CN103377865B - 一种宽带离子束传输方法及离子注入机 - Google Patents

一种宽带离子束传输方法及离子注入机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽带离子束传输方法，其采用两个独立的磁场：分析磁场和校正磁场，以及分析光栏对宽带离子束进行传输；若所述分析磁场使从其入射面射入的宽带离子束在水平方向沿逆时针方向偏转，则所述校正磁场使通过所述分析光栏后再次扩散的离子束在水平方向沿顺时针方向偏转；若所述分析磁场使从其入射面射入的宽带离子束在水平方向沿顺时针方向偏转，则所述校正磁场使通过所述分析光栏后再次扩散的离子束在水平方向沿逆时针方向偏转；本发明还公开了一种离子注入机。由于分析磁场和校正磁场使离子束在水平方向沿不同方向偏转，使得宽带离子束中所需的离子从校正磁场的出射面射出时具有与入射时相同的分布。

Description

一种宽带离子束传输方法及离子注入机
技术领域
本发明属于半导体器件制作技术领域，特别涉及一种离子注入机中的宽带离子束传输方法以及离子注入机。
背景技术
离子注入机是集成电路制造前工序中的关键设备，离子注入是对半导体表面附近区域进行掺杂的技术，其目的是改变半导体的载流子浓度和导电类型。在现有技术的离子注入机中，宽带离子束传输方法包括以下步骤：分析磁场对从其入射面射入的宽带离子束进行质量分析，以使所述宽带离子束中所需的离子从其出射面射出后在距离其出射面一定距离处形成焦斑；设于所述焦斑处的分析光栏选择性地使所述所需的离子通过；校正磁场对通过所述分析光栏后再次扩散并从其入射面射入的离子束进行角度校正，以使通过所述校正磁场后从其出射面射出的离子束具有一致的角度分布；其中，所述分析磁场和校正磁场是两个独立的磁场，分析磁场和校正磁场的分布一致，分析磁场和校正磁场使离子束在水平方向沿相同的方向偏转，导致出射离子束与入射离子束的分布不一致，无法实现将宽带离子束中所需的离子按初始的分布进行离子注入。
此外，由于分析磁场和校正磁场仅使宽带离子束在水平方向聚焦，而没有在垂直方向聚焦，导致的宽带离子束在分析磁场和校正磁场中的传输效率低下。
发明内容
本发明要解决的技术问题是采用现有技术的宽带离子束传输方法对宽带离子束进行传输后出射离子束与入射离子束的分布不一致的问题，以及由于宽带离子束没有在垂直方向聚焦而导致的宽带离子束传输效率低下的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种宽带离子束传输方法，包括以下步骤：分析磁场对从其入射面射入的宽带离子束进行质量分析，以使所述宽带离子束中所需的离子从其出射面射出后在距离其出射面一定距离处形成焦斑；设于所述焦斑处的分析光栏选择性地使所述所需的离子通过；校正磁场对通过所述分析光栏后再次扩散并从其入射面射入的离子束进行角度校正，以使通过所述校正磁场后从其出射面射出的离子束具有一致的角度分布；其中所述分析磁场和校正磁场是两个独立的磁场，
若所述分析磁场使从其入射面射入的宽带离子束在水平方向沿逆时针方向偏转，则所述校正磁场使通过所述分析光栏后再次扩散的离子束在水平方向沿顺时针方向偏转；若所述分析磁场使从其入射面射入的宽带离子束在水平方向沿顺时针方向偏转，则所述校正磁场使通过所述分析光栏后再次扩散的离子束在水平方向沿逆时针方向偏转。
作为优选，所述分析磁场和校正磁场都是连续非均匀磁场；所述分析磁场的垂直分量使从其入射面射入的宽带离子束中所需的离子在水平方向聚焦，所述分析磁场的水平分量使从其入射面射入的宽带离子束中所需的离子在垂直方向聚焦；所述校正磁场的水平分量使通过所述分析光栏后再次扩散的离子束在垂直方向聚焦。
作为进一步地优选，所述分析磁场的入射面、出射面以及所述校正磁场的入射面、出射面是平面或弧面。
