用于改变带状离子束的方法及设备的利记博彩app

专利名称：用于改变带状离子束的方法及设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及离子注入法，具体涉及使具有与离子束方向垂直的细长剖面的带状离 子束改变的方法，并涉及用于使上述带状离子束改变的设备。
背景技术：
带状离子束公知被用于将离子注入衬底，尤其是用于半导体制造产业的半导体衬 底。通常，上述半导体衬底包括相对较薄的衬底晶片，其通常由单晶硅形成。单晶硅形成的 晶片可以是具有约200或约300mm直径的圆形，但是也可以使用其他形状及直径。可使用 带状离子束将离子注入上述晶片，在此情况下，带状离子束可受到控制以在要被注入的晶 片处具有细长的剖面，其长度刚好大于晶片的直径。然后，为了确保在晶片的整个表面上可 以均勻地注入离子，可以仅需要在带状离子束与晶片之间产生沿与离子束的细长剖面方向 垂直的方向的相对运动。在将离子注入半导体衬底的领域，公知的要求是应当在晶片的整个表面上均勻地 传送要注入的离子剂量。为此，使带状离子束在要被注入的晶片位置处具有在离子束的细 长剖面的宽度上均勻分布的强度非常重要。因为多个处理过程，包括提取电极的对准误差、 温度影响以及在离子源室内引起等离子体的不均勻的物理变化，在离子源处会产生在带状 束的细长剖面上的强度不均勻。因此，在制造用于离子注入的带状束时，通常需要采用束线 轮廓测定仪，其可与一些合适的均勻性校正设备组合，以对带状束上的强度变化进行测量。公知的用于改变带状离子束的设备具有高磁导率矩形钢结构，其界定了容纳穿过 矩形结构的带状束的细长开放空间，其中细长开放空间的长度与带状束的剖面长度对准。 多个线圈分别沿矩形钢结构的各个长条分布，其中各个可控电源产生通过各个线圈的电 流。所述多个线圈可被通电以在矩形钢结构内的开放空间中产生所选定的场分布，包括四 极场分布，其他多极场分布以及其他有用的磁场分布。还公知在磁摄谱仪的场中采用四极场及其他多极场分布，用于校正行进通过摄谱 仪的粒子的轨道的偏差。但是，针对磁摄谱仪的场的技术方面的考量相较于其他可用于离 子注入器中使用的带状束的方法非常困难。具体而言，在磁性摄谱仪应用领域中完全无需 考虑空间电荷的问题，因为在任何时间都很少会有超过一个带电粒子横穿摄谱仪的任何区 域。通常，与沿磁摄谱仪的带电粒子路径对光学畸变的校正相关的考虑与与上述用于在半 导体衬底的离子注入时改变带状离子束及提高带状离子束的均勻性的考虑显著不同。

发明内容
就带状离子束而言，可以方便地建立与沿束的位置无关的的正交(X，y，ζ)笛卡尔 坐标系。因此，对于具有与束方向垂直的细长剖面的带状离子束，在沿所述带状束的任意位 置处界定了正交(X，1，ζ)笛卡尔坐标系，其中所述坐标系的ζ轴在所述带状束的中心线处 沿所述束方向延伸，χ轴沿所述带状束的所述细长剖面的较长方向延伸，而y轴沿所述细长 剖面的较短方向延伸。
本发明的一个方面提供了一种改变该带状离子束的方法，其包括以下步骤设置 相对的铁磁条，其分别具有长度，并在其间界定了细长开放空间以容纳在所述束的所述X 轴沿所述细长空间的长度延伸的情况下在所述条之间穿过的所述带状束。还在所述相对的 铁磁条中的每一者上分别设置各个第一线圈结构，所述各个第一线圈结构包括连续绕组， 并具有每单位长度匝数沿所述条的所述长度的第一预定分布，对所述第一预定分布进行选 择，以在所述第一线圈结构被选择性地供电时在所述相对的铁磁条之间的所述细长开放空 间内提供沿y方向的第一分量磁场，所述第一分量磁场具有沿X方向在所述开放空间的所 述长度上相应的第一磁场强度分布。还在所述相对铁磁条中的每一者上至少分别设置各 个第二线圈结构，所述第二线圈结构包括至少一个连续绕组，并沿所述条的所述长度具有 每单位长度匝数的第二预定分布，对所述第二预定分布进行选择，以在所述第二线圈结构 被选择性地供电时在所述相对的铁磁条之间的所述细长开放空间内提供沿所述y方向的 第二分量磁场，所述第二分量磁场具有沿所述χ方向在所述开放空间的所述长度的至少一 部分上相应的第二磁场强度分布。如下执行所述方法使所述带状束穿过所述相对的铁磁 条之间的所述细长开放空间，并利用电流对所述各个第一及第二线圈结构选择性地进行供 电，以使所述带状离子束产生期望的变化设置相对的铁磁条。在该方法的一个示例中，存在以下额外步骤在所述相对的铁磁条中的每一者上、 除了设置所述一个连续绕组之外还设置其他连续绕组作为所述各个第二线圈结构，所述一 个连续绕组及所述其他连续绕组位于所述铁磁条的长度的中点的相对两侧，并一起提供了 每单位长度匝数的所述第二预定分布，由此在所述一个连续绕组及所述其他连续绕组两者 被选择性地供电时提供的所述第二分量磁场在所述细长开放空间的所述长度上具有所述 相应的第二磁场强度分布。选择性地并独立地对所述第二线圈结构的所述一个连续绕组及 所述其他连续绕组供电。所述磁场强度的第一及第二分布可以是具有不同极数的多极分布。例如，所述磁 场强度的第一分布可以是四极分布，而所述磁场强度的第二分布可以是六极分布。此外，在 所述相对的铁磁条上可设置第三及第四线圈结构，其可被选择性地供电以提供具有在X方 向上相应的第三及第四磁场强度分布的第三及第四分量磁场。这些第三及第四线圈结构可 被设计以分别提供八极及十极磁场强度分布。根据本发明的另一方面，用于改变上述带状束的设备包括一对相对的铁磁条，其 分别具有长度，并在其间界定了细长开放空间以容纳在所述束的所述X轴沿所述细长空间 的长度延伸的情况下在所述条之间穿过的所述带状束。还有在所述相对的铁磁条中的每一 者上的各个第一线圈结构，其中，所述各个第一线圈结构分别包括连续绕组，并具有每单位 长度匝数沿所述条的所述长度的第一预定分布，所述第一预定分布被选择，以在所述第一 线圈结构被选择性地供电时提供横向跨着所述相对的铁磁条之间的所述细长开放空间的 第一分量磁场，所述第一分量磁场具有在所述开放空间的所述长度上相应的第一磁场强度 分布。还有在所述相对的铁磁条中的每一者上的各个第二线圈结构，其中，所述各个第二线 圈结构分别包括一对连续绕组，所述一对连续绕组中的各个分别位于各个所述铁磁条的长 度的中点的相对两侧，所述一对连续绕组具有每单位长度匝数沿所述条的长度的第二预定 分布，其中，所述第二预定分布被选择，以在所述第二线圈结构被选择性地供电时提供横向 跨着所述相对的铁磁条之间的所述细长开放空间的第二分量磁场，所述第二分量磁场具有在所述开放空间的所述长度上相应的第二磁场强度分布。还有各个电源引线，其通向各个 所述第一线圈结构的所述连续绕组，并通向各个所述第二线圈结构的所述一对连续绕组中 的各个连续绕组。在一个实施例中，所述设备还可包括分别在所述相对的铁磁条中每一者上的各 个第三线圈结构，其中所述各个第三线圈结构分别包括包括一对连续绕组，所述一对连续 绕组位于各个所述铁磁条的长度的中点的相对两侧，所述一对连续绕组具有每单位长度匝 数沿所述条的长度的第三预定分布，其中，所述第三预定分布被选择，以在所述第三线圈结 构被选择性地供电时提供横向跨着所述相对的铁磁条之间的所述细长开放空间的第三分 量磁场，所述第三分量磁场具有在所述开放空间的所述长度上相应的第三磁场强度分布； 以及其他各个电源引线，其通向各个所述第三线圈结构的所述一对连续绕组中的各个连续 绕组。在其他实施例中，所述设备还可包括在所述相对的铁磁条中的每一者上的各个 第四线圈结构，其中所述各个第四线圈结构分别包括包括一对连续绕组，所述一对连续绕 组位于各个所述铁磁条的长度的中点的相对两侧，所述一对连续绕组具有每单位长度匝数 沿所述条的长度的第四预定分布，其中，所述第四预定分布被选择，以在所述第四线圈结构 被选择性地供电时提供横向跨着所述相对的铁磁条之间的所述细长开放空间的第四分量 磁场，所述第四分量磁场具有在所述开放空间的所述长度上相应的第四磁场强度分布；以 及其他各个电源引线，其通向各个所述第四线圈结构的所述一对连续绕组中的各个连续绕 组。在本发明的实施例中，所述第一、第二、第三及第四线圈结构的所述连续绕组的每 单位长度匝数的所述第一、第二、第三及第四分布分别进行设计，使得所述相应的第一、第 二、第三及第四磁场强度分布分别是四极、六极、八极及十极分布。在又一实施例中，所述相对的铁磁条中的每一者均承载相应的偶数个线圈单元， 所述线圈单元在所述条的所述中点的两侧对称地沿各个所述条均勻地分布，并且每个所述 线圈单元均承载多个所述线圈结构的所述绕组的线圈匝，其中，根据各个所述线圈结构的 每单位长度匝数的所述预定分布来确定在针对各个所述线圈结构所用的所述线圈单元的 所述线圈匝的数量。根据本发明的另一方面，提供了一种改变上述带状离子束的方法，其中，所述方法 包括以下步骤在沿带状束的预定位置处沿X轴产生沿X方向延伸的磁场，该X方向磁场具 有作为所期望的X的函数的不均勻强度。该X方向磁场可包括具有随X的线性函数而变化 的强度的分量。替代或附加地，该X方向磁场可具有其强度随X的非线性函数而变化的分量。可通过提供具有开口(具有χ及y正交尺寸以容纳在束的χ轴沿着所述χ尺寸延 伸的情况下通过所述开口穿过所述装置的带状束)的磁场装置来产生在所述X方向延伸的 磁场，所述磁场装置具有电气线圈结构，其适于在被供电时提供在沿所述X方向延伸的开 口中沿所述开口的所述X尺寸的磁场，并选择性地对电气线圈结构供电以在该开口中产生 具有不均勻强度的X方向磁场。该电气线圈结构可包括多个线圈绕组，并且该线圈绕组可 被选择性地供电以产生具有随X的多个期望函数中选择的一个函数而变化的不均勻强度 的X方向磁场。
