本發(fā)明涉及一種磁場結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種用于離子注入機(jī)中的磁場結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

離子注入機(jī)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域。在離子注入機(jī)中，經(jīng)常需要對束流進(jìn)行聚焦，以實現(xiàn)對束流參數(shù)的控制。例如在低能大束流注入機(jī)中，由于高流強(qiáng)低能束流的空間電荷效應(yīng)較強(qiáng)，需要加入聚焦結(jié)構(gòu)控制束流發(fā)散，以提高束流傳輸效率。

在離子注入機(jī)中，偏轉(zhuǎn)磁鐵必不可少，例如用于選擇特定離子或使束流平行化。一般偏轉(zhuǎn)磁鐵在水平平面偏轉(zhuǎn)束流，入射位置和角度不同的離子在偏轉(zhuǎn)磁場中的運(yùn)動距離不同，雖然水平方向會實現(xiàn)匯聚為一點(diǎn)或平行化等預(yù)定要求，但不同位置的束流在垂直方向的發(fā)散將會呈現(xiàn)差異。運(yùn)動距離較長的束流相對于運(yùn)動距離較短的束流在垂直方向的由于空間電荷效應(yīng)導(dǎo)致的發(fā)散將更為嚴(yán)重，因此導(dǎo)致束流通過偏轉(zhuǎn)磁場后垂直方向參數(shù)沿水平向有明顯差異，例如束流垂直方向包絡(luò)尺寸沿水平方向單調(diào)變化、垂直方向焦點(diǎn)分散等，這將對后部束流傳輸產(chǎn)生不利影響或不能滿足工藝需求。

目前離子注入機(jī)中常用的離子束聚焦結(jié)構(gòu)對于上述束流參數(shù)非均勻分布難以產(chǎn)生理想效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供了帶電粒子束流磁場聚焦結(jié)構(gòu)，該聚焦結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生非均勻的聚焦效果，對于束流參數(shù)非均勻分布的情況，能夠產(chǎn)生非均勻的矯正效果，有利于后部束流的傳輸或更好的滿足工藝需求。

在本發(fā)明的一個實施例中，帶電粒子束流磁場聚焦結(jié)構(gòu)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(cè)兩對磁體沿束流方向的寬度均勻。

在本發(fā)明的另一個實施例中，帶電粒子束流磁場聚焦結(jié)構(gòu)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(fā)明的又一實施例為一離子注入機(jī)，該離子注入機(jī)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(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)。

附圖說明

各圖中，坐標(biāo)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(guī)的聚焦磁鐵結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為常規(guī)的聚焦磁鐵結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的帶電粒子束流磁場聚焦結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的帶電粒子束流磁場聚焦結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的又一實施方式的離子注入機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明，本發(fā)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(nèi)容更加透徹和完整，且將本發(fā)明的范圍充分傳遞給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。然而，本發(fā)明可體現(xiàn)為許多不同的形態(tài)， 而不應(yīng)局限于本說明書所列舉的實施例。

圖1為常規(guī)聚焦磁鐵結(jié)構(gòu)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(yùn)動方向。101和102為設(shè)置于束流兩側(cè)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(jù)基本物理學(xué)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(guī)聚焦磁鐵結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中磁體沿束流方向?qū)挾认嗤?/p>

圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的帶電粒子束流磁場聚焦結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中，第一對磁體沿Z方向的寬度呈線性變化，這導(dǎo)致301不同位置處聚焦場的強(qiáng)度和范圍不同。在一具體實施例中，301右側(cè)聚焦磁場與左側(cè)相比強(qiáng)度較小、范圍較大，該結(jié)構(gòu)之前的離子束通過了一磁場偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，由于背景技術(shù)中所述原因，右側(cè)束流包絡(luò)尺寸和發(fā)散角較大。當(dāng)該參數(shù)分布不均勻的束流通過圖3所示結(jié)構(gòu)時，由于右側(cè)束流包絡(luò)尺寸較大而左側(cè)束流包絡(luò)尺寸較小，雖然左側(cè)聚焦強(qiáng)度較大，但右側(cè)Y方向外圍離子距離中心平面較遠(yuǎn)，因而所受聚焦力與左側(cè)Y方向外圍離子相比大致相同或更大，而右側(cè)聚焦場范圍較大，因此將產(chǎn)生比左側(cè)更強(qiáng)的聚焦效果。

與圖2所示常規(guī)聚焦結(jié)構(gòu)相比，圖3所示結(jié)構(gòu)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(qiáng)度和范圍的影響，將產(chǎn)生束流尺寸和發(fā)散角同時優(yōu)化的結(jié)果。圖2所示的常規(guī)聚焦結(jié)構(gòu)只能考慮整體聚焦強(qiáng)度的變化，對參數(shù)分布非均勻的束流的調(diào)節(jié)能力受到限制。

圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的帶電粒子束流聚焦結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)原理與圖3所示結(jié)構(gòu)類似，但在該結(jié)構(gòu)中，402和403沿Z方向的寬度也呈現(xiàn)線性變化。在一些情況中，圖4所示結(jié)構(gòu)具有邊緣磁場分布較好等優(yōu)點(diǎn)。

圖5為根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的離子注入機(jī)。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(jié)構(gòu)、508為減速/偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，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(jī)中的聚焦結(jié)構(gòu)中至少一個采用了圖3或圖4所示的帶電粒子束流磁場聚焦結(jié)構(gòu)。以504采用圖3所示聚焦結(jié)構(gòu)為例，低能寬帶束流經(jīng)過分析器之后，分析器外側(cè)(逆束流方向觀察為右側(cè))束流運(yùn)動距離較長，束流包絡(luò)和發(fā)散角較大，圖3所示結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)束流包絡(luò)和發(fā)散角的綜合優(yōu)化控制。

本說明書所述的特定實施例不會在范圍上限制本發(fā)明。實際上，根據(jù)以上的描述以及附圖，除本說明書所述的實施例外，本發(fā)明的其它各種實施例以及本發(fā)明的改良形式對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言都是明顯易懂的。例如，容易想到圖3所示結(jié)構(gòu)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(yīng)屬于本發(fā)明范圍。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(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠認(rèn)識到其有用性不限于此，本發(fā)明可以為了多種用途在多種場合下以有益的方式來實施。