2圖係顯不本發明之質量分離裝置的電極構造之槪 略斜視Η。 · 第3圖係第2圖之正面剖面圖。 第4圖之第4(a)圖係顯示使用在第1圖之離子源 的質量分離過濾器的構造斜視圖，第4 ( b )圖係顯示第1 ^ 圖所示之5片的電極板的側面圖。 第5圖係顯示在引出電極中進行質量分離用的磁鐵部 份的構造詳細剖面圖。 第6圖係顯示別的實施形態的磁鐵部份的構造剖面 圖。 -19- (15) 200305185 第7圖係顯示習知例的質量分離裝置的電極排列槪略 圖。 第8圖之第8 ( a )圖係具備別的習知例的質量分離 裝置的離子源的剖面構造圖，第8 ( b ) ( c )圖係顯示配 置在第8 ( a )圖之引出電極的磁鐵和通過孔的配置關係 的縱以及橫剖面構造圖。 [圖號說明] 1 :電漿電極 2 :引出電極 6a〜6e :通過孔（開口） 1 〇 :離子源 1 1 :電漿室 12 :氣體入口 1 4 :勵磁機 20 :質量分離過濾器 2 1 :離子束軸 22 :第1磁鐵 22a:第1彎曲路徑 23 :第2磁鐵 23a :第2彎曲路徑 2 4 :金屬管 25 :離子束路徑 2 6 :平行光管壁

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Claims (1)

