專利名稱：離子質量分離方法及裝置、以及離子摻加裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及在大口徑、具體是在寬幅的離子束中能夠穩定地進行離子質量分離的離子質量分離方法及裝置、以及離子摻加裝置。
但是，現在所使用的大口徑(例如300mm×800mm)的離子束的離子摻加裝置中，還未有進行離子質量分離的裝置。即，在以往的離子摻加裝置中，是在離子摻加中使用未把離子質量分離的離子束的非質量分離方式，或者，是在離子發生裝置的等離子體發生部使用使輕離子類(例如氫離子)的比率降低的磁性過濾器的磁性過濾器方式。
例如，作為用于半導體的離子摻加裝置，因為作為離子發生裝置的等離子體發生部源氣體是使用氫稀釋的磷化氫(PH3)、乙硼烷(B2H6)，所以，在等離子體發生部除了產生所希望的PHx、B2Hx以外，還會產生Hx、P2Hx、BHx等離子類，從等離子體發生部引出這些離子類的混合射束。存在這種不希望的離子類，會有通過離子摻加的P、B的注入深度分布不均勻的問題，另外還有對基體材料給予多余熱負荷的問題。
因此，希望盡早確立穩定進行大口徑、具體是寬幅的離子束的離子質量分離的技術。
另外，研究了使小口徑的離子束彎曲而分離離子質量的離子質量分離裝置。

圖1、圖2是離子質量分離小口徑離子束的裝置的一個例子，該離子質量分離裝置1，是把在離子發生裝置2的等離子體發生部(未圖示)產生的離子，由電極3引出并且加速，把該離子束4從一端的入口部6導入小口徑的真空離子偏轉流路5。在該離子偏轉流路5的中間部的外側設有將電磁線圈7b卷繞在鐵芯7a的電磁鐵8，此時，如圖2所示，使電磁鐵8的磁力發生部9、9接近離子偏轉流路5。在離子偏轉流路5內移動的離子束4的離子(電荷粒子)受到與電磁鐵8的磁場的磁力線G的方向為直角方向的彎曲作用，由此離子束4在離子偏轉流路5內被彎曲。此時，由于形成強的磁場，能夠使離子束4大角度偏轉(圖1中為90°)，這樣，質量比希望小的離子較早彎曲，與離子偏轉流路5的小半徑側內面碰撞而分離，另外，質量比希望大的離子不彎曲，與離子偏轉流路5的大半徑側內面碰撞而分離。這樣，僅僅是所需的離子由設在離子偏轉流路5的另一端的離子加速電極10加速而可從出口部11取出。
而且，從上述離子質量分離裝置1取出的離子束4，按照需要進行離子束4的聚束等操作之后，照射在被處理物的基體材料12，把離子注入基體材料12，這樣來作為離子摻加裝置13來使用。此時，使用離子摻加裝置13，通過移動基體材料12，或是通過電氣掃描離子束4，對基體材料12的大面積進行離子摻加。
但是，如上所述，在使用將電磁線圈7b卷繞在鐵芯7a的電磁鐵8的離子質量分離裝置1中，為了形成穩定的強磁場來彎曲離子束4，必須要使電磁鐵8的磁力發生部9、9接近離子偏轉流路5，來形成均勻的磁力線G，因此，圖2中的離子束4的彎曲徑向的大小X，雖然可以通過使電磁鐵8大型化而能增大一定程度，但圖2中的縱向的寬度方向大小Y不能增大。即，為了增大寬度方向的大小Y，如圖3所示，必須要增大磁力發生部9、9的間隔，但是若增大磁力發生部9、9的間隔，則不能通過使磁力線G在外側偏斜而在離子偏轉流路5形成均勻的磁場，因此，離子的彎曲不一致，不能得到穩定的離子束4。這樣，因為不能使寬度方向的大小Y增大，所以，不能得到大口徑的離子束4，而且不能得到離子質量分離均勻的離子束4。
本發明完全可解決這種以往裝置所存在的問題，提供能夠均勻進行大口徑的離子束的離子質量分離的離子質量分離方法及裝置、以及離子摻加裝置。
另外，因為利用均勻地離子質量分離且不含有多余的離子類的優質的離子束來進行離子摻加，所以，能夠使離子的注入深度分布均勻，而且，可以防止對基體材料給予多余的熱負荷。另外，利用具有大口徑的離子束，一次操作即可在基體材料的大面積進行離子摻加，因此能夠大幅度地提高作業效率。
圖的簡單說明圖1是以往的離子質量分離裝置以及離子摻加裝置的概略側面圖。
圖2是圖1的II-II方向的向視圖。
圖3是圖2的電磁鐵的磁力發生部的間隔擴大狀態的說明圖。
圖4是本發明的離子質量分離裝置以及離子摻加裝置的一例形式的剖面側面圖。
圖5是表示將導體卷成螺旋狀態的斜視圖。
圖6是圖4的入口部的部分詳細圖。
圖7是圖6的VII-VII方向的向視圖。