作为进一步地优选，所述校正磁场和分析磁场关于所述焦斑对称设置或非对称设置。
为了解决上述问题，本发明同时提供了一种离子注入机，包括离子源、源磁场、引出电极、分析磁铁、校正磁铁、分析磁场线圈、校正磁场线圈、分析光栏、磁轭和注入靶台，所述分析磁场线圈围绕所述分析磁铁，所述校正磁场线圈围绕所述校正磁铁，所述分析磁场线圈与电源连接以在所述分析磁铁的上磁极和下磁极之间产生所述分析磁场，所述校正磁场线圈与电源连接以在所述校正磁铁的上磁极和下磁极之间产生所述校正磁场，所述分析磁场和校对磁场是两个独立的磁场；
所述分析磁场用于对从其入射面射入的宽带离子束进行质量分析，以使所述宽带离子束中所需的离子从其出射面射出后在距离其出射面一定距离处形成焦斑；
所述分析光栏设于所述焦斑处以使所述所需的离子选择性地通过；
所述校正磁场用于对通过所述分析光栏后再次扩散并从其入射面射入的离子束进行角度校正，以使通过所述校正磁场后从其出射面射出的离子束具有一致的角度分布；
若所述分析磁场使从其入射面射入的宽带离子束在水平方向沿逆时针方向偏转，则所述校正磁场使通过所述分析光栏后再次扩散的离子束在水平方向沿顺时针方向偏转；若所述分析磁场使从其入射面射入的宽带离子束在水平方向沿顺时针方向偏转，则所述校正磁场使通过所述分析光栏后再次扩散的离子束在水平方向沿逆时针方向偏转。
作为优选，所述分析磁场和校正磁场都是连续非均匀磁场；所述分析磁场的垂直分量使从其入射面射入的宽带离子束中所需的离子在水平方向聚焦，所述分析磁场的水平分量使从其入射面射入的宽带离子束中所需的离子在垂直方向聚焦；所述校正磁场的水平分量使通过所述分析光栏后再次扩散的离子束在垂直方向聚焦。
作为进一步地优选，所述分析磁场的入射面、出射面以及所述校正磁场的入射面、出射面是平面或弧面，所述校正磁场和分析磁场关于所述焦斑对称设置或非对称设置。
作为进一步地优选，所述分析磁场的入射面处和出射面处、以及所述校正磁场的出射面处分别设有屏蔽磁极，所述分析磁场的出射面处以及所述校正磁场的出射面处分别设有多磁极调节机构，所述校正磁场的入射面处设有多磁铁调节机构。
作为进一步地优选，所述磁轭包括上磁轭和下磁轭，所述上磁轭和下磁轭围绕所述分析磁铁和校正磁铁设置。
作为进一步地优选，所述磁轭包括分析磁铁磁轭和校正磁铁磁轭，所述分析磁铁磁轭围绕所述分析磁铁设置，所述校正磁铁磁轭围绕所述校正磁铁设置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)由于分析磁场和校正磁场使离子束在水平方向沿不同方向偏转，使得宽带离子束中所需的离子从校正磁场的出射面射出时具有与入射时相同的分布；
2)连续非均匀的分析磁场的垂直分量对宽带离子束在水平方向具有聚焦作用的同时，分析磁场的水平分量同时在垂直方向对宽带离子束进行聚焦，可有效提高宽带离子束在分析磁场中的传输效率；连续非均匀的校正磁场的水平分量对通过分析光栏后再次扩散的离子束在垂直方向进行聚焦，保证了离子束在校正磁场内的传输效率，同时使出射离子束在垂直方向具有较好的聚焦状态。
附图说明
图1为本发明的宽带离子束传输方法中分析磁场和校正磁场的设置示意图。
图2为图1所示的分析磁场沿A向分布示意图。
图3为图1所示的分析磁场的水平分量沿A向分布示意图。
图4为本发明的离子注入机的实施例一的结构示意图。
图5为图4所示的离子注入机的分析磁铁和校正磁铁的设置示意图。
图6为图5所示的分析磁铁沿E-E向的剖视示意图。
图7为本发明的离子注入机的实施例二的结构示意图。
图8为本发明的离子注入机的实施例三的结构示意图。
主要附图标记说明：
1、分析磁场                    2、校正磁场
3、焦斑                        4、分析磁铁