根据另一方面，提供了一种产生用于注入的高电流、高能的带状离子束的方法，包 括以下步骤从离子源提取离子以在上述(x，y，z)笛卡尔坐标系中提供具有第一能量并形 成带状束的提取离子束。通过将束导引通过包括多个开孔电极的加速组件(所述开孔电极 被施以偏压以沿所述组件的轴线提供静电加速场)来将带状束从所述第一能量加速至第 二能量。该组件还包括入口板，其具有所述轴线上的束界定开孔缝隙以接收所述带状束，所 述开孔缝隙具有呈直线形的细长尺寸。在该入口板前方的位置处，沿带状束的χ轴产生沿 X方向延伸的磁场，以向带状束的离子相对于X轴施加所选择的y偏转，由此将该带状束导 引通过该开孔缝隙。该χ方向磁场可具有作为χ的期望函数的不均勻强度。具体而言，X方向磁场可 具有随X的线性函数而变化的分量，由此例如使位于所述入口板处的该带状束的X轴与该 开孔缝隙的所述直线形长度尺寸对准。替代或附加地，该χ方向磁场可具有随X的非线性函数而变化的分量，由此例如使 该带状束在该入口板处沿X轴变平。本发明的另一方面提供了一种用于如上所述在正交(X，y，ζ)笛卡尔坐标系中改 变带状束的设备。该设备包括具有开口的磁场装置，所述开口具有X及y正交尺寸以容纳 在束的χ轴沿所述χ尺寸延伸的情况下通过该开口穿过所述装置的带状束。所述磁场装置 具有电气线圈结构，其适于在被供电时在开口中提供沿所述开口的所述χ尺寸在χ方向上 延伸的磁场，该χ方向磁场具有作为沿该χ尺寸的距离的期望函数的不均勻强度。可编程 电源被连接以向该电气线圈结构的绕组传输预定电流，其中，该可编程电源被设置以传输 该预定电流，由此例如对所述线圈结构供电以提供所述χ方向磁场。在实施例中，该电气线圈结构被设计并且该可编程电源被设置以传输所述预定电 流，使得所述X方向磁场具有其强度随沿所述X尺寸的距离的线性函数而变化的分量。替 代或附加地，该电气线圈结构被设计并且该可编程电源被设置以传输该预定电流，使得该X 方向磁场具有其强度随沿该X尺寸的距离的非线性函数而变化的分量。磁场装置可包括相对的铁磁条，其分别均具有长度，并在其间界定了细长开放空 间以容纳在所述束的所述X轴沿所述细长空间的长度延伸的情况下在所述条之间穿过的 所述带状束；以及在所述相对的条中的各个条上的相应的电气线圈结构。该电气线圈结构 可以包括多个线圈绕组，并且所述可编程电源可以连接并设置为驱动该绕组中的选择电流 以产生该X方向磁场，由此具有随X的多个希期望函数中的一者变化的不均勻强度。在本发明的另一方面中，提供了一种产生用于注入的高电流、高能的带状离子束 的设备，其包括离子源以及离子提取光学器件以提供具有第一能量的用于注入的带状离子 束。该带状束具有与束方向垂直的细长剖面，并且为上述束界定了正交(x，y，z)笛卡尔坐 标系。该设备具有加速组件，加速组件具有轴线，并包含多个开孔电极，其适于被偏压以沿 组件的轴线提供静电加速场。加速组件包括入口板，其具有该轴线上的束界定开孔缝隙以 接收该带状束，该开孔缝隙具有呈直线形的细长尺寸。磁场装置位于该入口板的前方，该磁 场装置具有开口，所述开口具有χ及y正交尺寸以容纳在束的χ轴沿所述χ尺寸延伸的情 况下通过该开口穿过所述装置的带状束。所述磁场装置具有电气线圈结构，其适于在被供 电时在所述开口中提供沿所述开口的所述χ尺寸在所述χ方向上延伸的磁场，由此向带状 束的离子相对于χ轴施加所选择的y偏转，从而将该带状束导引通过该开孔缝隙。可编程电源被连接以向该电气线圈结构的绕组传输预定电流，其中，该可编程电源被设置以传输 该预定电流，由此例如对所述线圈结构供电以提供所述X方向磁场。该磁场装置可被改变 并且该可编程电源可被设置，使得所述电气线圈结构在被供电时提供具有不均勻强度的X 方向磁场，并且该强度是沿所述X尺寸的距离的期望函数。在实施例中，该磁场装置可被改变并且该可编程电源可被设置，使得该电气线圈 结构在被供电时提供所述X方向磁场，该X方向磁场具有其强度随沿该X尺寸的距离的线 性函数而变化的分量，由此例如使得在所述入口板处该带状束的X轴与该开孔缝隙的所述 线性长度尺寸对准。替代或附加地，该电气线圈结构可被改变并且该可编程电源可被设置， 使得该电气线圈结构在被供电时提供所述X方向磁场，该X方向磁场具有其强度随沿该X 尺寸的距离的非线性函数而变化的分量，由此例如在该入口板处使所述带状束沿所述X轴 变平。


以下将参考附图来描述本发明的示例，其中图1是离子注入器的示意图，可通过其实施本发明的方法的示例，并且本发明的 设备的实施例可结合在其中；图2A与图2B及图2C —起提供了对本发明的实施例的示意图；图3提供了本发明的另一实施例的线圈结构的示意图；图4，图5及图6分别是用于四极场、六极场及八极场的磁极布置及磁场分布的示 意图；图7，图8及图9分别是在沿图4，图5及图6各自示出的χ轴的中央区域中的磁 场的示意图；图10以A，B及C分别示出通过校正四极形式、六极形式及八极形式的磁场而产生 的对沿带状束的X方向的束强度分布的效果的示意图；图11是实现本发明的带状束改变结构的立体图；图12是可替代图11所示的结构而采用的替代磁性框结构的平面图；图13是图11的的带状束改变结构的一部分的详细示意图；图14A与图14B及图14C 一起提供了为带状束的离子的y偏移而产生χ方向磁场 的本发明示例的示意图；图15是图11的带状束改变结构的条的立体图，示出了根据本发明的示例产生的 X方向磁场分量；图16是可应用至具有图15的设置方式的带状束的y偏移的示意图；图17是图11的束改变结构的的立体图，示出了 χ方向磁场的非均勻分布；图18是随着X而线性改变的上述χ方向磁场的非均勻分布的示意图；图19是因线性改变图18的χ方向磁场而引起的带状束的y偏移的示意图；图20是可由图11的带状束改变结构产生的χ方向磁场的另一非均勻分布的示意 图；图21是可由图20的非均勻χ方向场产生的带状束的y偏移的示意图；图22是图1的离子注入器的一部分的详细示意图23是图22的设备的示意性立体图；并且图24A，图24B，图24C及图24D示出了由图11的带状束改变结构产生的各种χ方 向磁场分布所提供的校正作用。
具体实施例方式图1是可实现本发明的离子注入设备的示意图。在真空环境中进行离子注入，但 为了简化，在图1中未示出真空室的壁。在图1中，在离子源10处产生离子束。离子源10例如可包括Bernas型源，其具 有放电室，在放电室中形成包含注入所需核素的离子的等离子体。通过电偏压提取电极11 来从室提取等离子体离子以形成提取离子束12。提取离子束12具有与相对于离子束所经 过的束线的的元件而言的源10的偏压电压对应的初始或第一束能(beam energy) 0从源10提取的离子束12呈带状，具有与束方向垂直的细长剖面。在图1中，束的 细长剖面沿纸平面延伸。提取的带状束12穿过将在以下详述的束改变结构13。简言之，在 带状束的平面中，束改变结构13利用磁场来对束的离子施加小的偏移，以对束在沿着带的 细长剖面的长度尺寸的强度不均勻性进行校正。这是为了在带状束轰击要被注入的衬底时，使束能够在带的长的剖面尺寸上具有 均勻的强度。然后，在带状束上要被注入的衬底沿与带状束剖面的长度尺寸垂直的方向的 物理运动可在衬底的被注入表面上提供均勻的注入剂量。可以理解，束改变结构使带状束的离子产生小的角度偏移。在带状束剖面的长度 尺寸上重新分布特定离子所需的角度偏移的量当然取决于束行进的距离以及在经过束改 变结构13并到达要被注入的衬底之间所获得或损失的任何能量。在经过束改变结构13之后，离子束12穿过偶极磁结构14，其沿与带状束的平面 垂直的方向施加偶极磁场，使得束大致在带的平面内折弯。在图1的示例中，束被折弯约 90°。从偶极磁结构出射的离子束12穿过选择孔15。公知的，偶极磁结构14作用在离子 束12上，起动量过滤器的作用，由此在具而不同动量的提取束中的离子被折弯不同角度。在本发明的本实施例的一个应用情况下，用于在衬底中注入的离子可以是H+离 子。偶极磁结构14与选择孔15 —起可有效地从穿过选择孔15的带状束去除不需要的离 子，不需要的离子例如包括D+，HD+以及H2+。在选择孔之后，当前仅包含注入所需离子的带状束在进入加速组件19的入口板 18中的进入束界定孔17之前穿过束轮廓测定系统16。加速组件19包含多个开孔电极20。 开孔电极20可以被偏压以沿加速组件19的中心轴21提供静电加速场。加速组件19使用高静电电压来将带状束12加速至注入处理所需的相对较高注入
