分析磁铁结构及宽幅离子源的制作方法

本申请涉及离子源，尤其是涉及一种分析磁铁结构及宽幅离子源。

背景技术：

1、通常在半导体晶圆制造过程中，需要进行掺杂过程改变纯净硅的电导率，目前比较有优势的方法是采用离子注入法，离子注入法则是通过离子注入机的加速和引导，将要掺杂的离子以离子束形式入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子发生一系列理化反应，入射离子逐渐损失能量，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，最后停留在材料中，实现对材料表面性能的优化或改变。

2、离子注入机前端有离子源，可以采用潘宁离子源或伯纳斯离子源等，将离子束加速之后，通过分析磁铁结构扩束的方式，将宽度有限的离子束拓宽成晶圆的尺寸，比如300mm的宽度，另一个维度通过晶圆的机械扫描，完成两个维度上离子束的均匀注入。

3、常规的离子注入机中，离子束束流传输线上的分析磁铁结构设计较为复杂，特别是对于初始较宽的离子束，影响了离子注入机工作稳定性。

技术实现思路

1、本申请的目的旨在解决上述的技术缺陷之一，提供一种分析磁铁结构及宽幅离子源，以降低宽幅离子源的分析磁铁结构复杂性。

2、一种分析磁铁结构，包括：设于离子束的束流传输线上的第一永磁体、电磁铁以及第二永磁体；

3、所述第一永磁体设于入口处，所述第二永磁体设于出口处，所述电磁铁设于第一永磁体和第二永磁体之间；

4、所述第一永磁体与第二永磁体成第一夹角设置，所述第一永磁体与第二永磁体的极性相反；

5、所述第一永磁体产生第一磁场，所述电磁铁产生电磁场，所述第二永磁体产生第二磁场；

6、所述离子束进入所述第一磁场，所述第一磁场对所述离子束产生垂直于参考平面的第一垂直偏转力，偏转后的离子束中射入到所述电磁场；

7、所述电磁场对离子束产生参考平面方向上的平面偏转力，偏转后的离子束中入射到第二磁场；

8、所述第二磁场对离子束产生垂直于参考平面的第二垂直偏转力，偏转后的离子束离开所述第二磁场进行输出；其中，所述第一垂直偏转力与第二垂直偏转力的方向相反。

9、在一个实施例中，所述第一永磁体包括平行设置的第一n极磁铁和第一s极磁铁；其中，所述第一n极磁铁和第一s极磁铁内形成第一磁场；

10、所述第二永磁体包括平行设置的第二n极磁铁和第二s极磁铁；其中，所述第二n极磁铁和第二s极磁铁内形成第二磁场；

11、其中，所述第一n极磁铁与第二s极磁铁在空间上形成磁回路；所述第二n极磁铁与第一s极磁铁在空间上形成磁回路。

12、在一个实施例中，所述的分析磁铁结构，还包括：设于所述第一永磁体与第二永磁体之间的第一铁轭；其中，所述第一铁轭设于所述中线上；

13、所述第一永磁体与第二永磁体在所述第一铁轭上形成磁回路。

14、在一个实施例中，所述电磁铁包括对称布局且极性方向相反的第一电磁铁和第二电磁铁；其中，所述第一电磁铁和第二电磁铁分别与所述中轴线之间形成第二夹角设置；

15、第一电磁铁与第二电磁铁在所述参考平面上沿第一永磁体与第二永磁体之间的中轴线对称布局；

16、所述第一电磁铁与第二电磁铁之间形成磁回路。

17、在一个实施例中，所述电磁铁还包括第二铁轭；其中，所述第一电磁铁和第二电磁铁通过所述第二铁轭形成磁回路。

18、在一个实施例中，所述第二铁轭的结构设计为u形形状；其中，所述第一电磁铁和第二电磁铁分别设于所述第二铁轭的端部；

19、所述第一电磁铁的第一螺线管和第二电磁铁的第二螺线管套设在第二铁轭上；

20、所述第一电磁铁和第二电磁铁通过所述第二铁轭在束流传输线上相对一侧形成磁回路。

21、在一个实施例中，所述第一永磁体和第一永磁体的结构沿垂直于参考平面方向延伸设置。

22、在一个实施例中，所述第一铁轭的结构沿垂直于参考平面方向延伸设置。

