CN100587894C - 非均匀磁场平行束透镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非均匀磁场平行束透镜系统，该系统包括侧磁轭、真空盒、上磁轭、上磁极、上线包、下线包、冷却板、下磁轭、下磁极、磁钳。其中上磁轭和下磁轭之间螺钉连接有上磁极和下磁极；上磁极和下磁极之间的距离为非线性；上磁极和下磁极之间放置真空盒；上磁极外侧螺钉连接上线包；下磁极外侧螺钉连接下线包；上线包、下线包串联使用；上线包、下线包中间都有用于冷却线包的冷却板；上线包、下线包外侧，上磁轭和下磁轭之间螺钉连接有侧磁轭，侧磁轭与上磁轭、下磁轭构成磁场回路；磁钳螺钉连接在上磁轭和下磁轭外侧，位于离子束入射面和出射面，由四块构成，能有效地减小的磁铁的边缘磁场效应。

Description

非均匀磁场平行束透镜系统

技术领域

本发明涉及一种平行束磁透镜系统，尤其涉及一种非均匀磁场平行束透镜系统。

背景技术

现有半导体集成电路制造技术中，随着半导体集成电路技术的发展，集成度越来越高，电路规模越来越大，电路中单元器件尺寸越来越小，对各半导体工艺设备提出了更高的要求。离子注入机作为半导体离子掺杂工艺线的关键设备之一，也提出了很高的要求。尤其是对能量污染与粒子污染的要求，对均匀性、重复性的要求，对束流定向注入的要求也越来越高。另一方面，为了提高生产效率，晶片尺寸也越来越大(300mm)，因此将束流平行地传输到晶片上显得尤其重要。

随着器件特征尺寸的缩小和进入180nm以下时，离子注入设备在束平行性、束能量纯度、注入深度控制、注入重复性、均匀性与生产率等方面也受到非常严峻的挑战，离子注入机需要采用大倾角离子注入方式。

通常的离子注入机，对注入离子束的形状要求不高，直接用静电(水平、垂直)扫描进行注入即可。随着IC业的迅速发展，集成度增加，线条变细，离子束的角度差别直接影响器件的工艺性能，所以对注入离子束的平行度提出了很高的要求。需设计专用平行束透镜来校正离子束的角度。

平行束可以使整个晶片上的注入角度保持一致，提高均匀性和重复性，并可以防止入射离子在半导体晶片的晶格结构上产生沟道效应，也可以使之产生均匀的所需要的沟道，因此，平行束在大角度离子注入机中也是必须的。

非均匀磁场中离子束入射和出射模型如图1所示，束中心平面(水平面)为xoz，z为束流传输运动方向，x为水平方向，与束偏转方向相反，θ为扫描角度，A为扫描中心点，B(X为非均匀场区(方向垂直穿入纸面)，L1为扫描点到场区入射面距离，H为扫描点到入射面磁极定义的原点距离，L2为磁场区宽度。

平行束的条件是无论θ为多少的束线，经磁场场区域B后，其运动方向与z轴平行，垂直于出射面。

当束流以某一角度θ进入磁场区后将受到洛仑磁力作用：

F_xqV_z.BX    (1)

F_zqV_xBX     (2)

F_x ma_x＝m dV_x dt    3

F_z ma_z＝m dV_z dt    (4)

V_z dz dt            (5)

式中：m为离子质量，q为离子电量，F_x为x方向的洛仑磁力，F_z为z方向的洛仑磁力，V_z为z方向的离子速度，V_x为x方向的离子速度，a_x为x方向的离子加速度，a_z为z方向的离子加速度。

在F_x力作用下，x方向的速度减少；在F_z力作用下，z方向的速度增加。

由式(1)、(3)、(5)可以得到：

F_x qVzB X qB X dz dt mdVx dt    6

m dVx qB X dz                7

对(7)进行积分得：

${\∫}_{\mathrm{Vx}\left(0\right)}^{\mathrm{Vx}\left(z\right)}\mathrm{mdVx}={\∫}_0^z\mathrm{qB}\left(x\right)\mathrm{dz}---\left(8\right)$

m[Vx z -Vx 0]＝qB x Z    9

当Z L2时，Vx z＝0，这样才能满足垂直出射的平行条件

由(9)可以得到：满足垂直出射的平行条件下的磁场B

B x＝-Vx 0 m qL2         (10)

由图1可以看出：

-Vx 0)＝Vsinθ           (11)

tgθ＝(H-X L1            12

θ＝arctg H-X L1         (13)

B x＝(m qL2)*Vsin arctg H-X L1          14

式(14)给出了给定条件L1、H、L2下，在任何入射角度下，都能垂直出射的磁场分布。下面求满足(14)的磁极间隙距离D X

D X K B X                   (15)

式中：K为比例系数，由初始边界条件决定：

K D₀*B₀                      (16)