能量°在示例中，通过提取电极11从源10提取的带状束12具有约IOOkeV的初始第一 能量。加速组件19将带状束加速至约420keV的最终注入能量。在此示例中，在带状束包含H+离子的情况下，上述高能H+离子有助于硅的剥离处 理，以制造非常薄的晶体硅膜，这例如对于制造光伏电池是有用的。在图1的示例中，通过开孔电极20加速之后的带状束进入图中以22表示的处理室，在处理室中，束被导向要被注入的衬底，如图1中晶片衬底23所示。实践中，处理室22可包括处理轮盘，多个衬底晶片安装在处理轮盘上。然后利用 处理轮盘的旋转来将衬底晶片一个接一个传送通过带状束。发明人为Ryding的美国专利 申请号12/494，269(被转让给本发明的受让人)中揭示了可用于本发明的实施例的合适的 处理室。通过引用将该美国专利申请的全部内容包含在本说明书中。现将描述束改变结构13的示例。图2A示意性地示出了一对相对的铁磁条24及 25。每个条24及25均具有在带状束的细长剖面的较长方向上超过所述剖面的长度尺寸的 长度。在图2A中，示出离子束12在铁磁条24及25之间穿过。根据本发明，在沿带状束 的任何位置处，界定了正交(X，1，ζ)笛卡尔座标系，其中座标系的ζ轴在带状束的中心线 处沿束方向延伸，χ轴沿带状束的细长剖面的较长方向延伸，而y轴沿该剖面的较短方向延 伸。在图2A中示出了该χ，y，ζ座标系，其中ζ轴朝向观察者笔直延伸离开纸面。因此，如图2A所示，在铁磁条24及25之间穿过的带状束被容纳在于条24及25 之间界定的细长开放空间26中。束的χ轴沿该细长空间26的长度延伸。在本示例中，铁 磁条24及25彼此平行，并且带状束的χ轴也与两个条24及25平行。束的y轴延伸穿过 该细长空间26，并与条24及25垂直，由此ζ轴(束方向)与包含两个条24及25的平面垂 直。两个铁磁条24及25中每一者均承载了数个电气线圈结构。图2A示出了承载各 个第一线圈结构27，28的各个铁磁条24及25。各个第一线圈结构27，28分别包括各个条 24及25上的连续绕组，各绕组分别在条24的相对端部29，30之间以及在条25的相对端部 31，32之间延伸过各个条的大部分长度。根据本发明的实施例，相对的铁磁条24及25中的每个也分别承载了第二线圈结 构。为了清楚起见，在图2A中未示出各个第二线圈结构，但在图2B中示意性地示出，并由 参考标号33及34表示。在本示例中，每个第二线圈结构均包括连续绕组，该连续绕组也至 少延伸过各个条24及25的长度的相当一部分。各个第二线圈结构33，34的连续绕组可缠 绕在第一线圈结构27，28的各个连续绕组的顶部上。各个第一线圈结构27，28的连续绕组被布置成具有每单位长度匝数沿各个条24 及25的长度的第一预定分布。该每单位长度匝数的第一预定分布被选择以在第一线圈结 构被选择性地受到电流供电时在铁磁条24及25之间的细长开放空间中提供第一分量磁 场。在图2A所示的示例中，第一线圈结构的连续绕组沿各个条24及25的长度具有均 勻的每单位长度匝数的分布。此外，在示出的示例中，各个条24及25上的第一线圈结构27， 28的连续绕组以相同的方向缠绕，图中为顺时针方向。但是，当这些线圈结构27，28经以 沿相反方向(如图2A中的箭头35所示)绕条流动的电流供电时，可以理解上铁磁条24被 磁化以在图中条的右手端部30具有北极，而下铁磁条25被磁化以在图中条的左手端部31 具有北极。因此，各个条24及25的并置的端部30及32分别具有北极及南极，而各个条24 及25的并置的端部29及31分别具有相反的南极及北极。这种设置在条24及25之间的 细长空间26中产生在条24及25之间沿y轴的y方向延伸的磁场，该磁场在该开放空间26 中沿χ方向的长度具有四极强度分布。因此，在本示例中，第一线圈结构的每单位长度匝数沿条的长度所具有第一预定分布使得在如上所述第一线圈结构27，28被选择性地供电时、 在相反条24及25之间的细长空间26中提供沿y方向的第一分量磁场，该第一分量磁场具 有在该开放空间26的长度上沿χ方向的第一磁场强度分布。该第一磁场强度分布是四极 分布。参考图4及图7可以更好地理解通过对第一线圈结构27，28供电而产生的该四极 分量磁场分布。图4示出了典型的四极设置方式，示出了在X-Y座标系上的四个磁极40-43。 仅考虑沿X轴延伸的中心区域，如图7所示，可以看到Y方向的磁场沿X轴线性改变。因此， 对于沿X方向具有较长尺寸、并沿Y方向具有短得多的尺寸的剖面的带状离子束而言，图4 的四极场结构大致对应于主要沿Y方向延伸、但沿X方向线性变化的磁场强度的分布情况。 这是通过上述被选择性供电的均勻缠绕线圈结构27，28，在铁磁条24及25之间的细长空间 26中形成的磁场分布。图10的A中示出了如图7所示沿χ方向的四极场强分布对离子束12的影响。y 方向场沿带束的X方向的四极分布具有使带束剖面的长度尺寸(即，束沿X方向的范围) 扩展或收缩的效果。如果如图7所示场强分布通过带束中心线处的零点，则带束的X尺寸 对称地扩展或收缩，而不存在束在χ方向上的任何整体偏移。在图10所示的视图中，示出 的理想带束具有在距离2x1上的均勻强度。应用四极场强分布能够扩展该带束，从而使其 在更长的距离2x2上具有减小且均勻的强度。使线圈结构27，28中的电流反向对带束有相 反的影响。再参考图2B，如上所述，第二线圈结构33，34也分别缠绕条24及25。在图2B中， 已经示意性地绘制出这些线圈结构以示出线圈结构的匝的缠绕方向。如图所示，缠绕在铁 磁条24上的上侧线圈结构33在线圈结构的位于条24及25中点处的中心点45的两侧沿 相反方向缠绕。因此，线圈结构33的左侧部分46以第一匝方向缠绕，而线圈结构33的右 侧部分47以第二匝方向缠绕。此外，图2B中各个线圈结构33，34示出了每单位长度匝数 沿条24及25的长度随着χ发生的变化。在线圈结构33的位于条24的第一端部29处的 第一端部48附近，每单位长度匝数最大，每单位长度匝数朝向线圈结构33的位于条24的 中点(X = O)处的中心点45逐渐减小，然后匝数再在反向卷绕的情况下朝向线圈结构33 的位于条24的对应端部30处的第二端部49增大。位于相对铁磁条25上的线圈结构34 具有与线圈结构33 —致的结构，沿线圈结构34的长度具有相同的单位长度匝数变化。但 是，在图2B所示的示例中，线圈结构34的匝与对应线圈结构33的匝的方向相反。如箭头 50所示，当两个线圈结构33，34被沿线圈结构33，34的连续绕组的长度同向流动的电流供 电时，在线圈结构的对应端部处形成相反的磁极。在示出的示例中，示出南极被形成在线圈 结构33的端部48处，北极被形成在线圈结构34的端部51处。线圈结构33，34的圈的缠 绕方向在结构的中点位置处的反向使得在中心点45处产生北极，并在下侧线圈结构34的 中心点52处产生南极。南极被形成在线圈结构33的右手端部49处，而北极形成在下侧线 圈结构34的对应端部53处。总而言之，在最上侧的铁磁条24上的第二线圈结构33具有连续绕组，该连续绕组 在左侧端部48与位于条中点处的中心点45之间形成线圈结构的左侧部分46。下侧铁磁 条25上的第二线圈结构34也具有从结构34的左侧端部51向中心点52延伸的连续绕组。 第二线圈结构33，34的这两个连续绕组分别具有每单位长度匝数沿各个条的长度的预定分布。在图2B的示例中，每个线圈结构33，34也具有第二连续绕组，第二连续绕组在线圈 结构33，34的中心点45及52与右侧端部49，53之间延伸。这些额外的连续绕组可以具有 沿条以与线圈结构的左侧部分成为镜像的方式进行变化的每单位长度匝数。在本示例中， 线圈结构33的左侧部分46及右侧部分47在中心点45处连接在一起，并且线圈结构34的 对应的左侧部分及右侧部分在中心点52处连接在一起。在图2B的示例中，线圈结构33，34的连续绕组的每单位长度匝数从结构的中心点 45及52处的最小值开始线性变化至结构的端部48，49及51，53处的最大值。通过第二线 圈结构33和34所设置的每单位长度匝数沿条24及25的上述预定分布使得当如图2B所 示线圈被适当地供电时产生在条24及25之间的细长空间26中沿y方向的第二磁场分量， 该第二磁场分量具有磁场强度沿χ方向的六极分布。图5示出了通过六个对称分布的磁极(包括三个北极60，61及62以及三个南极 63，64及65)产生的典型六极磁场分布的示例。仅考虑图5的极结构在X轴附近的细长区 域，在X轴附近的磁场大致沿Y方向延伸，并如图8所示具有随X而变化的强度分布。图10的B示出了图8的六极场对在条24及25之间穿过的带束12的影响。带束 中心(χ = 0)处的离子受到大致为零的y方向磁场，因此不会偏移。