离子束的质量分离过滤器及其质量分离方法,以及使用彼之离子源

摘要

[课题]本发明的技术课题系提供一种使得离子源的电极构造变简单，而且可以小型化，能够选择性去除不必要的离子种类之质量分离过滤器及其质量分离方法以及离子源。[解决手段]本发明之用以解决这种技术课题之手段为质量分离过滤器20具有：形成正交于离子束的离子束轴21方向的第1磁场的第1磁铁22；和沿着离子束轴与第1磁铁直列配置，形成正交于离子束轴，且与第1磁场平行而反向的第2磁场的第2磁铁 23；和形成具有形成在第1、第2磁场内，从藉由第1磁场所偏向的第1弯曲路径22a沿着藉由第2磁场而偏向为与第1磁场反向的第2弯曲路径23a之移动路径25用的平行光管壁26。藉由质量分离过滤器，使入射离子通过藉由第1、第2磁铁的磁场而反向弯曲的路径，可将所期望质量的离子导向与离子束轴相同之方向。

主权项

1.一种离子束的质量分离过滤器,其特征为具有: 形成正交于离子束的离子束轴方向之第1磁场的第 1磁铁;和 沿着上述离子束轴与上述第1磁铁直列配置,形成 正交于上述离子束轴,且与上述第1磁场平行而反 向之第2磁场的第2磁铁;和 形成具有形成在上述第1、第2磁场内之第1、第2弯 曲路径的离子束路径,使所选择之期望质量的离子 可以由因上述第1磁场而偏向的第1弯曲路径沿着 因上述第2磁场而偏向于与上述第1磁场反方向之 第2弯曲路径通过的平行光管壁。 2.如申请专利范围第1项记载之质量分离过滤器,其 中,入射离子的方向和射出离子的方向系与离子束 轴相同方向。 3.如申请专利范围第1项记载之质量分离过滤器,其 中,第2磁场的强度与第1磁场的强度几乎相同,具有 只使偏向与藉由第1磁场的离子变位量相同距离之 磁通密度。 4.如申请专利范围第1项记载之质量分离过滤器,其 中,第1、第2磁铁系永久磁铁。 5.如申请专利范围第1项记载之质量分离过滤器,其 中,第1、第2磁铁系内装于流通冷却水之金属管中 。 6.如申请专利范围第1项记载之质量分离过滤器,其 中,平行光管壁为了形成第1、第2弯曲路径,包含: 被相向配置的至少一对的弯曲壁和一对侧部壁。 7.如申请专利范围第6项记载之质量分离过滤器,其 中,第1、第2磁铁系以设置在上述一对的侧部壁的 两外侧,且个别不同之磁极性面相互面对着方式来 配置。 8.如申请专利范围第1项记载之质量分离过滤器,其 中,第1弯曲路径和第2弯曲路径系构成沿着离子束 的轨道所形成之连续离子束路径。 9.如申请专利范围第8项记载之质量分离过滤器,其 中,上述连续离子束路径为直线并排配置,构成各 离子束路径的上述弯曲壁系构成分别相邻之离子 束路径的一方的弯曲壁。 10.如申请专利范围第1项或者第6项记载之质量分 离过滤器,其中,平行光管壁是由石墨制成。 11.如申请专利范围第1项记载之质量分离过滤器, 其中,平行光管壁是由薄金属板制成。 12.如申请专利范围第1项记载之质量分离过滤器, 其中,平行光管壁的厚度値未达平行光管壁间之空 间的10%。 13.如申请专利范围第1项记载之质量分离过滤器, 其中,平行光管壁安装在相向配置的磁铁间之壁面 的一侧。 14.如申请专利范围第1项记载之质量分离过滤器, 其中,平行光管壁为由2个结合之圆弧所形成的略S 字状,上述2个圆弧以2个结合点相接,在上述平行光 管壁的末端为相互平行,且亦平行于离子束轴。 15.如申请专利范围第1项记载之质量分离过滤器, 其中,藉由平行光管壁所形成的离子束路径为略S 字状,并不平行于磁场。 16.如申请专利范围第1项记载之质量分离过滤器, 其中,藉由第1磁场所偏向,而藉由第2磁场所反向偏 向的离子束轨道系构成为相对于离子束对质量分 离过滤器的入射开口位置,使离子束的射出开口位 置移位,上述2个开口位置由离子束的轴方向来看 没有重叠,以免不受到偏向的直进离子束没被直接 射出。 17.如申请专利范围第1项记载之质量分离过滤器, 其中,藉由第1磁场所偏向,而藉由第2磁场所反向偏 向的离子束轨道系构成为相对于离子束对质量分 离过滤器的入射开口位置,使离子束的射出开口位 置移位,为了使直进的离子束可以通过,上述2个开 口位置由离子束的轴方向来看有重叠。 18.一种离子束的质量分离方法,其特征为: 藉由沿着离子束的离子束轴直列配置的第1、第2 磁铁,形成正交于上述离子束轴,且相互平行而反 向的第1、第2磁场, 使被选择之所期望质量的离子在上述第1、第2磁 场内从藉由上述第1磁场所偏向的第1弯曲路径沿 着藉由上述第2磁场所偏向于与上述第1磁场相反 方向的第2弯曲路径而通过。 