5、校正磁铁                    6、分析光栏
7、磁轭                        8、离子源
9、源磁场                      10、引出电极
11、注入靶台
100、入射离子束                200、出射离子束
101、入射面                    102、出射面
201、入射面                    202、出射面
401、分析磁场线圈              402、分析磁铁上磁极
403、分析磁铁下磁极                404、屏蔽磁极
405、屏蔽磁极                      406、多磁极调节机构
407、磁极对称面
501、校正磁场线圈                  502、校正磁场上磁极
503、校正磁场下磁极                504、屏蔽磁极
505、多磁铁调节机构                506、多磁极调节机构
701、上磁轭                        702、下磁轭
703、分析磁铁磁轭                  704、校正磁铁磁轭
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
本发明旨在解决现有技术中采用的宽带离子束传输方法对宽带离子束进行传输后出射离子束与入射离子束的分布不一致的问题，以及由于宽带离子束没有在垂直方向聚焦而导致的宽带离子束传输效率低下的问题。
为了解决上述问题，本发明首先提供了一种宽带离子束传输方法，该宽带离子束传输方法中所采用的磁场按图1所示进行设置，其包括两个独立的磁场：分析磁场1和校正磁场2；本发明提供的宽带离子束传输方法包括以下步骤：分析磁场1对入射离子束100(即从分析磁场1的入射面101射入的宽带离子束)进行质量分析，以使所述宽带离子束中所需的离子从分析磁场1的出射面102射出后在距离分析磁场1的出射面102一定距离处形成焦斑3；设于焦斑3处的分析光栏6选择性地使所述所需的离子通过；校正磁场2对通过分析光栏6后再次扩散并从其入射面201射入的离子束进行角度校正，以使通过校正磁场2后从其出射面202射出的离子束(即出射离子束200)具有一致的角度分布；若分析磁场1使从其入射面101射入的宽带离子束在水平方向沿逆时针方向偏转，则校正磁场2使通过分析光栏6后再次扩散的离子束在水平方向沿顺时针方向偏转；若分析磁场1使从其入射面101射入的宽带离子束在水平方向沿顺时针方向偏转，则校正磁场2使通过分析光栏6后再次扩散的离子束在水平方向沿逆时针方向偏转；为了使离子束在分析磁场1和校正磁场2中沿水平方向的偏转方向不同，分析磁场1和校正磁场2的沿垂直方向的分量的磁场方向应相反。
在本发明的宽带离子束传输方法中，作为优选实施方案，分析磁场1和校正磁场2都是连续非均匀磁场，其磁场分布如图2和图3所示；分析磁场1沿A向(即宽带离子束偏转半径R方向)逐渐变大，分析磁场1沿水平方向的分量沿A向逐渐减小；校正磁场2与分析磁场1的大小分布情况相同；分析磁场1的垂直分量(即垂直于图1中X向和Z向的分量，以下同)使从其入射面101射入的宽带离子束中所需的离子在水平方向聚焦，分析磁场1的水平分量(即沿图1中X向和Z向的分量，以下同)使从其入射面101射入的宽带离子束中所需的离子在垂直方向(即垂直于图1中X向和Z向，以下同)聚焦；校正磁场2的水平分量使通过分析光栏6后再次扩散的离子束在垂直方向聚焦。连续非均匀的分析磁场1的垂直分量对宽带离子束在水平方向具有聚焦作用的同时，分析磁场1的水平分量同时在垂直方向对宽带离子束进行聚焦，可有效提高宽带离子束在分析磁场1中的传输效率；连续非均匀的校正磁场2的水平分量对通过分析光栏6后再次扩散的离子束在垂直方向进行聚焦，以保证离子束在校正磁场2内的传输效率，同时使出射离子束200在垂直方向具有较好的聚焦状态。