另一方面，带束的一侧 的离子接近带的中心偏移，并且带束的另一侧的离子远离中心偏移，由此在束改变结构下 游的位置处产生图10的B所示的沿带宽度(沿χ方向)的强度变化。可能会需要对条24 及25之间的磁场偶极分量的额外调整以使束在χ方向进行再对中，并且可能会需要上述对 四极场的补充调整以重新建立带束的正确宽度。可通过下述各种方式来对铁磁条24及25 之间的偶极磁场分量进行调整。总体而言，通过选择性地对铁磁条24及25上的第一线圈结构27，28供电，以及对 条上的第二线圈结构33，34供电，可以使穿过条24及25之间的诸如束12之类的带状束发 生变化。在条24及25上的第一及第二线圈结构具有沿条的长度变化的连续绕组的情况下， 例如为了在条24及25之间分别提供四极及六极磁场分量，可以使带状束在束宽度(沿χ 方向)上的强度改变，由此控制束沿着束剖面的较长方向(χ方向)的总体宽度，并在带状 束沿χ方向的带宽度上存在一定程度的不对称的情况下提供补偿。图2C示出了第三线圈结构70及71，其也分别额外地缠绕在铁磁条24及25上。 线圈结构70及71具有在结构70及71的各个端部72，73与74，75之间延伸的连续绕组。 结构70的左侧部分76以与相对于位于条24的中点处(χ = 0)中心点78位于相对一侧的 右侧部分77相同的方向缠绕。类似的，结构71的左侧部分79以与右侧部分80相同的方 向缠绕。但是，在图2C所示的示例中，相较于上侧条24上的上侧结构70，下侧铁磁条25上 的下侧结构71以反向缠绕，由此如箭头81所示，当两个结构70及71被供应从一端至另一 侧沿同向流经绕组的电流时，如图所示，在铁磁条24及25的并置端部之间形成相反的北极 及南极。上侧线圈结构70的左侧及右侧部分76及77分别包括在结构70的各个端部72， 73与结构的中心点78之间延伸的连续绕组。类似的，下侧第三线圈结构71的左侧及右侧 部分79及80分别包括在结构71的左右端部74，75与中心点82之间延伸的连续绕组。如 图2C所示，线圈结构70及71的各连续绕组分别形成具有每单位长度匝数的第三分布。第 三线圈结构的上述每单位长度匝数的第三分布与图2B的第二线圈结构的每单位长度匝数的第二分布不同，并与图2A的第一线圈结构的每单位长度匝数的第一分布不同。在本示例中，由第三线圈结构提供的每单位长度匝数的第三分布使得产生沿y方 向延伸的磁场沿着X方向的八极分布。图6示出了由在X-Y笛卡尔座标系上分布的八个磁 极产生的典型八极磁场分布。因此，如图所示，四个北极90，91，92及93与四个南极94，95， 96及97以对称方式交替分布。在八极场结构的中心处X轴附近的区域中，磁场沿y方向延 伸，并如图9所示具有随着X的强度变化。图10的C示出了如图9所示沿χ方向变化的磁 场分量对在条24及25之间穿过的带束12的影响。假定线圈结构70及71的左侧部分76 及79与右侧部分77及80对称，则在条24及25之间得到的磁场分量具有使得在带束的中 心(x = 0附近)与带束的外边缘之间的束强度重新对称分布的效果。将要理解的是，可能 会需要对由第一线圈结构27，28产生的四极场分量进行补充调整以保持所需的带束宽度。如上具体参考图2A，2B及2C说明的示例显示了如何至少利用上述相对铁磁条上 的第一及第二线圈结构(其被选择性地供电以在条之间提供沿y方向延伸并分别具有沿条 之间的细长空间的第一及第二磁场强度分布的各个分量磁场)，使具有细长剖面的带状离 子束产生改变。在上述示例中，首先，上述第一、第二及第三线圈结构可提供四极、六极及八 极磁场强度分布。也可提供一个或更多其他线圈结构以形成具有额外场强分布的对应的额 外磁场分量。例如，可在各个条24及25上设置第四线圈结构，该线圈结构包括具有每单 位长度匝数的第四分布的连续绕组，由此产生沿条的长度随着χ而变化的第四磁场强度分 布。该第四磁场强度分布可以是十极分布。图3的A，B，C及D示出了适于对上述类型的带状离子束的束改变结构进行修改得 到的实施例的线圈结构。图3的A示出了在一对相对铁磁条(对应于图2A的条24及25) 中的一者上的第一线圈结构100。在图3的A中，以及在图3的B，C及D中，为了简化，省 略了两个相反条中的第二者上的对应线圈结构。在图3的A中，线圈结构100是沿条24的 长度在线圈结构的整个长度上具有相同方向的连续绕组。因此，线圈结构100可被视为与 图2A中的线圈结构27类似。线圈结构100具有在线圈结构的长度(因此在条24的长度 及条之间的细长空间26的长度)上均勻的每单位长度线圈分布。中心点101被界定在线 圈结构100的一半处，位于各个铁磁条24的中点。可编程电源单元102连接在分别与线圈 结构100的相对端部连接的电源引线103与104之间，以传输所期望并所选择的通过线圈 结构的电流。将要理解的是，对应的线圈结构设置在另一铁磁条25上。另一条25上的对应线 圈结构可连接至分立的可编程电源(未示出)以提供所期望的通过该结构的电流。在图3 的A中，可编程电源单元102被连接以在图中沿从右向左的方向驱动电流通过线圈结构100 的连续绕组。如果另一铁磁条25上的第二对应线圈结构以与线圈结构100相同的方向缠 绕，则另一条25上的结构应当被连接以沿相反方向(沿线圈结构从左向右)驱动电流通过 结构的连续绕组。通过上述设置，以与上述图2A中类似的方式，在两个条的并置端部形成 相反的磁极。替代地，另一铁磁条25上的线圈结构可以沿与线圈结构100相反的方向缠绕， 并且可沿从右向左的相同方向来驱动电流通过另一条25上的线圈结构。可以理解，该设置 也可在两个铁磁条的并置端部形成相反的磁极。尽管另一铁磁条25上的线圈结构可由分立的可编程电源单元驱动，但两个条24 及25上的两个线圈结构也可适当地串联连接，由此单一电源可驱动相同的电流通过两个线圈结构。图3的B示出了铁磁条24上的第二线圈结构104，其等同于图2B所示的线圈结 构。但是，在图3的B中，第二线圈结构104包括位于线圈结构的中心线106 (其对应于铁 磁条24的中点)左侧的第一连续绕组105，以及位于中心线106右侧的另一连续绕组107。 连续绕组105及107中的每一者均从中心线106向线圈结构的位于铁磁条24的对应端部 29及30处的的各个端部延伸。重要的是，连续绕组105经由一对电源引线109及110连接 至第一可编程电源单元108，并且连续绕组107经由一对电源引线112及113连接至分立的 可编程电源单元111。在本实施例中，连续绕组105及107每一者所具有的每单位长度线圈分布均从线 圈结构104的各个端部处的最大值向线圈结构的中心线106处的最小值线性地变化。两个 连续绕组105及107以相同的方向缠绕，但电源单元108及111被连接成驱动电流沿线圈 结构104的长度以相反方向(图中从端部朝向中心线106)通过两个绕组105及107。本领 域的技术人员可以理解的是，如果两个连续绕组105及107在线圈结构104的各个端部与 中心线106之间的相应位置具有相同的每单位长度匝数，并且电源单元108及111被设置 成驱动相同的电流量通过两个连续绕组，则线圈结构104的磁性影响与图2B中的线圈结构 33相同。此外，还在另一铁磁条25上设置了类似的第二线圈结构，但是为简化起见，未在 图3的B中示出。因此，可以看出，如图3的B所示位于两个铁磁条24及25上的线圈结构可在条之 间的细长空间内产生磁场，与上述图2B中所示的线圈结构类似，所产生的磁场具有根据六 极分布而变化的强度。如上所述，如果每一个线圈结构104的连续绕组105及107均类似，沿中心线对 称，并且以相同的电流驱动，则在铁磁条24及25之间产生的场分量可如图8所示具有对称 的分布状态。但是，因为各个第二线圈结构104的两个部分(绕组105及107)通过分别的 电源引线被分立地连接至独立的可编程电源单元108及109，故可驱动不同的电流通过两 个绕组105及107。以此方式，由第二线圈结构产生的分量场的强度分布可关于中心线(χ =0)变的不对称。在极端情况下，通过两个连续绕组105及107中一者的零电流会导致中 心线(χ = 0) 一侧的场分量变为不会随χ产生变化。使连续绕组105及107中一者中的电 流方向反向可产生在中心线的一侧具有相反极性的场，例如图8中虚线120所示。重要的是，为了确保第二线圈结构104产生跨着位于条之间的带束的厚度的、沿y 方向延伸的磁场分量，应当由电源单元108及111在两个铁磁条24及25中每一者上的第二 线圈结构中提供对应的电流。可通过将铁磁条24上的连续绕组105与另一铁磁条25上的 第二线圈结构的相应连续绕组串联连接，然后由共用电源单元108对两个绕组供电，来确 保实现上述目的。类似的，两个铁磁条上的连续绕组107可与单一公用电源单元111串联 连接。但是，可为下侧铁磁条25上的第二线圈结构的连续绕组设置与电源单元108及111 对应的分立电源。