23、在一个实施例中，所述第二铁轭的结构沿垂直于参考平面方向延伸设置，所述第一螺线管和第二螺线管的缠绕于所述第二铁轭的端部上。

24、在一个实施例中，所述第一夹角在参考平面上的取值范围为[10°，30°]。

25、在一个实施例中，所述第一永磁体以及第二永磁体的截面尺寸为113×20mm，磁极间距为60mm。

26、在一个实施例中，所述第二夹角在参考平面上的取值范围为[0°，90°]。

27、在一个实施例中，所述第一螺线管和第二螺线管加载电流等大反向。

28、一种宽幅离子源，包括：离子源及所述的分析磁铁结构；其中，所述离子源输出离子束并通过所述分析磁铁结构进行扩幅和纯化处理。

29、上述分析磁铁结构及宽幅离子源，通过第一永磁体，第一永磁体和第二永磁体形成的均匀磁场对离子束产生垂直于参考平面的第一垂直偏转力，通过电磁铁形成的电磁场对离子束产生参考平面方向上的平面偏转力，将偏转后的离子束中纯化之后输出；该技术方案，应用于离子注入机中对离子源输出的宽幅离子束在两种偏转力的作用下进行纯化，降低了宽幅离子源的分析磁铁结构复杂性，简化了离子束拓宽结构，降低对束流传输线的要求，特别适用于初始较宽的离子束的纯化处理。

30、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种分析磁铁结构，其特征在于，包括：设于离子束的束流传输线上的第一永磁体、电磁铁以及第二永磁体；

2.根据权利要求1所述的分析磁铁结构，其特征在于，所述第一永磁体包括平行设置的第一n极磁铁和第一s极磁铁；其中，所述第一n极磁铁和第一s极磁铁内形成第一磁场；

3.根据权利要求1所述的分析磁铁结构，其特征在于，还包括：设于所述第一永磁体与第二永磁体之间的第一铁轭；其中，所述第一铁轭设于所述中线上；

4.根据权利要求1所述的分析磁铁结构，其特征在于，所述电磁铁包括对称布局且极性方向相反的第一电磁铁和第二电磁铁；其中，所述第一电磁铁和第二电磁铁分别与所述中轴线之间形成第二夹角设置；

5.根据权利要求4所述的分析磁铁结构，其特征在于，所述电磁铁还包括第二铁轭；其中，所述第一电磁铁和第二电磁铁通过所述第二铁轭形成磁回路。

6.根据权利要求5所述的分析磁铁结构，其特征在于，所述第二铁轭的结构设计为u形形状；其中，所述第一电磁铁和第二电磁铁分别设于所述第二铁轭的端部；

7.根据权利要求1-6任一项所述的分析磁铁结构，其特征在于，所述第一永磁体和第一永磁体的结构沿垂直于参考平面方向延伸设置；

8.根据权利要求7所述的分析磁铁结构，其特征在于，所述第一夹角在参考平面上的取值范围为[10°，30°]。

9.根据权利要求7所述的分析磁铁结构，其特征在于，所述第二夹角在参考平面上的取值范围为[0°，90°]，所述第一螺线管和第二螺线管加载电流等大反向。

10.一种宽幅离子源，其特征在于，包括：离子源及权利要求1-9任一项所述的分析磁铁结构；其中，所述离子源输出离子束并通过所述分析磁铁结构进行扩幅和纯化处理。

技术总结
本申请涉及一种分析磁铁结构及宽幅离子源，该分析磁铁结构包括：设于离子束束流传输线上的第一永磁体、电磁铁以及第二永磁体；第一永磁体产生第一磁场，所述电磁铁产生电磁场，所述第二永磁体产生第二磁场；第一磁场对离子束产生垂直于参考平面的第一垂直偏转力，偏转后的离子束中射入到电磁场产生参考平面方向上的平面偏转力，偏转后的离子束中入射到第二磁场，产生垂直于参考平面的第二垂直偏转力，偏转后的离子束离开第二磁场进行输出。该技术方案，应用于离子注入机中对离子源输出的宽幅离子束在两种偏转力的作用下进行纯化，降低了宽幅离子源的分析磁铁结构复杂性，简化了离子束拓宽结构，降低对束流传输线的要求。

技术研发人员：黄维,朱昆,颜学庆,蔡实现
受保护的技术使用者：广东省新兴激光等离子体技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14