1. (1) (1)200305185 拾、申請專利範圍 1. 一種離子束的質量分離過濾器，其特徵爲具有： 形成正交於離子束的離子束軸方向之第1磁場的第1 磁鐵；和 沿著上述離子束軸與上述第1磁鐵直列配置，形成正 交於上述離子束軸，且與上述第1磁場平行而反向之第2 磁場的第2磁鐵；和 形成具有形成在上述第1、第2磁場內之第1、第2 彎曲路徑的離子束路徑’使所選擇之期望質量的離子可以 由因上述第1磁場而偏向的第1彎曲路徑沿著因上述第2 磁場而偏向於與上述第1磁場反方向之第2彎曲路徑通過 的平行光管壁。 2. 如申請專利範圍第1項記載之質量分離過濾器， 其中，入射離子的方向和射出離子的方向係與離子束軸相 同方向。 3. 如申請專利範圍第1項記載之質量分離過濾器， 其中，第2磁場的強度與第1磁場的強度幾乎相同，具有 只使偏向與藉由第1磁場的離子變位量相同距離之磁通密 度。 4. 如申請專利範圍第1項記載之質量分離過濾器， 其中，第1、第2磁鐵係永久磁鐵。 5. 如申請專利範圍第1項記載之質量分離過濾器， 其中，第1、第2磁鐵係內裝於流通冷卻水之金屬管中。 6. 如申請專利範圍第1項記載之質量分離過濾器， -21 - (2) (2)200305185 其中，平行光管壁爲了形成第1、第2彎曲路徑，包含： 被相向配置的至少一對的彎曲壁和一對側部壁。 7.如申請專利範圍第6項記載之質量分離過濾器， 其中，第1、第2磁鐵係以設置在上述一對的側部壁的兩 外側，且個別不同之磁極性面相互面對著方式來配置。 8 .如申請專利範圍第1項記載之質量分離過濾器， 其中，第1彎曲路徑和第2彎曲路徑係構成沿著離子束的 軌道所形成之連續離子束路徑。 9.如申請專利範圍第8項記載之質量分離過濾器， 其中，上述連續離子束路徑爲直線並排配置，構成各離子 束路徑的上述彎曲壁係構成分別相鄰之離子束路徑的一方 的彎曲壁。 10·如申請專利範圍第1項或者第6項記載之質量分 離過濾器，其中，平行光管壁是由石墨製成。 11.如申請專利範圍第1項記載之質量分離過濾器， 其中，平行光管壁是由薄金屬板製成。 1 2·如申請專利範圍第1項記載之質量分離過濾器， 其中，平行光管壁的厚度値未達平行光管壁間之空間的 10%。 1 3 .如申請專利範圍第1項記載之質量分離過濾器， 其中，平行光管壁安裝在相向配置的磁鐵間之壁面的一 側。 1 4 .如申請專利範圍第1項記載之質量分離過濾器， 其中’平行光管壁爲由2個結合之圓弧所形成的略S字 -22- (3) (3)200305185 狀，上述2個圓弧以2個結合點相接，在上述平行光管壁 的末端爲相互平行，且亦平行於離子束軸。 1 5 .如申請專利範圍第1項記載之質量分離過濾器， 其中，藉由平行光管壁所形成的離子束路徑爲略S字狀， 並不平行於磁場。 16. 如申請專利範圍第1項記載之質量分離過濾器， 其中，藉由第1磁場所偏向，而藉由第2磁場所反向偏向 的離子束軌道係構成爲相對於離子束對質量分離過濾器的 入射開口位置，使離子束的射出開口位置移位，上述2個 開口位置由離子束的軸方向來看沒有重疊，以免不受到偏 向的直進離子束沒被直接射出。 17. 如申請專利範圍第1項記載之質量分離過濾器， 其中，藉由第1磁場所偏向，而藉由第2磁場所反向偏向 的離子束軌道係構成爲相對於離子束對質量分離過濾器的 入射開口位置，使離子束的射出開口位置移位，爲了使直 進的離子束可以通過，上述2個開口位置由離子束的軸方 向來看有重疊。 1 8 . —種離子束的質量分離方法，其特徵爲： 藉由沿著離子束的離子束軸直列配置的第1、第2磁 鐵，形成正交於上述離子束軸’且相互平行而反向的第 1、第2磁場， 使被選擇之所期望質量的離子在上述第1、第2磁場 內從藉由上述第1磁場所偏向的第1彎曲路徑沿著藉由上 述第2磁場所偏向於與上述第1磁場相反方向的第2彎曲 -23- (4) (4)200305185 路徑而通過。 19. 一種離子束的質量分離方法，其特徵爲： 形成正交於離子束的離子束軸之第1磁場，或者正交 於上述離子束軸，且相互反向平行的第1、第2磁場， 在上述磁場內使上述離子束沿著藉由相互相向配置之 至少一對的彎曲壁和一對的側部壁所形成的平行光管壁所 形成的彎曲路徑偏向， 使直進之離子以及不需要的離子與上述平行光管壁碰 撞，而讓被選擇之所期望質量的離子通過。 2 0 .如申請專利範圍第1 9項記載之質量分離方法， 其中，上述相向配置之一對的側部壁係在其側部壁之兩外 側以不同極性面相向之方式配置形成上述磁場之磁鐵。 2 1 . —種離子源，是針對含： (a )電漿室；和 (b) 以控制之流重將氣體導入上述電黎室內的手 段；和 (c) 在上述電漿室內離子化上述氣體用之能量源； 和 (d )形成具有細長開口的電漿室壁，由上述開口引 出正離子的電漿電極；和 (e) 爲了通過上述電漿電極以引出上述離子，而對 於上述電漿電極爲低電位，且平行配置，而且將上述離子 的動能設定在可控制値用之引出電極；和 (f) 爲了選擇所期望質量或者質量範圍，而對於上 -24- (5) (5)200305185 述電漿電極爲平行配置，且具有與上述引出電極整合的多 數個開口的質量分離過濾器的大面積離子源，其特徵爲： 上述質量分離過濾器具有： 形成正交於離子束的離子束軸方向之第1磁場的第1 磁鐵；和 沿著上述離子束軸與上述第1磁鐵直列配置，形成正 交於上述離子束軸，且與上述第1磁場平行而反向之的第 2磁場的第2磁鐵；和 形成具有形成在第1、第2磁場內之第1、第2彎曲 路徑的離子束路徑，使所選擇之期望質量的離子可以由因 上述第1磁場而偏向的第1彎曲路徑沿著因第2磁場而偏 向於與上述第1磁場反方向之第2彎曲路徑通過的平行光 管壁。 22. 如申請專利範圍第21項記載之離子源，其中’ 質量分離過濾器係被組入離子源的引出電極、加速電極、 以及接地電極之其中之一。 23. 如申請專利範圍第21項記載之離子源，其中’ 離子束爲具有細長剖面的帶狀離子束。 24. 如申請專利範圍第2 1項記載之離子源，其中’ 質量分離過濾器係平行配置在電漿電極和引出電極之間。 25. 如申請專利範圍第2 1項記載之離子源，其中’ 爲了減少貫穿電漿內的磁場，電漿電極是由磁性屏蔽用的 電磁軟體製成。 26. 如申請專利範圍第2 1項記載之離子源，其中’ -25- (6) (6)200305185 由電漿電極至質量分離過濾器之入射面之距離，爲第1、 第2磁鐵間的間隔之至少2倍。 27. 如申請專利範圍第21項記載之離子源，其中， 平行光管壁是由2個結合之圓弧所形成的略S字狀，上述 2個圓弧以2個結合點相接，在上述平行光管壁的末端爲 相互平行，且平行於離子束軸。 28. 如申請專利範圍第27項記載之離子源，其中， 如設離子的質量爲m，離子的加速能量爲E ( e V )，軌道 半徑爲R ( cm )，磁通密度爲B (高斯），則上述圓弧之 曲率半徑可用下式表示： R=144 ( mE ) 1/2* ( 1/B ) ( 1 )。 29. 如申請專利範圍第21項記載之離子源，其中， 平行光管壁具有與電漿電極的開口間隔相同的間距。 3〇.如申請專利範圍第21項記載之離子源，其中， 第1彎曲路徑和第2彎曲路徑係沿著離子束的軌道所形成 的連續離子束路徑，將其配置之間隔設爲與電漿電極的開 口間隔爲相同間距。 3 1.如申請專利範圍第2 1項記載之離子源，其中， 平行光管壁係配合電漿電極的開口排列方向，以等間隔一 列配置在以特定間隔配置的直線狀的上述第1、第2磁鐵 之組成間。 32.如申請專利範圍第21項記載之離子源，其中， 供應給引出電極的引出電壓係自動調整爲對於存在於過濾 器內的不必要的離子量，所必要的離子量成爲最大。 -26- (7) (7)200305185 33.如申請專利範圍第32項記載之離子源，其中， 上述引出電壓係爲了使離子束均勻而加上時間性變化小的 交流成分之直流電壓。

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