由(14)得B₀＝(mV qL2 sin arctg H L1)              (17)

由此得到非均匀磁场平行束透镜极面间距：

D X D₀*(sin arctg H L1 sin arctg H-X L1         (18)

式中：D₀、H、L1由光路设计决定。

发明内容

为了使离子注入机的注入离子束为平行，本发明提供一种非均匀磁场平行束透镜系统，该系统根据背景技术中式(18)设计而成。

本发明的技术方案是这样实现的：非均匀磁场平行束透镜系统包括侧磁轭、真空盒、上磁轭、上磁极、上线包、下线包、冷却板、下磁轭、下磁极、磁钳。

其中上磁轭和下磁轭之间螺钉连接有上磁极和下磁极；上磁极和下磁极之间的距离是非线性的，满足式(18)；上磁极和下磁极之间放置真空盒，真空盒是离子束通道；上磁极外侧螺钉连接上线包；下磁极外侧螺钉连接下线包；上线包、下线包串联使用，在线包中施加恒定的直流电流，在上下磁极之间产生非均匀磁场，满足式(14)；上线包、下线包中间都有用于冷却线包的冷却板；上线包、下线包外侧，上磁轭和下磁轭之间螺钉连接有侧磁轭，侧磁轭与上磁轭、下磁轭构成磁场回路；磁钳螺钉连接在上磁轭和下磁轭外侧，位于离子束入射面和出射面，由四块构成，能有效地减小的磁铁的边缘磁场效应。

本发明具有以下优越效果：

1.使离子束注入角度保持一致，保证均匀性和重复性，并可以防止入射离子在半导体晶片的晶格结构上产生沟道效应，也可以使之产生均匀的所需要的沟道。

2.离子束平行度高，控制容易，操作简单。

附图说明

图1是本发明的非均匀磁场中离子束入射和出射模型。

图2是本发明所述的非均匀磁场平行束透镜系统剖面图。

图3是本发明所述的非均匀磁场平行束透镜系统局部剖面视图。

其中：

1-侧磁轭

2-真空盒

3-上磁轭

4-上磁极

5-上线包

6-冷却板

7-下线包

8-下磁轭

9-下磁极

10-磁钳

11-吊环

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，本发明包括侧磁轭1、真空盒2、上磁轭3、上磁极4、上线包5、冷却板6、下线包7、下磁轭8、下磁极9、磁钳10。

其中上磁轭3和下磁轭8之间螺钉连接有上磁极4和下磁极9；上磁极4和下磁极9之间放置真空盒2，真空盒2是离子束通道；上磁4极外侧螺钉连接上线包5；下磁极9外侧螺钉连接下线包7；上线包5、下线包7串联使用，在线包中施加恒定的直流电流，在上磁极4、下磁极9之间产生非均匀磁场；上线包5、下线包7中间都有用于冷却线包的冷却板6；上线包5、下线包7外侧，上磁轭3和下磁轭8之间螺钉连接有侧磁轭1，侧磁轭1与上磁轭3、下磁轭8构成磁场回路；磁钳10螺钉连接在上磁轭3和下磁轭8外侧，由四块构成，能有效地减小的磁铁的边缘磁场效应。

上磁极4和下磁极9之间的距离是非线性的，满足D X D₀*(sin arctg H L1 sin arctgH-X L1，其中束中心平面(水平面)为xoz，z为束流传输运动方向，x为水平方向，与束偏转方向相反，D(X)为磁极间隙距离，D₀为离子束入射时磁极间隙距离，L1为扫描点到场区入射面距离，H为扫描点到入射面磁极定义的原点距离，L2为磁场区宽度，D₀、H、L1由光路设计决定。

本发明还可以包括底座10，所述底座10螺钉连接在下磁轭8下面。

本发明还可以包括吊环11，所述吊环11焊接在上磁轭3上面。

本发明的特定实施例已对发明内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本发明专利的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (3)

1、一种非均匀磁场平行束透镜系统，包括侧磁轭、真空盒、上磁轭、上磁极、上线包、下线包、冷却板、下磁轭、下磁极、磁钳，其特征在于：上磁轭和下磁轭之间螺钉连接有上磁极和下磁极；上磁极和下磁极之间放置真空盒；上磁极外侧螺钉连接上线包；下磁极外侧螺钉连接下线包；上线包、下线包串联使用；上线包、下线包中间都有用于冷却线包的冷却板；上线包、下线包外侧，上磁轭和下磁轭之间螺钉连接有侧磁轭；磁钳螺钉连接在上磁轭和下磁轭外侧，由四块构成。

2、如权利要求1所述的非均匀磁场平行束透镜系统，其特征在于：还包括底座，所述底座螺钉连接在下磁轭下面。

3、如权利要求1所述的非均匀磁场平行束透镜系统，其特征在于：还包括吊环，所述吊环焊接在上磁轭上面。

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