CN102117729B - 离子束传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子束传输装置，其包括一个或多个电极，在该一个或多个电极周围设置一对或多对磁铁，该一对或多对磁铁的磁场将通过该装置的一离子束中的电子约束于该离子束中。本发明能够在离子束被电极产生的电场偏转、聚焦、散焦以及加减速时，使其束流的横向膨胀减至最低程度，束流的形状基本保持不变，从而减少了束流的流强损失，提高了离子束注入剂量的准确性以及整个离子束传输系统的注入效率。

Description

离子束传输装置

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种离子束传输装置。

背景技术

离子注入方法用于把通常称之为杂质的原子或分子引入靶标基片，从而改变基片材料的物理和化学性能。尤其令人感兴趣的是，用离子注入法在单晶或多晶硅中掺杂，是制造现代集成电路中使用的一种常规工艺过程。由于半导体产品的生产逐渐趋向较大的半导体晶圆(从8英寸到12英寸，而现在已向18英寸发展)工艺，单晶圆工艺(一次处理一片晶圆)最近已被广泛地采用。晶圆工件越大，注入所需要的时间就越长，同时要想达到一定的注入剂量均匀性和注入角度均匀性也越来越困难。

离子束里的高能离子与离子束传输路线中剩余气体的原子或分子会发生碰撞从而产生电子，这些电子被吸引在离子束内，从而使离子束内的空间正电荷保持得很低。然而，在离子束传输系统中往往需要通过设置电极，以使离子束产生符合预设要求的偏转，或者在偏转的同时进行聚焦以及加减速，但是任何静电场的变化在离子束传输中的存在，都会把离子束内的电子从离子束中排斥出去，导致在离子束内产生大量的空间正电荷(即空间电荷效应)，在这种情况下，离子束的横向尺寸会急剧增加，导致在离子束到达靶标之前，就撞击到离子束传输系统的物理边界而损失掉了，这无疑会影响离子束的引出和传输，并会对到达靶标上的束流强度产生不利的限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的离子束传输系统中由于使用电极对离子束进行偏转、加减速或聚焦、散焦，而导致离子束中的电子被该电场移出离子束，由此产生的空间电荷效应会引起束流流强损失的缺陷，提供一种通过在电极周围设置磁场从而将离子束中的电子约束于该离子束中的离子束传输装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种离子束传输装置，其包括一个或多个电极，其特点在于，在该一个或多个电极周围设置一对或多对磁铁，该一对或多对磁铁的磁场将通过该装置的一离子束中的电子约束于该离子束中。

较佳地，该一个或多个电极为负电位，该一对或多对磁铁被设置为其磁力线穿过该一个或多个电极。

较佳地，该一个或多个电极为正电位或负电位，该一对或多对磁铁被设置为其磁力线不穿过该一个或多个电极。

较佳地，该一个或多个电极为负电位，该一对或多对磁铁被设置为每对磁铁的连线方向与该一个或多个电极所在的平面垂直(此处所称的“垂直”既包括完全垂直的情况，也包括接近垂直的情况)。

较佳地，该电极的数量为一个或一对，该磁铁的数量为一对。

较佳地，该一个或多个电极为正电位或负电位，该一对或多对磁铁被设置为每对磁铁的连线方向与该一个或多个电极所在的平面平行。

较佳地，该电极的数量为一个，该磁铁的数量为一对。

较佳地，该电极的数量为一对，该磁铁的数量为两对，该两对磁铁分别设置于该对电极的周围。

其中，该磁铁为电磁铁或永磁铁。

本发明的积极进步效果在于：当采用电极使离子束进行偏转，或者进行聚焦、散焦以及加减速时，通过在电极的周围设置磁场以克服由电场导致的空间电荷效应，使离子束内的电子在磁场的约束作用下始终被保留在离子束的内部，从而实现离子束在被偏转、聚焦以及加减速时，其束流的横向膨胀可以减至最低程度，束流的形状能够基本保持不变，由此减少了束流的流强损失，提高了离子束注入剂量的准确性，最终在较大的离子能量范围(几十eV到几百keV)内提高了整个离子束传输系统的注入效率。