然后，这些电源可工作以提供相应的电流，从而在条之间产生所期望的y 方向磁场分量。图3的C示出了铁磁条24上的第三线圈结构125。该第三线圈结构可具有与以上 参照图2C所述的结构的每单位长度匝数相同的变化方式，由此两个铁磁条24及25上对应的第三线圈结构125可产生沿条之间的细长空间的长度具有八极强度变化的分量磁场。但 是，在图3的C中，每个线圈结构125均被划分为中心线106左侧的第一连续绕组126以及 中心线106右侧的第二连续绕组127。与第二线圈结构类似，第三线圈结构125的每一个连 续绕组1 及127均通过各个电源引线128，129以及130，131连接至各个可编程电源单元 132及133。在图3的C中，第三线圈结构125的两个连续绕组1 及127以相同的方向缠 绕，并且示出电源单元132及133被连接成驱动电流沿线圈结构125的长度以相同方向通 过这些连续绕组1 及127。如果两个连续绕组1 及127在线圈结构端部与中心线106 之间的各对应位置处具有相同的每单位长度匝数，并且电源单元132及133受到控制以驱 动相同的电流通过绕组1 及127，则线圈结构125将产生与上述图2C所示的线圈结构相 同的分量磁场分布。将要理解的是，以与图2C相同的方式，相应的第三线圈结构设置在下 侧铁磁条25上，并且两个条M及25上的第三线圈结构被缠绕并被驱动，以在条的相应的 并置端部处、于线圈结构的端部产生相反的磁极。因此，图3的C的第三线圈结构可产生的 沿y方向延伸的磁场分量具有图9所示沿χ方向的强度分布。但是，因为第三线圈结构125中的每一者均由两个被各个电源单元132及133独 立供电的连续绕组126及127形成，故可使图9所示的磁场分布的两侧0^ = 0的两侧)不 对称。例如，如果通过连续绕组126及127中一者的电流被反向，则如图9中的虚线140所 示，可类似地使所产生的位于中心线该侧的磁场强度分布具有相反极性。图3的D示出了由中心线106相对两侧的两个连续绕组146及147形成的第四线 圈结构145。连续绕组146及147中每一者也分别由电源引线的各个对148，149以及150， 151连接至各个可编程电源单元152及153。每一个连续绕组146及147均具有每单位长 度匝数沿第四线圈结构145的长度的第四分布，与铁磁条M相应。每单位长度匝数的第四 分布与图3的A，B及C中所示的第一，第二及第三线圈结构的第一，第二及第三分布不同。 如图3的B及图3的C所示，对应的第四线圈结构也形成在下侧铁磁条25上。对该每单位 长度匝数的第四分布进行选择，使得当如图所示通过连续绕组146及147的电流进行供电 时，两个铁磁条M及25上的第四线圈结构提供在条M及25之间沿y方向延伸的分量磁 场，其具有与是十极分布对应的沿条之间的细长空间26的长度的强度分布。本领域的技术 人员将理解，除了曲线在x = 0的两侧的中心变平并朝向线圈结构的外侧端部具有增大的 梯度之外，十极分布在χ轴附近的区域中具有与图8所示的六极分布类似的分布情况。可以使用第四线圈结构145以及图3的D提供的十极场分布来在带束的边缘附近 使束离子重新分布。与参考图3的B及C描述的第二及第三线圈结构类似，两个铁磁条M 及25上的第四线圈结构145可由来自电源152及153的电流供电以提供对带束中心线两 侧的对称校正。但是，因为每一个线圈结构145均具有分立供电的连续绕组146及147，故 也可能需要不对称校正。图11更详细地示出了束改变结构的实施例。在该图中，带状离子束160在相对的 铁磁条161之间穿过。如上参考图3的A-D所述，铁磁条161每个均承载第一，第二，第三 及第四线圈结构。在162处示意性地示出了对于第一，第二，第三及第四线圈结构的连续 绕组的电源引线，所述电源引线将连续绕组连接至可编程电源单元102，108，111，132，133， 152及153。对应的一组电源引线可用于将电源单元连接至图中所示比离子束160位于更 远侧的另一铁磁条161上的第一，第二，第三及第四线圈结构。为了简化起见，在图中省略了这些额外的电源引线。两个铁磁条161上的线圈结构可由分立的电源单元组驱动，或者 例如可串联连接在一起使得可由同一电源单元来驱动两个条161上的相应线圈结构的相 应连续绕组。第一，第二，第三及第四线圈分布的绕组在各个铁磁条161上彼此叠置。铁磁条 161由钢(或其他铁磁材料)制成，并被选择以具有足够的剖面积以确保沿各个条的最小的 磁饱和。以此方式，可同时对不同的线圈结构供电，由此允许由上述结构产生的各个磁场分 布的叠加。在以上讨论的示例中，在两个条161上的线圈结构被供电从而提供静磁势沿条 161的长度的镜像对称分布的情况下，会产生跨着带束160的厚度、沿y方向延伸的磁场。 附加地产生了在由不同线圈结构产生的磁场强度沿χ方向的不同多极分布，由此可对带束 施加复杂的综合校正。在图11中，铁磁条161及其上的线圈结构通过流经导管163及164的冷却水进行 水冷。两个铁磁条161中每一者的中点165通过磁轭结构166被磁性互连，磁轭结构166 用于对跨着两个条161之间的细长开放空间的、沿y方向的偶极磁场强度分量进行控制。 在不存在沿铁磁轭结构166施加的任何静磁势的情况下，该结构用于使两个条161的中点 165处的静磁势相同。由此具有如下效果能够去除图2B及图3的B所示的第二线圈结构 33，34的中心点45及52处的北极及南极。因此，可在两个条之间产生图8所示的六极场分 布。类似的，可通过铁磁轭166改变由图3的D的第四线圈结构产生的十极场分布，由此在 条161的中点处产生y方向上的零磁场。如果需要两个条161之间的整体偶极场的变化，则可通过从另一可编程电源单元 169驱动所选择的电流通过铁磁轭166上的线圈168来产生该变化。可能需要两个条161 之间的偶极场以确保对在带平面中离子束的方向进行的控制。如图12所示，替代将两个条161的中点互连的单一磁轭166，可通过一对铁磁芯 体171及172来将图12中示出为177及178的两个相对铁磁条的并置端部磁性互连。各 个反磁线圈(bucking coil) 173及174被缠绕在各个芯体171及172上，并分别连接至可 编程电源175及176。通过向芯体171及172上的反磁线圈173及174施加合适的电流，可 在铁磁条的并置端部之间保持合适的磁势，由此避免磁短路。可以构思出其他用于对条177及178的端部处的磁势进行控制的设置方式。图13示出了图11的铁磁条161中一者的细节，以及形成条上的预期线圈结构的 方式。在该图中，为了清楚起见，示出了一个铁磁条161的位于端部180与中点181之间的 一半。在图13的取向上，示出了条的左侧端部，而条的右侧是所示出的条的一半的镜像。条161分别承载了数个线圈单元，S卩182，183，等等直至191。因此，在条161的中 点181与示出的端部180之间存在十个彼此相邻堆叠的线圈单元。相应数量的线圈单元堆 叠在条161的另一端至中点181的右侧，由此形成图示的线圈单元的镜像。因此，总体而言， 在条161上总是存在偶数个线圈单元，其均勻地分布在条的中点181的两侧。每个线圈单 元182，183等均被铁磁片192分离，并且在条的端部180处的最端部线圈单元191的外侧 边缘处还安装有另一片192。相邻线圈单元之间的磁性片192确保了与两个条161之间的 对称平面的线193尽可能接近地、沿条之间的细长空间的边缘设置沿条161的长度在该位 置处的合适静磁势，同时允许足够空间以容纳带束的厚度(沿y方向)。
各个线圈单元182，183直至到达条的端部180的第二位靠近最外侧的线圈单元 190均具有沿条的长度的均一的尺寸。位于条的端部180处的最后线圈单元191具有上述 长度尺寸两倍的长度。由此在第一至第九线圈单元182至190中每一者中提供第一，第二， 第三及第四线圈结构的匝数，使得在这九个线圈单元中每一者的匝数发生变化使得提供各 个线圈结构的每单位长度匝数沿条的长度的期望分布状态。第一线圈结构由各个线圈单元182至190的与条161相邻布置的部分195表示。 一起形成第一线圈结构的各个部分195的匝数在各个线圈单元182至190中均相同。因此， 可以看到线圈单元182至190的部分195 —起产生上述第一线圈结构，其每单位长度匝数 沿条161的长度恒定不变。两倍长度线圈单元191中与条的端部180最接近的另一部分195相对于线圈单元 182至190中的部分195以相反方向缠绕，并提供了条内的场的终界，由此减小在相邻的最 外侧线圈单元190的区域中所期望y方向场的畸变。在各个条的相对端部附近的第二位靠 近最外侧的线圈单元190之间延伸的、条之间的空间中产生用于改变带束所需的磁场。因 此，束剖面160的全部长度应当被容纳在这些第二位靠近最外侧的线圈单元190之间。两 倍长度线圈单元191的部分195与第一线圈结构的其余的线圈单元182至190的部分195 串联连接，并相对于第一线圈结构的其余部分的总匝数具有足够的匝数，以提供条内的磁 场的合理终界，并减小上述畸变。