圖8是表示梯形電流路例的概略形狀圖。
圖4是表示本發明的離子質量分離裝置14和使用其的離子摻加裝置15的一例的概略圖，圖中，16是具有等離子體發生部的離子發生裝置，17是離子偏轉箱。
圖4的離子偏轉箱17其側面形狀大致為扇形，在與紙面垂直方向形成長的寬幅的空間。而且，彎曲為大致扇形的兩端的直線部成為入口部18和出口部19，入口部18與前述離子發生裝置16連接。而且，為了進行離子束4的大角度偏轉，入口部18與出口部19相互間的角度形成例如為90°。
在前述離子偏轉箱17的外部，如圖4、圖5所示，按照經過入口部18以及出口部19的彎曲形狀，而把導體20在寬度方向以所定間隔卷繞成螺旋狀，由此而在與紙面垂直的方向形成了寬幅的空芯勵磁電流路21。因此，圖4的空芯勵磁電流路21成為扇形電流路21A。
而且，在圖4的扇形電流路21A中，用連結部22將在離子偏轉箱17的大直徑側外部以所需間隔配置的外側圓弧導體20a、在離子偏轉箱17的小直徑側外部以所需間隔配置的內側圓弧導體20b、在入口部18與出口部19以所需間隔配置的形成直線部20’的直線導體20c、20d順次連結而形成螺旋。
如圖6、圖7中詳細所示，上述導體20是由導電芯材23和包圍該導電芯材23的外部導體24而構成桿狀，在導電芯材23與外部導體24之間供給冷卻用的純水，而且，在導電芯材23與外部導體24之間，由連結部22所示的絕緣材料25絕緣。另外，前述外部導體24分別相互電氣連接，屏蔽空芯勵磁電流路21的電位。
在入口部18以及出口部19的直線導體20c、20d相互之間，如圖7所示，形成所需的間隙S，來自離子發生裝置16的離子通過該間隙S而被導入離子偏轉箱17內，而且通過該間隙S被導出。
如圖4所示，在前述入口部18的直線導體20c與離子發生裝置16之間，與前述直線導體20c相重疊的間隔位置來配置桿狀的離子引出電極26。
而且，在前述出口部19附近配置離子加速電極27。另外，在圖4的出口部19的直線導體20d的左右兩側部，設置閉塞直線導體20d相互之間的遮蔽部件28，在該左右遮蔽部件28之間形成離子取出口29。
另外，在構成扇形電流路21A的離子偏轉箱17的寬度方向端部內側，沿內面設置為了中和離子束4的空間電荷的燈絲等中和用電子供給源30。
根據需要進行離子束4的聚束等操作之后，把用該離子質量分離裝置14質量分離的離子束4照射在被處理物的基體材料12，對基體材料12注入離子，這樣，上述離子質量分離裝置14可以用于離子摻加裝置15。
以下，說明上述形式例的作用。
在圖4的離子質量分離裝置14中，由離子發生裝置16的等離子體發生部發生的離子，由入口部18的離子引出電極26吸引加速，再一邊由直線導體20c加速一邊通過直線導體20c相互之間的間隙S而被導入扇形電流路21A的離子偏轉箱17內，由于空芯勵磁電流路21的作用而彎曲，彎曲的離子束4由出口部19的離子加速電極27吸引加速而被取出外部，而且，此時離子也由出口部19的直線導體20d加速。
如圖4所示，因為在離子偏轉箱17的外部，按照經過入口部18以及出口部19的彎曲形狀而構成了在寬度方向螺旋狀(圖5)卷繞導體20的空芯勵磁電流路21，所以，在離子偏轉箱17的內部形成了在與圖4的紙面垂直的寬度方向延伸磁力線的磁場，因此，該磁場在扇形電流路21A的寬度方向成為均勻的強度。另外，此時因為包圍導體20的導電芯材23的外部導體24分別相互電氣連接、而屏蔽了扇形電流路21A的電位，所以，扇形電流路21A的電位差也不會影響射束軌道。
這樣，在扇形電流路21A內部，由于在寬度方向形成均勻的磁場，離子束4的離子根據其質量而在扇形電流路21A的寬度方向受到均勻的彎曲力，從而被均勻地彎曲。而且，質量比希望小的離子如圖4虛線所示，較早彎曲而與離子偏轉箱17的小直徑側內面碰撞，由中和用電子供給源30中和，另外，質量比希望大的離子不彎曲而與離子偏轉箱17的大直徑側內面碰撞，由中和用電子供給源30中和。
這樣，僅是以實線表示的所希望質量的離子被導向離子偏轉箱17的另一端的出口部19。此時，因為在出口部19的直線導體20d的左右兩側部設置遮蔽部件28而形成離子取出口29，所以，通過選定該離子取出口29的大小與位置、以及由導體20的磁場的強度，可以更正確地僅把所希望的離子分離而取出。