附图说明

图1为本发明的离子束传输装置的第一实施例的示意图。

图2为本发明的离子束传输装置的第二实施例的示意图。

图3为本发明的离子束传输装置的第三实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

本发明的离子束传输装置包括一个或多个设于离子束传输路径一侧或两侧的电极，用于使离子束产生预期的偏转，或者在偏转的同时聚焦以及加减速，该一个或多个电极的电场强度可以根据离子的种类、质量以及预设的调束要求计算确定。然而，在电场作用于离子的同时，其也会作用于离子束中的电子，使电子与离子束发生方向相反的运动。因此，为了将电子保留在离子束中，本发明在该一个或多个电极周围还增设了一对或多对磁铁，其中，该磁铁可以为电磁铁，也可以为永磁铁。根据洛伦兹力计算可知，针对离子束中的电子(例如能量为100eV以下的电子)，只需计算选择合适的磁场强度，便可以限制住电子的运动，使电子大体上绕磁力线进行往复的螺旋运动。而由于离子和电子的质量相差很大，因此同样的磁场对于离子束的影响却很小，可以忽略不计。由此便保证了使离子束产生预期的偏转、聚焦、散焦以及加减速时，电子能够基本上被保留在离子束的内部。

由于电子会大体上绕行于磁力线上，因此，当磁铁形成的磁力线穿过电极时，电极仅可设置为负电位，以免电子被电极吸收；当磁力线不穿过(此处的“不穿过”意指几乎不穿过)电极时，由于不会发生电子被电极吸收的情况，因此电极既可以为正电位，也可以为负电位。

实施例1

在束流传输路径的一侧或两侧设置一个或一对电极，图1所示即为设置一对电极11、12的情况，当离子束由图中的左侧入射时，根据电极参数的不同，向右侧出射的离子束会产生沿纸面内向上或向下的偏转(图1所示为向下偏转的情况)，并同时产生聚焦、散焦或加减速等效应。在该对电极11、12周围设置磁铁，例如图1中连线方向与电极所在平面完全垂直或接近垂直的一对磁铁21、22。在该对磁铁之间的区域中，磁力线基本沿竖直方向分布，因此离子束中的电子将在磁场的作用下，螺旋绕行于竖直的磁力线上。在该实施例中，为了避免电子被电极吸收，该对电极11、12均设为负电位。由此，电子一方面受到磁场限制，只能在纵向绕行，而另一方面，在接近电极时，又会被电极所排斥，由此，电子便得以保留在离子束中，从而使得束流的流强损失很小，而且束流的横向膨胀也可被降至最低。

实施例2

如图2所示，在束流传输路径的一侧设置一个电极31，当离子束沿着垂直于纸面的方向传输时，根据电极参数的不同，会产生沿纸面内向上或向下的偏转，并同时产生聚焦、散焦或加减速等效应。在该电极31的周围设置磁铁，例如图2中连线方向与电极所在平面平行的一对磁铁41、42。此时，只有极少的磁力线穿过电极，或者几乎没有磁力线穿过电极，因此不会发生电子被电极吸收的情况，该电极31可以为正电位也可以为负电位。在该实施例中，当离子束中的电子偏离束流路径接近电极时，其将会在磁场力的作用下被弹回离子束的内部，在该电极31为负电位的情况下，电场力也会进一步地将接近的电子排斥回离子束的内部，由此便实现了将电子保留在离子束中的目的。

实施例3

如图3所示，本实施例在实施例2的基础上，再在束流传输路径的另一侧对称地增设一个电极32以及一对磁铁51、52，同样地，该电极32也可以为正电位或负电位。根据与实施例2相同的原理，本实施例中的电子将能够被更好地约束在离子束的内部。

显而易见的是，以上三个实施例仅仅是对磁铁的设置方式作出的举例说明，实际上以任何相对位置来设置电极和磁铁均是可行的，只要磁铁的磁场能够将电极包围即可实现约束电子的目的。

综上所述，本发明能够在离子束被偏转、聚焦以及加减速时，使其束流的横向膨胀减至最低程度，束流的形状基本保持不变，从而减少了束流的流强损失，提高了离子束注入剂量的准确性以及整个离子束传输系统的注入效率。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种离子束传输装置，其包括一个或多个电极，其特征在于，在该一个或多个电极周围设置一对或多对磁铁，该一对或多对磁铁的磁场将通过该装置的一离子束中的电子约束于该离子束中；该一个或多个电极为正电位或负电位，该一对或多对磁铁被设置为其磁力线不穿过该一个或多个电极； 

该一个或多个电极为正电位或负电位，该一对或多对磁铁被设置为每对磁铁的连线方向与该一个或多个电极所在的平面平行； 

该电极的数量为一个，该磁铁的数量为一对。 

2.如权利要求1所述的离子束传输装置，其特征在于，该磁铁为电磁铁或永磁铁。 

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