可以凭经验来确定用于线圈单元191的合适的匝数。第二线圈结构由图示为线圈单元182至190中每一者中位于部分195径向外侧的 部分196来表示。在沿条161具有相同的长度的线圈单元182至190中，各个部分196的匝 数在图13中由各个部分196的径向宽度来表示。因此，可以看到各个线圈单元182至190 中的匝数朝向条的端部180逐渐线性增大。因此，由线圈单元的部分196形成的第二线圈 结构具有的每单位长度匝数沿条线性地变化。两倍长度线圈单元191中的另一部分196与 线圈单元182至190中的部分196串联连接，并沿与线圈单元182至190中的部分196相 反的方向缠绕。线圈单元191中的该部分196起与上述线圈单元191中的部分195类似的 作用。第三线圈结构由图示的位于部分196径向外侧的部分197表示，并且第四线圈结 构由图示的位于部分197径向外侧的部分198表示。选择各个线圈单元182至190每一者 中的第三及第四线圈结构的匝数以沿条提供合适需要的每单位长度匝数。两倍长度线圈单 元191中的其他部分197及198与线圈单元182至190中的相应部分串联连接，并以相反的 方向缠绕。线圈单元191中的这些部分197及198起与线圈单元191中的部分195及196 类似的作用。下表示出了用于线圈结构的各个线圈单元的匝数，来用于提供上述磁场的四极、 六极、八极及十极分布。线圈场线圈单元编号结构182183184185186187188189190191第一四极202020202020202020-60筮一 >R——·六极14681113151820-30第三八极-12368121520-20第四十极--113591420-20在上表中，在线圈单元182至190中的单一一个线圈单元中的特定线圈结构所用 的最大匝数为20，但是当然也可以设置更多或更少的匝数，只要保持了不同线圈单元之间 的比率从而提供了希望的场强度分布即可。此外，设置以形成线圈结构的线圈单元的数量 可不同于本示例中的九个，只要不同线圈单元中的匝数的比率被设定成提供了希望的场强 分布即可。表中给出的线圈单元191的匝数为负值，以表示如上所述其沿相反的方向缠绕。重要的是，一起形成了第一线圈结构的线圈单元部分195自身彼此串联连接，成 为在条161的中点181与条的端部180之间延伸的连续绕组。类似的，线圈单元的形成第 二，第三及第四线圈结构每一者的部分也串联连接在一起成为连续绕组。第一线圈结构的 如图13中所示的连续绕组自身在条161的其余部分上与中点181右侧的相应的连续绕组 串联连接，使得在条161的整个长度上第一线圈结构通过单一一对电源引线(图13中未示 出)连接至各个电源单元。另一方面，图13所示的由线圈单元182至191的部分196所形 成的第二线圈结构的连续绕组并未沿条161与中点181右侧的相应线圈单元部分196直接 串联连接。如先前所解释的，中点181各侧的连续绕组经由电源引线分立地连接至各个电 源。类似的，图13中的位于中点181相对两侧的第三及第四线圈结构的连续绕组经由各个 电源弓I线独立地连接至各个电源。在以上对实施例及示例的描述中，已经澄清了束改变结构的相对铁磁条上的线圈 结构在两个条上被反向地供电，由此在两个条之间产生相反的磁极，从而形成跨着两个条 之间的细长空间沿y方向延伸的磁场。该沿y方向的磁场用于在带束平面中选择性地使束 离子沿χ方向偏转。本领域的技术人员将理解，如果使条中的一者上的线圈结构中的电流反向，则例 如可在两个铁磁条的并置端部处形成相似的磁极。图14A是图2A所示的第一线圈分布的 示意图。区别仅在于上侧条M上的第一线圈结构27中的电流的方向与图2A中的相反。 因此，两个条M及25均在并置端部四及31处产生北极，并在并置端部30及32处产生南 极，由此如箭头200所示在细长空间沈中产生沿χ方向延伸的均勻磁场分量。上述沿χ方 向延伸的均勻场(χ场)用于使束12的离子在条M及25之间沿y方向偏移(对于束方向 为直接离开图14A中的纸张的情况而言)。因为χ场中随着χ的变化保持均勻，故带束沿y 方向在其宽度上被均勻偏移。图14B示出了与图2B的设置对应的第二线圈结构。但是，在图14B中，下侧条25 中的第二线圈结构中的电流方向被反向。因此，从条M及25的中点处的有效北极沿箭头201及202方向向外朝向条的两对并置端部处的南极，沿条之间的细长空间沈产生χ方向 磁场分量。图14C示出了与上述图2C中所示相同形式的第三线圈结构，但是，下侧条25上的 第三线圈结构中的电流方向被反向。该设置方式也可在条之间的细长空间内产生X方向磁 场，该磁场以使得在左侧条端部处的北极至右侧条端部处的南极之间强度发生变化的方式 延伸。图15是铁磁条161上的线圈结构的示意图，其示出了图14A的设置方式。图15 中的虚线表示沿χ方向在条之间延伸的磁场。图15所示的上述均勻χ场的作用是使得如 图16所示带束沿y方向发生均一的偏转。如图16所示，带束上不同χ位置处的点被均勻 χ场沿而大致偏移动相似的y量。图17也示出了铁磁条161上的线圈结构，这次示出了对图14B所示的第二线圈结 构供电的结果。在图17中，实线箭头表示沿条的不同位置处的有效安培匝，而虚线箭头示 出了产生的χ方向磁场。图18是如上所述经供电由图14B的第二线圈分布产生的χ方向 场的强度的示意图。χ方向场随χ线性变化，从条之间细长空间的一端处的一个极性的最大 值，通过条之间中点处的零，到条的另一端处的相反极性的最大值。如图19所示，在条之间 的上述线性变化的χ方向磁场向带束的离子施加了随χ线性变化的y方向偏移。如图20所示，通过如图14C所示的被供电的第三线圈结构形成的χ方向磁场在条 之间的细长空间沈的长度上随X而变化。因此，X方向磁场发生变化，从条之间细长空间 一端处的最大值，通过条之间中点处的零值，至条的另一端部处返回为相同的最大强度。如 图21所示，由此产生的束离子的y方向偏移随带束中的X位置发生变化。应当理解，可在提供以上参考图2A，图2B及图2C描述的y方向分量场分布的基础 上额外提供由图14A，图14B及图14C中所示的设置方式产生的χ方向磁场分量。在这些图 中示出的被连接以驱动电流通过线圈结构的可编程电源可以被编程以提供通过线圈结构 的连续绕组的电流，该电流包括被设计用于对线圈结构供电以产生y方向磁场分量的电流 分量(如上参考图2A，图2B及图2C所述)，以及意在产生χ磁场分量的其他电流分量(参 考图14A，图14B及图14C所述)。具体而言，根据本发明的示例及实施例，所描述的第二及第三线圈结构可利用图 14B及图14C所示的电流来在条M及25之间产生不均勻的χ方向场，该χ方向场随χ以所 希望的函数变化。在图14Β及图14C中给出的两个示例中，揭示了使用上述第二线圈结构 的随χ线性变化的不均勻χ场，以及使用第三线圈结构的根据图20所示的函数而随χ变化 的非线性χ场分量。此外，通过选择通过各个线圈结构的连续绕组部分的适当电流方向，可使用图3 的Α，B, C及D中所示的第一，第二，第三及第四线圈结构来产生χ方向磁场分量。对以上 参考图14Α，图14Β及图14C进行描述的设置方式亦然。如图3的B，C及D所示，在铁磁条 24及25的中点的相对两侧使用具有分立的连续绕组部分的分割线圈结构可提供额外的灵 活性，由此允许在条之间产生关于条的中点不对称的χ方向磁场。重要的是，通过选择流经线圈结构的连续绕组部分的适当电流方向，也可使用图3 的D所示的第四线圈结构来产生χ方向场。也可以在铁磁条M及25上设置额外的线圈结构以根据需要提供额外的磁性χ场分量的分布。尽管在上述示例中，可同时或分开使用第一，第二，第三及可选第四线圈结构 来产生X场分量及y场分量两者，但可替代的，也可仅使用分立的线圈结构来产生额外地施 加至铁磁条的y分量场。还应当理解的是，可使用其他束改变结构来产生沿带束的X方向 延伸、并具有以作为χ的函数变化的不均勻强度的磁场分量。具体而言，使用沿带状束的χ方向延伸的磁场分量以向束施加希望的y方向偏移 的设置方式可具体应用在使用高电流、高能带状束的离子注入领域中。图22提供了先前参 考图1描述的离子注入器结构的元件的详细示意图。在图22中，来自离子源10的带状束 12被示出为具有箭头250所示的束方向。如参考图1所述，束12通过离子源处的提取电极11被加速至第一能量。在通过 束改变结构13之后，束穿过入口板18的束界定孔17，其位于加速组件19的偏压开孔电极 20的前方的物平面上。尽管离子束12从束改变结构13到加速组件19在图22中示出为从 左向右沿直线延伸，但束也可穿过图1所示的折弯偶极磁结构14以及其他束元件。如上所述，在带束轰击位于处理室内要被注入的衬底23之前，加速组件19向带束 施加进一步的能量。上述结构在用于在要被注入的衬底23处产生不仅具有高能(通常高 于400keV)还具有相对较高电流(通常为数10毫安)的带束时特别有效。