一种带电粒子束流偏转磁场结构及应用该结构的离子注入机的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于偏转带电粒子束流的磁场结构。本发明提供了一种新型磁场结构，使束流在水平平面偏转的同时使束流在垂直方向发生整体偏转。当该磁场结构应用于离子注入机时，无需额外的偏转结构即可实现束流垂直方向偏转，因此缩短了离子注入机束线长度。
【专利说明】
一种带电粒子束流偏转磁场结构及应用该结构的离子注入机
技术领域
[0001]本发明涉及一种磁场结构，尤其涉及一种用于离子注入机中的磁场结构。
【背景技术】
[0002]离子注入机广泛应用于半导体制造领域。在离子注入机中，经常需要加入偏转结构对束流进行偏转，以实现一些特定的目的。例如，在低能大束流注入机中，一般采用末端减速实现低能注入。离子束流在减速之前保持较高能量，这有利于高流强束流的传输。虽然离子注入机中真空度较高，但仍有部分残余气体，束流中的离子与残余气体可能发生电荷交换，使离子变为中性原子或分子，特定位置产生的中性原子或分子有可能到达注入靶。由于中性原子或分子不受减速影响，因此注入能量较带电粒子高，因此产生所谓的能量污染问题。为消除能量污染，一般在减速之后加一电或磁偏转结构，使离子沿偏转轨道进入注入靶，中性原子或分子不受电场或磁场影响，沿直线运动，不会注入靶中，因此可消除能量污染。
[0003]加入额外的偏转结构会带来一些问题。例如，加入额外的偏转结构使束流到靶的传输距离变长。在低能大束流情况下，由于束流空间电荷效应较强，较长的束线不利于束流的传输。
【发明内容】
[0004]本发明的实施例提供了带电粒子束流偏转磁场结构，该带电粒子束流偏转磁场结构除在水平平面实现一般的束流分析和平行化功能之外还能同时实现垂直方向的束流整体偏转，从而不必为实现垂直偏转而添加额外的偏转结构，缩短了束线长度，有利于低能大束流状态下的束流传输。
[0005]在本发明的一个实施例中，带电粒子束流偏转磁场结构包括一对磁体，两磁体的厚度线性变化，两磁体的远离束流的极面相互平行，其中一个磁体的与束流靠近的极面与水平平面平行，另一个磁体的与束流靠近的极面与水平平面不平行。
[0006]在本发明的另外一个实施例中，带电粒子束流偏转磁场结构包括一对磁体，两磁体中至少一个厚度均匀，其中一个磁体的与束流靠近的极面与水平平面平行，另一个磁体的与束流靠近的极面与水平平面不平行。
[0007]本发明的又一实施例为一离子注入机，该离子注入机包括离子源、引出电极、分析器、分析光阑、平行透镜、减速/偏转结构、注入靶室等部件，其中平行透镜和分析器至少一个为上述两个实施例中的带电粒子束流偏转磁场结构。
【附图说明】
[0008]各图中，坐标系如各图所示，束流方向均为Z方向，X方向为水平方向，Y方向为垂直方向，字母B代表磁感应强度。
[0009]图1为常规的均匀场二极磁铁结构示意图。
[0010]图2为常规的非均匀场二极磁铁结构示意图。
[0011]图3为根据本发明的一个实施方式的带电粒子束流偏转磁场结构示意图。
[0012]图4为根据本发明的另一实施方式的带电粒子束流偏转磁场结构示意图。
[0013]图5是根据本发明的又一实施方式的离子注入机的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面将结合附图进一步详细描述本发明，本发明的较佳实施例图示在这些附图中。提供这些实施例使为了使揭示的内容更加透彻和完整，且将本发明的范围充分传递给本领域的技术人员。然而，本发明可体现为许多不同的形态，而不应局限于本说明书所列举的实施例。
[0015]图1为常规均匀场二极磁铁，101和102为设置于束流两侧的两个磁极，磁场方向如图所示，束流方向如103所示。根据基本物理学原理，束流只在XZ平面发生偏转。
[0016]图2为常规非均匀场二极磁铁，201和202为设置于束流两侧的两个磁极，除中心平面外203，磁场均有X方向分量和Y方向分量。Y方向分量使束流在XZ平面发生偏转。由于中心平面203上方和下方的X方向分量的方向不同，X方向分量可以使束流向中心平面203聚焦或散焦。一般离子注入机中利用图2所示非均匀场实现垂直方向聚焦。
