一種帶電粒子束流磁場聚焦結構及應用該結構的離子注入機的製作方法

2023-05-13 14:28:06 3

本發明涉及一種磁場結構，尤其涉及一種用於離子注入機中的磁場結構。

背景技術：

離子注入機廣泛應用於半導體製造領域。在離子注入機中，經常需要對束流進行聚焦，以實現對束流參數的控制。例如在低能大束流注入機中，由於高流強低能束流的空間電荷效應較強，需要加入聚焦結構控制束流發散，以提高束流傳輸效率。

在離子注入機中，偏轉磁鐵必不可少，例如用於選擇特定離子或使束流平行化。一般偏轉磁鐵在水平平面偏轉束流，入射位置和角度不同的離子在偏轉磁場中的運動距離不同，雖然水平方向會實現匯聚為一點或平行化等預定要求，但不同位置的束流在垂直方向的發散將會呈現差異。運動距離較長的束流相對於運動距離較短的束流在垂直方向的由於空間電荷效應導致的發散將更為嚴重，因此導致束流通過偏轉磁場後垂直方向參數沿水平向有明顯差異，例如束流垂直方向包絡尺寸沿水平方向單調變化、垂直方向焦點分散等，這將對後部束流傳輸產生不利影響或不能滿足工藝需求。

目前離子注入機中常用的離子束聚焦結構對於上述束流參數非均勻分布難以產生理想效果。

技術實現要素：

本發明的實施例提供了帶電粒子束流磁場聚焦結構，該聚焦結構能夠產生非均勻的聚焦效果，對於束流參數非均勻分布的情況，能夠產生非均勻的矯正效果，有利於後部束流的傳輸或更好的滿足工藝需求。

在本發明的一個實施例中，帶電粒子束流磁場聚焦結構包括三對磁體，磁體沿水平方向放置，中間一對磁體的沿束流方向的寬度線性變化，左右兩側兩對磁體沿束流方向的寬度均勻。

在本發明的另一個實施例中，帶電粒子束流磁場聚焦結構包括三對磁體，磁體沿水平方向放置，三對磁體的沿束流方向的寬度均線性變化。

本發明的又一實施例為一離子注入機，該離子注入機包括離子源、引出電極、分析器、分析光闌、平行透鏡、聚焦透鏡、減速/偏轉結構、注入靶室等部件，其中聚焦透鏡至少一個為上述兩個實施例中的帶電粒子束流磁場聚焦結構。

附圖說明

各圖中，坐標系如各圖所示，束流方向均為Z方向，X方向為水平方向，Y方向為垂直方向。

圖1為常規的聚焦磁鐵結構示意圖。

圖2為常規的聚焦磁鐵結構俯視圖。

圖3為根據本發明的一個實施方式的帶電粒子束流磁場聚焦結構示意圖。

圖4為根據本發明的另一個實施方式的帶電粒子束流磁場聚焦結構示意圖。

圖5是根據本發明的又一實施方式的離子注入機的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖進一步詳細描述本發明，本發明的較佳實施例圖示在這些附圖中。提供這些實施例是為了使揭示的內容更加透徹和完整，且將本發明的範圍充分傳遞給本領域的技術人員。然而，本發明可體現為許多不同的形態， 而不應局限於本說明書所列舉的實施例。

圖1為常規聚焦磁鐵結構的前視圖，其中X為水平方向，Y為垂直方向，Z垂直紙面向外，為束流運動方向。101和102為設置於束流兩側的第一對磁體，103和104為第二對磁體，105和106為第三對磁體。根據基本物理學原理，磁場方向大致如圖中虛線所示，該磁場對通過其中的離子束有垂直方向聚焦和水平方向散焦的作用。

圖2為常規聚焦磁鐵結構的俯視圖，201為第一對磁體中的上磁體，202為第二對磁體的上磁體，203為第三對磁體的上磁體。該結構中磁體沿束流方向寬度相同。

圖3為根據本發明的一個實施方式的帶電粒子束流磁場聚焦結構俯視圖，301為第一對磁體的上磁體，302為第二對磁體的上磁體，303為第三對磁體的上磁體。該結構中，第一對磁體沿Z方向的寬度呈線性變化，這導致301不同位置處聚焦場的強度和範圍不同。在一具體實施例中，301右側聚焦磁場與左側相比強度較小、範圍較大，該結構之前的離子束通過了一磁場偏轉結構，由於背景技術中所述原因，右側束流包絡尺寸和發散角較大。當該參數分布不均勻的束流通過圖3所示結構時，由於右側束流包絡尺寸較大而左側束流包絡尺寸較小，雖然左側聚焦強度較大，但右側Y方向外圍離子距離中心平面較遠，因而所受聚焦力與左側Y方向外圍離子相比大致相同或更大，而右側聚焦場範圍較大，因此將產生比左側更強的聚焦效果。

與圖2所示常規聚焦結構相比，圖3所示結構增加了一個變化的自由度(沿束流方向磁體寬度的變化)，綜合考慮對聚焦場強度和範圍的影響，將產生束流尺寸和發散角同時優化的結果。圖2所示的常規聚焦結構只能考慮整體聚焦強度的變化，對參數分布非均勻的束流的調節能力受到限制。

圖4為根據本發明的另一個實施方式的帶電粒子束流聚焦結構俯視圖，401為第一對磁體的上磁體，402為第二對磁體的上磁體，403為第三對磁體的上磁體。該結構原理與圖3所示結構類似，但在該結構中，402和403沿Z方向的寬度也呈現線性變化。在一些情況中，圖4所示結構具有邊緣磁場分布較好等優點。

圖5為根據本發明的又一實施例的離子注入機。501為離子源，502為引出電極，503為分析器，505為分析光闌，506為平行透鏡，504和507為聚焦結構、508為減速/偏轉結構，509為注入靶室，箭頭代表束流方向，在非平行束情況下箭頭代表束流中心粒子軌跡方向。圖5所示離子注入機中的聚焦結構中至少一個採用了圖3或圖4所示的帶電粒子束流磁場聚焦結構。以504採用圖3所示聚焦結構為例，低能寬帶束流經過分析器之後，分析器外側(逆束流方向觀察為右側)束流運動距離較長，束流包絡和發散角較大，圖3所示結構可實現束流包絡和發散角的綜合優化控制。

本說明書所述的特定實施例不會在範圍上限制本發明。實際上，根據以上的描述以及附圖，除本說明書所述的實施例外，本發明的其它各種實施例以及本發明的改良形式對於本領域中的技術人員而言都是明顯易懂的。例如，容易想到圖3所示結構中301沿束流方向的變化可為一特定曲線。因此，這些實施例及改良形式應屬於本發明範圍。另外，雖然本說明書中是為了特定的用途在特定的場合下以特定的實施方法來描述本發明，但是本領域的技術人員能夠認識到其有用性不限於此，本發明可以為了多種用途在多種場合下以有益的方式來實施。