利用其束界定 孔17，入口板18在确保进入加速组件19的带束具有受限的横向范围(沿带束的y方向及 χ方向)方面非常重要，带束将穿过加速组件的开孔电极，与加速电极20的开孔的边缘产生 最小的接触。即使少量带束被加速电极孔的边缘阻碍也会干扰沿着加速堆的偏压电压的分 级的一致性，并导致在加速组件内产生电弧。可通过调整由主偶极磁结构14施加的偶极场 (如上所述用于从束过滤掉不需要的离子核素)来沿束的χ方向实现带束12与入口板18 的束界定孔17的良好对准。也可以直接地通过控制由上述结构施加的纯偶极场(例如，通 过利用磁轭166上的绕组168(参见图11)控制上述示例的铁磁条之间的偶极场)，来用束 改变结构来向束施加小的χ方向偏移。图23示出了穿过束改变结构13、并通过在入口板18的束界定孔17实现良好对准 的情况下前进的束12。为了实现沿束的y方向的良好对准，束改变结构可沿被设计用于向 带束的离子施加关于χ轴的选择性y偏移动的带状束的χ轴施加沿χ方向延伸的场。图24A，图MB，图24C及图24D示出了要使束精确穿过束界定孔17的缝隙而可能 需要的沿束的1方向的各种校正。在图24A中，示出带状束位于与入口板18沿y方向略微 偏离的位置处。束界定孔17的缝隙具有线形细长形状。在图24A中，由虚线示出的离子束 沿离子束的剖面的较长方向具有良好的直线形状，但略微偏向束界定孔的左侧。通过使用束改变结构13来产生沿χ具有均勻强度的χ方向磁场分量，带束的所有 部分均可相对于X轴沿y方向在束改变结构处被偏移，由此如图24D所示，当其到达入口板 18时，偏移带束可良好地与束界定孔17对准。参考图MB，其示出了在入口板18的束界定孔17上良好地对中的离子束，但带状 束的平面相对于孔17的对准方向略微扭转。为了对此进行校正，束改变结构13施加随着χ 不均勻的χ方向磁场分量，其在带束剖面的一端处的一个极性的最大强度值与束剖面的另 一端处的相反极性的最大强度值之间变化。如上参考图14B，图17，图18及图19所示，上 述不均勻χ导向磁场分量可用于使带束的离子偏移，由此使带束旋转，从而使束在入口板 处良好地对准，如图24D所示。
现参考图MC，其示出了束具有弯曲的剖面形状，由此其不能够通过束界定孔17 的线形缝隙在带的整个宽度上正确地匹配。束改变结构13被设置成施加随χ而变化的χ方 向磁场分量，由此向离子束的不同部分施加合适的校正1偏移，由此在束到达入口板18时 使离子束的剖面形状变平，以正确地穿过束界定孔17。可利用以上参考图14A至图14C以及图20及图21描述的设置方式来提供χ方向 磁场的强度的需要的分布。如上参考图22，图23及图24Α至图24D进行的描述，在束改变结构13处提供的χ 方向磁场向束的离子施加沿y方向小角度偏转，由此在束到达入口板18时对束剖面进行适 当的空间校正。入口板18位于加速组件19的物焦点处。本领域的技术人员将理解的是， 由加速组件19产生的静电加速场对穿过入口板18中的束界定孔17的缝隙的束中的离子 产生离子光学影响，由此具有相对于总体束方向呈一定角度的矢量的离子被会聚至加速组 件的入口，由此有效地被校准为平行于组件的轴线。因此，只要带状束的离子被正确地对准 以穿过入口板18的束界定孔17，其就可可靠地穿过偏压电极20的各个孔。因为前述原因， 这对减小高能离子对加速组件的电极的轰击非常重要。为了清楚完整地描述本发明，已经提供了各种实施例。在了解了本说明书之后，本 领域的技术人员将了解本发明的其他实施例。在这里已经描述了用于注入的详细方法及系 统，但也可使用落入本发明的范围的其他任何方法及系统。以上详细描述仅讨论了本发明可采用的多种形式中的一些形式。为此，该详细说 明仅起示例作用，而并不构成限制。本发明的范围意在由所附权利要求及其等同物来界定。
权利要求
1.一种用于改变带状离子束的方法，所述带状离子束具有与束方向垂直的细长剖面， 其中，在沿所述带状束的任意位置处界定了正交(X，1，ζ)笛卡尔坐标系，其中所述坐标系 的ζ轴在所述带状束的中心线处沿所述束方向延伸，X轴沿所述带状束的所述细长剖面的 较长方向延伸，而y轴沿所述细长剖面的较短方向延伸，所述方法包括以下步骤设置相对的铁磁条，其分别具有长度，并在其间界定了细长开放空间以容纳在所述束 的所述χ轴沿所述细长空间的长度延伸的情况下在所述条之间穿过的所述带状束；在所述相对的铁磁条中的每一者上分别设置各个第一线圈结构，所述各个第一线圈结 构包括连续绕组，并具有每单位长度匝数沿所述条的所述长度的第一预定分布，对所述第 一预定分布进行选择，以在所述第一线圈结构被选择性地供电时在所述相对的铁磁条之间 的所述细长开放空间内提供沿y方向的第一分量磁场，所述第一分量磁场具有沿χ方向在 所述开放空间的所述长度上相应的第一磁场强度分布；在所述相对铁磁条中的每一者上至少分别设置各个第二线圈结构，所述第二线圈结构 包括至少一个连续绕组，并沿所述条的所述长度具有每单位长度匝数的第二预定分布，对 所述第二预定分布进行选择，以在所述第二线圈结构被选择性地供电时在所述相对的铁磁 条之间的所述细长开放空间内提供沿所述y方向的第二分量磁场，所述第二分量磁场具有 沿所述χ方向在所述开放空间的所述长度的至少一部分上相应的第二磁场强度分布；并且使所述带状束穿过所述相对的铁磁条之间的所述细长开放空间；并利用电流对所述各 个第一及第二线圈结构选择性地进行供电，以使所述带状离子束产生期望的变化。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤在所述相对的铁磁条中的每一者上、除了设置所述一个连续绕组之外还设置其他连续 绕组作为所述各个第二线圈结构，所述一个连续绕组及所述其他连续绕组位于所述铁磁条 的长度的中点的相对两侧，并一起提供了每单位长度匝数的所述第二预定分布，由此在所 述一个连续绕组及所述其他连续绕组两者被选择性地供电时提供的所述第二分量磁场在 所述细长开放空间的所述长度上具有所述相应的第二磁场强度分布；并且选择性地并独立地对所述第二线圈结构的所述一个连续绕组及所述其他连续绕组供电。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一磁场强度分布是四极分布。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二磁场强度分布是六极分布。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤在所述相对的铁磁条中的每一者上分别设置包括至少一个连续绕组的各个第三线圈 结构，所述第三线圈结构具有每单位长度匝数沿所述条的所述长度的第三预定分布，对所 述第三预定分布进行选择，以在所述第三线圈结构被选择性地供电时在所述相对的铁磁条 之间的所述细长开放空间内提供沿所述y方向的第三分量磁场，所述第三分量磁场具有沿 所述χ方向在所述开放空间的所述长度的至少一部分上相应的第三磁场强度分布；并且还对所述各个第三线圈结构进行选择性地供电。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤在所述相对的铁磁条中每一者上、除了设置所述一个连续绕组之外还设置其他连续绕 组作为所述各个第三线圈结构，所述一个连续绕组及所述其他连续绕组位于所述铁磁条的 所述长度的中点的相对两侧，并一起提供了每单位长度匝数的所述第三预定分布，由此在所述一个连续绕组及所述其他连续绕组被选择性地供电时提供的所述第三分量磁场在所 述细长开放空间的所述长度上具有所述相应的第三磁场强度分布；并且选择性地并独立地对所述第三线圈结构的所述一个连续绕组及所述其他连续绕组供电。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一、第二及第三磁场强度分布分别是四 极、六极及八极分布。