[0017]在离子注入机中，经常需要使束流在Y方向发生偏转以实现消除能量污染等目的，如图1和图2可知，常规的均匀场和非均匀场二极磁铁均不能实现束流Y方向整体偏转。
[0018]图3为根据本发明的一实施例的带电粒子束流偏转磁场结构，301和302为设置于束流两侧的磁极。容易看出，由于此种情况下磁场沿X方向分量方向相同，因此可以实现束流整体沿Y方向偏移。
[0019]图4为根据本发明的另一实施例的带电粒子束流偏转磁场结构，容易看出仍可实现束流整体沿Y方向偏移。图4结构与图3结构相比其下磁极厚度均匀，在实际情况中方便安装。
[0020]图5为根据本发明的又一实施例的离子注入机。501为离子源，502为引出电极，503为分析器，504为分析光阑，505为平行透镜，506为减速结构，507为注入靶室，箭头代表束流方向，在非平行束情况下箭头代表束流中心粒子轨迹方向。图5所示离子注入机中的分析器和平行透镜两者至少一个采用了图3或图4所示的带电粒子束流偏转磁场结构。以平行透镜采用图3或图4所示结构为例，当束流通过平行透镜之后，束流实现平行化的同时整体沿Y方向偏转，再经过之后的减速/偏转结构之后，即可实现消除能量污染。
[0021]本说明书所述的特定实施例不会在范围上限制本发明。实际上，根据以上的描述以及附图，除本说明书所述的实施例外，本发明的其它各种实施例以及本发明的改良形式对于本领域中的技术人员而言都是明显易懂的。例如，容易想到图4所示结构的上部磁极亦可为厚度均匀磁极。因此，这些实施例及改良形式应属于本发明范围。另外，虽然本说明书中是为了特定的用途在特定的场合下以特定的实施方法来描述本发明，但是本领域的技术人员能够认识到其有用性不限于此，本发明可以为了多种用途在多种场合下以有益的方式来实施。
【主权项】
1.一种带电粒子束流偏转磁场结构，将通过该磁场结构的带电粒子束流整体向Y方向偏转，其中以该带电粒子束流的传输方向为Z方向，以垂直于Z方向且平行于水平地面的方向为X方向，以垂直于Z方向且垂直于水平地面的方向为Y方向。该带电粒子束流偏转磁场结构包括: 第一磁体，其位于带电粒子束流的Y方向的一侧。 第二磁体，其位于与第一磁体相对应的带电粒子束流的Y方向的另一侧。 其中第一磁体和第二磁体之中一个磁体靠近束流方向的极面平行于XZ平面，另一个磁体靠近束流的极面与XZ平面不平行。第一磁体和第二磁体之间的间隙宽度沿X方向渐变，以产生沿X和Y方向的磁场。Y方向磁场产生洛伦兹力使带电粒子束流在XZ平面内偏转，X方向磁场洛伦兹力使带电粒子束流沿Y方向偏转。2.如权利要求1所述的带电粒子束流偏转磁场结构，其第一磁体和第二磁体可为电磁体或永磁体。3.如权利要求1所述的带电粒子束流偏转磁场结构，其第一磁体和第二磁体的厚度可为均匀的或线性变化的。4.如权利要求1所述的带电粒子束流偏转磁场结构，其带电粒子束流可为离子束流或电子束流，其中离子束流可为正离子或负离子，电子亦可为负电子或正电子。5.—种离子注入机，其包括: 离子源，用于产生离子束。 引出电极，用于将离子从离子源中引出，使离子传输至之后的部件中。 分析器，用于分离不同种类的离子。 分析光阑，用于选择所需要注入的种类的离子。 平行透镜，用于使通过分析器聚焦的离子束成为平行的离子束。 减速/偏转结构，对束流进行减速，以实现离子的低能注入，同时对束流进行偏转。 注入靶室，以承载注入工件并进行必要的机械运动以实现所需的离子注入。 其中所述分析器和平行透镜为磁场结构，两者中至少一个为如权利要求1所述的带电粒子束流偏转磁场结构。6.如权利要求5所述的离子注入机，其中所述分析器和平行透镜的磁场结构可为电磁铁或永磁体。7.如权利要求5所述的离子注入机，所述离子源产生的所述离子束可为正离子束或负呙子束。8.如权利要求5所述的离子注入机，还包括聚焦结构以实现束流传输中的聚焦，其中聚焦结构可为电聚焦结构或磁聚焦结构。9.如权利要求5所述的离子注入机，其到靶束流可为斑点束或宽带束。
【文档编号】H01J37/317GK105895486SQ201410788972
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月18日
【发明人】张丛
【申请人】北京中科信电子装备有限公司