在本发明的宽带离子束传输方法的实施例中，作为优选实施方案，分析磁场1的入射面101和出射面102可设置成平面或曲面，但需要配合连续非均匀磁场的分布规律进行设置，使得分析磁场1对宽带离子束的分析聚焦特性满足要求；校正磁场2的入射面201和出射面202可设置成平面或曲面，但需要配合连续非均匀磁场的分布规律进行设置，使得校正磁场2对通过分析光栏6后再次扩散的离子束在水平方向的角度校正符合要求，校正磁场2可以与分析磁场1以焦斑3位置点对称设置，当校正磁场2与分析磁场1关于焦斑3对称设置时，出射离子束200与入射离子束100的宽度相同，聚焦状态也相同；此外，校正磁场2和分析磁场1也可以非对称设置，以获得不同的最终出射离子束200，如宽度不同，聚焦状态不同等。
为了解决上述问题，本发明还提供了离子注入机的三个实施例，以下结合附图对离子注入机的三个实施例进行详细说明。
实施例一：
如图4和图5所示，并结合图1至图3所示，本实施例提供的离子注入机包括离子源8、源磁场9、引出电极10、分析磁铁4、校正磁铁5、分析磁场线圈401、校正磁场线圈501、分析光栏6、磁轭7和注入靶台11，分析磁场线圈401围绕分析磁铁4，校正磁场线圈501围绕校正磁铁5，分析磁场线圈401与电源连接以在分析磁铁4的上磁极402和下磁极403之间产生分析磁场1，校正磁场线圈501与电源连接以在校正磁铁5的上磁极502和下磁极503之间产生校正磁场2，分析磁场1和校对磁场2是两个独立的磁场；分析磁场1用于对入射离子束100(即从分析磁场1的入射面101射入的宽带离子束)进行质量分析，以使所述宽带离子束中所需的离子从分析磁场1的出射面102射出后在距离分析磁场1的出射面102一定距离处形成焦斑3；焦斑3处设有用于选择性地使所述所需的离子通过的分析光栏6；校正磁场2用于对通过分析光栏6后再次扩散并从其入射面201射入的离子束进行角度校正，以使通过校正磁场2后从其出射面202射出的离子束(即出射离子束200)在水平方向具有一致的角度分布；若分析磁场1使从其入射面101射入的宽带离子束在水平方向沿逆时针方向偏转，则校正磁场2使通过分析光栏6后再次扩散的离子束在水平方向沿顺时针方向偏转；若分析磁场1使从其入射面101射入的宽带离子束在水平方向沿顺时针方向偏转，则校正磁场2使通过分析光栏6后再次扩散的离子束在水平方向沿逆时针方向偏转。为了使离子束在分析磁场1和校正磁场2中沿水平方向的偏转方向不同，分析磁场1和校正磁场2的沿垂直方向的分量的磁场方向应相反；即若分析磁铁上磁极402为N极，分析磁铁下磁极403为S极，则校正磁铁上磁极502为S极，校正磁铁下磁极503为N极。
在本实施例中，作为优选实施方案，分析磁场1和校正磁场2都是连续非均匀磁场，其磁场分布如图2和图3所示；分析磁场1沿A向逐渐变大，分析磁场1沿水平方向的分量沿A向逐渐减小；相应的，如图6所示，分析磁铁上磁极402与分析磁铁下磁极403的磁极面关于磁极对称面407对称，分析磁铁上磁极402与分析磁铁下磁极403的磁极面之间的距离沿A向逐渐减小，分析磁铁上磁极402与分析磁铁下磁极403的磁极面均为锥形面；校正磁场2与分析磁场1的大小分布情况相同；分析磁场1的垂直分量使从其入射面101射入的宽带离子束中所需的离子在水平方向聚焦，分析磁场1的水平分量使从其入射面101射入的宽带离子束中所需的离子在垂直方向聚焦；校正磁场2的水平分量使通过分析光栏6后再次扩散的离子束在垂直方向聚焦。连续非均匀的分析磁场1的垂直分量对宽带离子束在水平方向具有聚焦作用的同时，分析磁场1的水平分量同时在垂直方向对宽带离子束进行聚焦，可有效提高宽带离子束在分析磁场1中的传输效率；连续非均匀的校正磁场2的水平分量对通过分析光栏6后再次扩散的离子束在垂直方向进行聚焦，以保证离子束在校正磁场2内的传输效率，同时使出射离子束200在垂直方向具有较好的聚焦状态。