8.根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤在所述相对的铁磁条中的每一者上分别设置包括至少一个连续绕组的各个第四线圈 结构，所述第四线圈结构具有每单位长度匝数沿所述条的所述长度的第四预定分布，对所 述第四预定分布进行选择，以在所述第四线圈结构被选择性地供电时在所述相对的铁磁条 之间的所述细长开放空间内沿所述条提供沿所述y方向的第四分量磁场，所述第四分量磁 场具有沿所述χ方向在所述开放空间的所述长度的至少一部分上相应的第四磁场强度分 布；并且还对所述各个第四线圈结构进行选择性地供电。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤在所述相对的铁磁条中的每一者上、除了设置所述一个连续绕组之外还设置其他连续 绕组作为所述各个第四线圈结构，所述一个连续绕组及所述其他连续绕组位于所述铁磁条 的所述长度的中点的相对两侧，并一起提供了每单位长度匝数的所述第四预定分布，由此 在所述一个连续绕组及所述其他连续绕组被选择性地供电时提供的所述第四分量磁场在 所述细长开放空间的所述长度上具有所述相应的第四磁场强度分布；并且选择性地并独立地对所述第四线圈结构的所述一个连续绕组及所述其他连续绕组供电。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一、第二、第三及第四磁场强度分布分别 是四极、六极、八极及十极分布。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤对跨着所述相对的铁磁条之间的所述细长开放空间的磁场强度的偶极分量进行控制。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，通过在所述相对的铁磁条的中点之间连接铁 磁轭，来控制所述偶极场强度。
13.一种用于改变带状离子束的设备，所述带状离子束具有与束方向垂直的细长剖面， 其中，在沿所述带状束的任意位置处界定了正交(X，1，ζ)笛卡尔坐标系，其中所述坐标系 的ζ轴在所述带状束的中心线处沿所述束方向延伸，X轴沿所述带状束的所述细长剖面的 较长方向延伸，而y轴沿所述细长剖面的较短方向延伸，所述设备包括一对相对的铁磁条，其分别具有长度，并在其间界定了细长开放空间以容纳在所述束 的所述χ轴沿所述细长空间的长度延伸的情况下在所述条之间穿过的所述带状束；在所述相对的铁磁条中的每一者上的各个第一线圈结构，其中，所述各个第一线圈结 构分别包括连续绕组，并具有每单位长度匝数沿所述条的所述长度的第一预定分布，所述 第一预定分布被选择，以在所述第一线圈结构被选择性地供电时提供横向跨着所述相对的 铁磁条之间的所述细长开放空间的第一分量磁场，所述第一分量磁场具有在所述开放空间 的所述长度上相应的第一磁场强度分布；在所述相对的铁磁条中的每一者上的各个第二线圈结构，其中，所述各个第二线圈结 构分别包括一对连续绕组，所述一对连续绕组中的各个分别位于各个所述铁磁条的长度的 中点的相对两侧，所述一对连续绕组具有每单位长度匝数沿所述条的长度的第二预定分 布，其中，所述第二预定分布被选择，以在所述第二线圈结构被选择性地供电时提供横向跨 着所述相对的铁磁条之间的所述细长开放空间的第二分量磁场，所述第二分量磁场具有在 所述开放空间的所述长度上相应的第二磁场强度分布；以及各个电源引线，其通向各个所述第一线圈结构的所述连续绕组，并通向各个所述第二 线圈结构的所述一对连续绕组中的各个连续绕组。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述第一线圈结构的所述连续绕组的每单位 长度匝数的所述第一预定分布被选择，使得所述相应的第一磁场强度分布是第一多极分 布，并且所述第二线圈结构的所述一对连续绕组的每单位长度匝数的所述第二预定分布被 选择，使得所述相应的第二磁场强度分布是与所述第一多极分布的极数不同的第二多极分 布。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述第一多极分布是四极分布，而所述第二多 极分布是六极分布。
16.根据权利要求13所述的设备，还包括分别在所述相对的铁磁条中每一者上的各个第三线圈结构，其中所述各个第三线圈结 构分别包括包括一对连续绕组，所述一对连续绕组位于各个所述铁磁条的长度的中点的相 对两侧，所述一对连续绕组具有每单位长度匝数沿所述条的长度的第三预定分布，其中，所 述第三预定分布被选择，以在所述第三线圈结构被选择性地供电时提供横向跨着所述相对 的铁磁条之间的所述细长开放空间的第三分量磁场，所述第三分量磁场具有在所述开放空 间的所述长度上相应的第三磁场强度分布；以及其他各个电源引线，其通向各个所述第三线圈结构的所述一对连续绕组中的各个连续 绕组。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述第一、第二及第三线圈结构的所述连续绕 组的每单位长度匝数的所述第一、第二及第三分布被选择，使得所述相应的第一、第二及第 三磁场强度分布分别是四极、六极及八极分布。
18.根据权利要求16所述的设备，还包括在所述相对的铁磁条中的每一者上的各个第四线圈结构，其中所述各个第四线圈结构 分别包括包括一对连续绕组，所述一对连续绕组位于各个所述铁磁条的长度的中点的相对 两侧，所述一对连续绕组具有每单位长度匝数沿所述条的长度的第四预定分布，其中，所述 第四预定分布被选择，以在所述第四线圈结构被选择性地供电时提供横向跨着所述相对的 铁磁条之间的所述细长开放空间的第四分量磁场，所述第四分量磁场具有在所述开放空间 的所述长度上相应的第四磁场强度分布；以及其他各个电源引线，其通向各个所述第四线圈结构的所述一对连续绕组中的各个连续 绕组。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述第一、第二、第三及第四线圈结构的所述 连续绕组的每单位长度匝数的所述第一、第二、第三及第四分布被选择，使得所述相应的第 一、第二、第三及第四磁场强度分布分别是四极、六极、八极及十极分布。
20.根据权利要求13所述的设备，包括将所述相对的铁磁条的所述中点互连的铁磁轭。
21.根据权利要求13所述的设备，包括一对铁磁芯体，其中，各个铁磁芯件分别将所述相对的铁磁条的各对相邻端部互连；以及缠绕在各个所述铁磁芯体上的各个反磁线圈。
22.根据权利要求13所述的设备，其中，所述相对的铁磁条中的每一者均承载相应的 偶数个线圈单元，所述线圈单元在所述条的所述中点的两侧对称地沿各个所述条均勻地分 布，并且每个所述线圈单元均承载多个所述线圈结构的所述绕组的线圈匝，其中，根据各个 所述线圈结构的每单位长度匝数的所述预定分布来确定在用于各个所述线圈结构的所述 线圈单元中的所述线圈匝的数量。
23.根据权利要求22所述的设备，还包括铁磁片，其所述铁磁片布置在各个所述铁磁 条上的每一对相邻的所述线圈单元之间，所述铁磁片朝向所述细长开放空间延伸。
24.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述第一线圈结构及所述第二线圈结构中的 至少一者供电，以沿所述细长空间的所述长度提供沿着所述χ方指向的额外分量磁场，从 而向所述带状束的离子相对于所述χ轴施加y偏移。
25.根据权利要求3所述的方法，其中，对至少所述第一线圈结构供电，以沿所述细长 空间的所述长度提供沿所述χ方向指向的第一额外分量磁场，从而向所述带状束的离子相 对于所述χ轴施加y偏移，所述第一额外分量磁场具有沿所述χ轴的均勻强度。
26.根据权利要求4所述的方法，其中，对至少所述第二线圈结构供电，以沿所述细长 空间的所述长度提供沿所述χ方向指向的第二额外分量磁场，从而向所述带状束的离子相 对于所述χ轴施加y偏移，所述第二额外分量磁场具有随χ线性变化的不均勻强度。
27.根据权利要求10所述的方法，其中，对所述第三线圈结构及所述第四线圈结构中 的至少一者供电，以沿所述细长空间的所述长度提供分别在沿所述χ方向指向的第三及第 四额外分量磁场中相应的至少一者，所述第三及第四额外分量磁场中的每一者均具有随χ 的各个预定函数而变化的各个不均勻强度。
28.根据权利要求13所述的设备，包括可编程电源，所述可编程电源连接至所述电源 引线以向所述连续绕组传输预定电流，其中，所述可编程电源被设置为传输具有第一电流 分量的所述预定电流，所述第一电流分量对所述连续绕组供电，由此在所述一对相对的铁 磁条上提供相反的磁极，从而提供所述第一分量磁场及所述第二分量磁场。
29.根据权利要求28所述的设备，所述可编程电源被设置为传输具有第二电流分量的 所述预定电流，所述第二电流分量对所述连续绕组供电，由此在所述一对相对的铁磁条上 提供一致的磁极，从而提供沿所述细长空间的所述长度指向的至少一个额外分量磁场。
全文摘要
本发明涉及用于改变带状离子束的方法及设备。利用一对相对的铁磁条上的多个线圈结构来改变带状离子束。该线圈结构包括连续绕组，其具有每单位长度匝数沿条的长度的预定变化模式。在示例中，一个线圈结构可沿条具有均匀的每单位长度匝数，由此对线圈结构供电可形成跨着条之间的缝隙延伸的、具有四极强度分布的磁场分量。第二线圈结构可具有变化来产生六极磁场强度分布的每单位长度匝数。还可提供额外的线圈结构以产生八极及十极磁场分布。可对线圈供电以产生与条平行的磁场，该磁场沿条的长度发生变化，从而使带状束扭转或变平。
文档编号H01J37/302GK102110570SQ201010558538
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者威廉·H·小派克, 肯尼思·H·波瑟 申请人:特温克里克技术公司