因此，若使用上述的離子質量分離裝置14，可以大口徑、具體是寬幅均勻地取出離子質量分離的優質的離子束4。
另外，在使用上述離子質量分離裝置14的離子摻加裝置15中，根據需要對離子質量分離裝置14產生的離子束4進行聚束等操作之后，對被處理物的基體材料12一邊掃描一邊照射，將離子注入基體材料12。此時，因為離子束4僅是由不含有多余離子類的所希望的離子組成，所以，能夠使離子摻加時的離子注入深度分布均勻，另外還可以防止給予基體材料12多余的熱負荷。而且，利用具有大口徑的離子束4，能夠一次操作即可對基體材料12的大面積進行離子摻加，因此可以大幅度地提高作業效率。
而且，空芯勵磁電流路21的斷面形狀并不限定如圖4所示的大致扇形，可以制成各種形狀，但最好是至少偏轉大角度(例如90°)的形狀，而且，配置在入口部18與出口部19的導體20最好是形成直線部20’。
圖8是表示將空芯勵磁電流路21做成梯形電流路21B的情況的形式，梯形電流路21B具有長邊導體20e、短邊導體20f，連接長邊導體20e以及短邊導體20f的兩端部間的直線導體20c、20d形成了入口部18和出口部19。這樣構成也能夠起到與前述圖4所示的扇形電流路21A情況相同的作用。
產業上的利用可能性因為能夠均勻地離子質量分離大口徑的離子束，所以，能夠使離子摻加時的離子注入深度分布均勻，可以防止給予基體材料多余的熱負荷，通過具有大口徑的離子束，一次操作即可在基體材料的大面積進行離子摻加，由此而實現了作業效率的提高。
權利要求
1.一種離子質量分離方法，其特征在于利用空芯勵磁電流路而在離子偏轉箱的內部于寬度方向形成均勻強度的磁場，該空芯勵磁電流路是由在具有入口部及出口部并彎曲的離子偏轉箱的外部、按照經過入口部以及出口部的彎曲形狀而在寬度方向螺旋狀卷繞導體而形成，將離子束通過入口部的導體之間而導入離子偏轉箱17的內部，由于空芯勵磁電流路的磁場的作用而使離子束根據離子的質量而彎曲，把所希望質量的離子束從出口部通過導體間而取出。
2.一種離子質量分離裝置，其特征在于具備空芯勵磁電流路、配置在入口部附近的離子引出電極、與離子引出電極相鄰的離子發生裝置、配置在出口部附近的離子加速電極，前述空芯勵磁電流路是由在具有入口部及出口部并彎曲的離子偏轉箱的外部、按照經過入口部以及出口部的彎曲形狀而在寬度方向螺旋狀卷繞導體而形成。
3.如權利要求2所述的離子質量分離裝置，其特征在于導體是由導電芯材與包圍該導電芯材的外部導體構成，各外部導體電氣連接、屏蔽空芯勵磁電流路電位。
4.如權利要求2所述的離子質量分離裝置，其特征在于入口部以及出口部的導體形成直線部。
5.如權利要求2所述的離子質量分離裝置，其特征在于空芯勵磁電流路是由外側圓弧導體、內側圓弧導體、將兩圓弧導體的兩端部間分別連接而配置在入口部與出口部的直線導體所構成的扇形電流路。
6.如權利要求2所述的離子質量分離裝置，其特征在于空芯勵磁電流路是由長邊導體、短邊導體、將長邊導體以及短邊導體的兩端部間連接而配置在入口部與出口部的直線導體所構成的梯形電流路。
7.如權利要求2所述的離子質量分離裝置，其特征在于出口部的導體，留有一部分由遮蔽部件遮蔽而形成離子取出口。
8.如權利要求2所述的離子質量分離裝置，其特征在于在離子偏轉箱的寬度方向端部內側具備中和離子束的空間電荷的中和用電子供給源。
9.一種離子摻加裝置，其特征在于利用權利要求2～8任一項所述的離子質量分離裝置而質量分離的離子束照射在基體材料而注入離子。
全文摘要
利用空芯勵磁電流路(21)而在離子偏轉箱的內部于寬度方向形成均勻強度的磁場，該空芯勵磁電流路(21)是由在具有入口部及出口部并彎曲的離子偏轉箱的外部、按照經過入口部以及出口部的彎曲形狀而在寬度方向螺旋狀卷繞導體(20)而形成，將離子束通過入口部的導體(20c)之間而導入空芯勵磁電流路的內部，由于空芯勵磁電流路的磁場的作用而使離子束根據離子的質量而彎曲，把所希望質量的離子束通過出口部的導體(20d)而取出，由此而能夠均勻地離子質量分離大口徑的離子束。
文檔編號H01J49/26GK1425186SQ01808240
公開日2003年6月18日 申請日期2001年12月27日 優先權日2000年12月28日
發明者桑原一 申請人:石川島播磨重工業株式會社