在本实施例中，作为优选实施方案，分析磁场1的入射面101和出射面102可设置成平面或曲面，但需要配合连续非均匀磁场的分布规律进行设置，使得分析磁场1对宽带离子束的分析聚焦特性满足要求；校正磁场2的入射面201和出射面202可设置成平面或曲面，但需要配合连续非均匀磁场的分布规律进行设置，使得校正磁场2对通过分析光栏6后再次扩散的离子束在水平方向的角度校正符合要求，校正磁场2可以与分析磁场1以焦斑3位置点对称设置，当校正磁场2与分析磁场1关于焦斑3对称设置时，出射离子束200与入射离子束100的宽度相同，聚焦状态也相同；此外，校正磁场2和分析磁场1也可以非对称设置，以获得不同的最终出射离子束200，如宽度不同，聚焦状态不同等。
磁轭7包括上磁轭701和下磁轭702，上磁轭701和下磁轭702围绕分析磁铁4和校正磁铁5设置。
实施例二：
如图7所示，并结合图1至图3所示，实施例二的离子注入机与实施例一的离子注入机的区别在于：分析磁场1的入射面101处和出射面102(分别对应分析磁铁4的入口和出口)处、以及校正磁场2的出射面202(对应校正磁铁5的出口)处分别设有屏蔽磁极404、405、504，分析磁场1的出射面102(对应分析磁铁4的出口)处以及校正磁场2的出射面202(对应校正磁铁5的出口)处分别设有多磁极调节机构406、506，校正磁场2的入射面201(对应校正磁铁5的入口)处设有多磁铁调节机构505。
由于设置了多个屏蔽磁极404、405、504，能够降低边缘场宽带离子束聚焦的影响；分析磁场1的出射面102处设置的多磁极调节机构406能够实时调节分析焦斑位置和形状，保证离子束传输效率和分析分辨率；校正磁场2的入射面201和出射面202处分别设置的多磁铁调节机构505和多磁极调节机构506相互配合，对出射离子束200束角度的一致性和均匀性进行调节。
实施例三：
如图8所示，实施例三的离子注入机与实施例二的离子注入机的区别在于：磁轭7包括分析磁铁磁轭703和校正磁铁磁轭704，分析磁铁磁轭703围绕分析磁铁4设置，校正磁铁磁轭704围绕校正磁铁5设置，在本实施例中分析磁铁4和校正磁铁5被拆分成了两个独立的磁铁结构。
本发明的宽带离子束和离子注入机具有以下有益效果：
1)由于分析磁场和校正磁场使离子束在水平方向沿不同方向偏转，使得宽带离子束中所需的离子从校正磁场的出射面射出时具有与入射时相同的分布；
2)连续非均匀的分析磁场的垂直分量对宽带离子束在水平方向具有聚焦作用的同时，分析磁场的水平分量同时在垂直方向对宽带离子束进行聚焦，可有效提高宽带离子束在分析磁场中的传输效率；连续非均匀的校正磁场的水平分量对通过分析光栏后再次扩散的离子束在垂直方向进行聚焦，保证了离子束在校正磁场内的传输效率，同时使出射离子束在垂直方向具有较好的聚焦状态。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种宽带离子束传输方法，包括以下步骤：分析磁场对从其入射面射入的宽带离子束进行质量分析，以使所述宽带离子束中所需的离子从其出射面射出后在距离其出射面一定距离处形成焦斑；设于所述焦斑处的分析光栏选择性地使所述所需的离子通过；校正磁场对通过所述分析光栏后再次扩散并从其入射面射入的离子束进行角度校正，以使通过所述校正磁场后从其出射面射出的离子束具有一致的角度分布；其中所述分析磁场和校正磁场是两个独立的磁场，