19.一种离子束的质量分离方法,其特征为: 形成正交于离子束的离子束轴之第1磁场,或者正 交于上述离子束轴,且相互反向平行的第1、第2磁 场, 在上述磁场内使上述离子束沿着藉由相互相向配 置之至少一对的弯曲壁和一对的侧部壁所形成的 平行光管壁所形成的弯曲路径偏向, 使直进之离子以及不需要的离子与上述平行光管 壁碰撞,而让被选择之所期望质量的离子通过。 20.如申请专利范围第19项记载之质量分离方法,其 中,上述相向配置之一对的侧部壁系在其侧部壁之 两外侧以不同极性面相向之方式配置形成上述磁 场之磁铁。 21.一种离子源,是针对含: (a)电浆室;和 (b)以控制之流量将气体导入上述电浆室内的手段; 和 (c)在上述电浆室内离子化上述气体用之能量源;和 (d)形成具有细长开口的电浆室壁,由上述开口引出 正离子的电浆电极;和 (e)为了通过上述电浆电极以引出上述离子,而对于 上述电浆电极为低电位,且平行配置,而且将上述 离子的动能设定在可控制値用之引出电极;和 (f)为了选择所期望质量或者质量范围,而对于上述 电浆电极为平行配置,且具有与上述引出电极整合 的多数个开口的质量分离过滤器的大面积离子源, 其特征为:上述质量分离过滤器具有: 形成正交于离子束的离子束轴方向之第1磁场的第 1磁铁;和 沿着上述离子束轴与上述第1磁铁直列配置,形成 正交于上述离子束轴,且与上述第1磁场平行而反 向之的第2磁场的第2磁铁;和 形成具有形成在第1、第2磁场内之第1、第2弯曲路 径的离子束路径,使所选择之期望质量的离子可以 由因上述第1磁场而偏向的第1弯曲路径沿着因第2 磁场而偏向于与上述第1磁场反方向之第2弯曲路 径通过的平行光管壁。 22.如申请专利范围第21项记载之离子源,其中,质量 分离过滤器系被组入离子源的引出电极、加速电 极以及接地电极之其中之一。 23.如申请专利范围第21项记载之离子源,其中,离子 束为具有细长剖面的带状离子束。 24.如申请专利范围第21项记载之离子源,其中,质量 分离过滤器系平行配置在电浆电极和引出电极之 间。 25.如申请专利范围第21项记载之离子源,其中,为了 减少贯穿电浆内的磁场,电浆电极是由磁性屏蔽用 的电磁软体制成。 26.如申请专利范围第21项记载之离子源,其中,由电 浆电极至质量分离过滤器之入射面之距离,为第1 、第2磁铁间的间隔之至少2倍。 27.如申请专利范围第21项记载之离子源,其中,平行 光管壁是由2个结合之圆弧所形成的略S字状,上述2 个圆弧以2个结合点相接,在上述平行光管壁的末 端为相互平行,且平行于离子束轴。 28.如申请专利范围第27项记载之离子源,其中,如设 离子的质量为m,离子的加速能量为E(eV),轨道半径 为R(cm),磁通密度为B(高斯),则上述圆弧之曲率半径 可用下式表示: R=144(mE)1/2*(1/B) (1)。 29.如申请专利范围第21项记载之离子源,其中,平行 光管壁具有与电浆电极的开口间隔相同的间距。 30.如申请专利范围第21项记载之离子源,其中,第1 弯曲路径和第2弯曲路径系沿着离子束的轨道所形 成的连续离子束路径,将其配置之间隔设为与电浆 电极的开口间隔为相同间距。 31.如申请专利范围第21项记载之离子源,其中,平行 光管壁系配合电浆电极的开口排列方向,以等间隔 一列配置在以特定间隔配置的直线状的上述第1、 第2磁铁之组成间。 32.如申请专利范围第21项记载之离子源,其中,供应 给引出电极的引出电压系自动调整为对于存在于 过滤器内的不必要的离子量,所必要的离子量成为 最大。 33.如申请专利范围第32项记载之离子源,其中,上述 引出电压系为了使离子束均匀而加上时间性变化 小的交流成分之直流电压。 图式简单说明: 第1图系显示具备本发明之质量分离装置的离子源 之概略剖面构造图。 第2图系显示本发明之质量分离装置的电极构造之 概略斜视图。 第3图系第2图之正面剖面图。 第4图之第4(a)图系显示使用在第1图之离子源的质 量分离过滤器的构造斜视图,第4(b)图系显示第1图 所示之5片的电极板的侧面图。 第5图系显示在引出电极中进行质量分离用的磁铁 部份的构造详细剖面图。 第6图系显示别的实施形态的磁铁部份的构造剖面 图。 第7图系显示习知例的质量分离装置的电极排列概 略图。 第8图之第8(a)图系具备别的习知例的质量分离装 置的离子源的剖面构造图,第8(b)(c)图系显示配置 在第8(a)图之引出电极的磁铁和通过孔的配置关系 的纵以及横剖面构造图。