其特征在于，若所述分析磁场使从其入射面射入的宽带离子束在水平方向沿逆时针方向偏转，则所述校正磁场使通过所述分析光栏后再次扩散的离子束在水平方向沿顺时针方向偏转；若所述分析磁场使从其入射面射入的宽带离子束在水平方向沿顺时针方向偏转，则所述校正磁场使通过所述分析光栏后再次扩散的离子束在水平方向沿逆时针方向偏转，
所述分析磁场和校正磁场都是连续非均匀磁场，所述分析磁场的大小沿宽带离子束偏转半径R方向逐渐变大,所述校正磁场与所述分析磁场的大小分布情况相同；所述分析磁场的垂直分量使从其入射面射入的宽带离子束中所需的离子在水平方向聚焦，所述分析磁场的水平分量使从其入射面射入的宽带离子束中所需的离子在垂直方向聚焦；所述校正磁场的水平分量使通过所述分析光栏后再次扩散的离子束在垂直方向聚焦。
2.根据权利要求1所述的宽带离子束传输方法，其特征在于，所述分析磁场的入射面、出射面以及所述校正磁场的入射面、出射面是平面或弧面。
3.根据权利要求1所述的宽带离子束传输方法，其特征在于，所述校正磁场和分析磁场关于所述焦斑对称设置或非对称设置。
4.一种离子注入机，包括离子源、源磁场、引出电极、分析磁铁、校正磁铁、分析磁场线圈、校正磁场线圈、分析光栏、磁轭和注入靶台，所述分析磁场线圈围绕所述分析磁铁，所述校正磁场线圈围绕所述校正磁铁，所述分析磁场线圈与电源连接以在所述分析磁铁的上磁极和下磁极之间产生所述分析磁场，所述校正磁场线圈与电源连接以在所述校正磁铁的上磁极和下磁极之间产生所述校正磁场，所述分析磁场和校对磁场是两个独立的磁场；
所述分析磁场用于对从其入射面射入的宽带离子束进行质量分析，以使所述宽带离子束中所需的离子从其出射面射出后在距离其出射面一定距离处形成焦斑；
所述分析光栏设于所述焦斑处以使所述所需的离子选择性地通过；
所述校正磁场用于对通过所述分析光栏后再次扩散并从其入射面射入的离子束进行角度校正，以使通过所述校正磁场后从其出射面射出的离子束具有一致的角度分布；
其特征在于，若所述分析磁场使从其入射面射入的宽带离子束在水平方向沿逆时针方向偏转，则所述校正磁场使通过所述分析光栏后再次扩散的离子束在水平方向沿顺时针方向偏转；若所述分析磁场使从其入射面射入的宽带离子束在水平方向沿顺时针方向偏转，则所述校正磁场使通过所述分析光栏后再次扩散的离子束在水平方向沿逆时针方向偏转，
所述分析磁场和校正磁场都是连续非均匀磁场，所述分析磁场的大小沿宽带离子束偏转半径R方向逐渐变大,所述校正磁场与所述分析磁场的大小分布情况相同；所述分析磁场的垂直分量使从其入射面射入的宽带离子束中所需的离子在水平方向聚焦，所述分析磁场的水平分量使从其入射面射入的宽带离子束中所需的离子在垂直方向聚焦；所述校正磁场的水平分量使通过所述分析光栏后再次扩散的离子束在垂直方向聚焦。
5.根据权利要求4所述的离子注入机，其特征在于，所述分析磁场的入射面、出射面以及所述校正磁场的入射面、出射面是平面或弧面，所述校正磁场和分析磁场关于所述焦斑对称设置或非对称设置。
6.根据权利要求4所述的离子注入机，其特征在于，所述分析磁场的入射面处和出射面处、以及所述校正磁场的出射面处分别设有屏蔽磁极，所述分析磁场的出射面处以及所述校正磁场的出射面处分别设有多磁极调节机构，所述校正磁场的入射面处设有多磁铁调节机构。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的离子注入机，其特征在于，所述磁轭包括上磁轭和下磁轭，所述上磁轭和下磁轭围绕所述分析磁铁和校正磁铁设置。
8.根据权利要求4至6中任一项所述的离子注入机，其特征在于，所述磁轭包括分析磁铁磁轭和校正磁铁磁轭，所述分析磁铁磁轭围绕所述分析磁铁设置，所述校正磁铁磁轭围绕所述校正磁铁设置。
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