CN104867803B - 一种用于离子注入机的30°平行透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及为一种用于离子注入机的30°平行透镜，包括结构及尺寸一致且上下对称安装的上磁极和下磁极，上磁极的上方设有上磁轭，下磁极的下方设有下磁轭，上磁极的顶面与上磁轭的底面连接，而下磁极的底面与下磁轭的顶面连接；该平行透镜还设有两个中间磁轭，两个中间磁轭的顶端均与上磁轭的底面连接，而两个中间磁轭的底端均与下磁轭的顶面连接，且上磁极和下磁极置于两个中间磁轭之间；上磁极的下磁极面与下磁极的上磁极面边缘的均由多条弧线构成。本发明磁极面形状合理，可以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需要的沟道。

Description

一种用于离子注入机的30°平行透镜
技术领域
本发明涉及半导体器件制造领域的半导体材料离子注入工艺中所用的离子注入机，具体为一种用于离子注入机的30°平行透镜。
背景技术
随着半导体集成电路制造技术的发展，集成度越来越高，电路规模越来越大，电路中单个元器件尺寸越来越小，对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。尤其是对能量污染和离子污染的要求，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，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180mm以下，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、均匀性与生产效率等方面也受到了非常研究的挑战，需要采取大倾角离子注入方式。
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，也可以使之均匀产生需要的沟道，因此平行束在大角度离子注入机中是必须的。
通常的平行透镜，磁极面形状设计不尽合理，无法满足更高工艺的束平行性要求，同时磁轭和线圈设计没有优化，存在加工复杂、重量大、成本高、装配难等问题。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种用于离子注入机的30°平行透镜，使离子束注入角度保持一致、保证均匀性和重复性，并可以通过调节通过线圈的电流大小使不同能量和质量的离子束扩张为30°的平行束。
本发明的技术方案为，一种用于离子注入机的30°平行透镜，包括结构及尺寸一致且上下对称安装的上磁极和下磁极，上磁极的上方设有上磁轭，下磁极的下方设有下磁轭，所述上磁极的顶面与上磁轭的底面连接，而下磁极的底面与下磁轭的顶面连接；该平行透镜还设有两个中间磁轭，两个中间磁轭的顶端均与上磁轭的底面连接，而两个中间磁轭的底端均与下磁轭的顶面连接，且上磁极和下磁极置于两个中间磁轭之间；所述上磁极的下磁极面与下磁极的上磁极面边缘的均由多条弧线构成。
所述上磁极和下磁极的外周均围有线包。
所述上磁极的下磁极面由顺次连接的第一弧线、第二弧线、第三弧线、第四弧线、第五弧线、第六弧线合围而成。
所述第一弧线的曲率半径为20mm，第二弧线的曲率半径为500mm，第三弧线的曲率半径为20mm，第四弧线的曲率半径为560mm，第五弧线的曲率半径为38mm，第六弧线的曲率半径为353mm。
所述上磁极和下磁极的间距为50mm-100mm。
所述上磁极的高度大于130mm，下磁极的高度与上磁极的高度一致，也大于130mm。
所述两个中间磁轭均为长方体铁块，其中一个中间磁轭的长为450mm，宽为100mm，另一个中间磁轭的长为200mm，宽为50mm。
所述上磁轭和下磁轭的横截面均为五边形，且其中的四条边相互垂直。
如图4所示为磁场大小随上下磁轭的高度变化，可以发现在高度小于30mm时磁场大小变化较快，而当高度大于70mm时磁场变化很小。如图5所示为中间磁轭1的宽度对磁场大小的影响计算结果，发现当磁轭宽度为100mm时为最优情况。
按照传统的设计方法，线包的形状与磁极的形状要求一致，以便产生特定形状的磁场，但是线包按弧线26绕制比较麻烦，而且不能保证形状。经过数值计算发现，线包按照弧线26绕制和做成直线部分42，所产生的磁场是一致的。
图7所示为本发明的用于离子注入机的30°平行透镜的离子束轨数值计算结果。51为离子束的中心束，52和53是离子束的边缘束，与中心束的夹角都是6°。中心束51经过本发明的30°平行透镜后偏离了30.01°，边缘束52经过本发明的30°平行透镜后与水平方向的夹角为29.79°，边缘束53经过本发明的30°平行透镜后与水平方向的夹角为30.09°，束的张角为0.3°，符合工艺要求。边缘束52和53经过本发明的30°平行透镜后距离为208mm，能够注入8英寸的基片。
本发明为一种用于离子注入机的30°平行透镜，磁极面形状合理，可以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需要的沟道；磁轭结构和线圈形状优化，在满足磁场要求的同时，使得整个平行透镜的加工简单、重量轻、成本低、易拆装；可以通过调节通过线圈的电流大小使不同能量和质量的离子束扩张为30°的平行束。
附图说明
图1为本发明所述平行透镜的总体结构示意图；
图2为本发明所述上磁极的上磁极面形状；
图3为本发明所述上磁轭的结构图；
图4为本发明所述平行透镜的磁场大小随上下磁轭的高度变化图；
图5所示为本发明所述平行透镜的中间磁轭的宽度对磁场大小的影响计算结果；
图6所示为本发明所述平行透镜的磁极和线包；
图7所示为本发明所述平行透镜的离子束轨数值计算结果。
具体实施方式
如图1所示，一种用于离子注入机的30°平行透镜，包括结构及尺寸一致且上下对称安装的上磁极3和下磁极4，上磁极3的上方设有上磁轭2，下磁极4的下方设有下磁轭6，所述上磁极3的顶面与上磁轭2的底面连接，而下磁极4的底面与下磁轭6的顶面连接；该平行透镜还设有两个中间磁轭1、5，两个中间磁轭1、5的顶端均与上磁轭2的底面连接，而两个中间磁轭1、5的底端均与下磁轭6的顶面连接，且上磁极3和下磁极6置于两个中间磁轭1、5之间；上磁极的下磁极面与下磁极的上磁极面边缘的均由多条弧线构成。
如图6所示，上磁极3和下磁极4的外周均围有线包41，上下磁极外各套两个线包，共4个线包，每个线包的上下都安装有水冷版，共6块水冷版，线包用厚1.2mm、高50mm的铜线圈绕制成60匝，每匝之间有绝缘纸。按照传统的设计方法，线包的形状与磁极的形状要求一致，以便产生特定形状的磁场，但是线包按弧线26绕制比较麻烦，而且不能保证形状。经过数值计算发现，线包按照弧线26绕制和做成直线部分42，所产生的磁场是一致的。
如图2所示，上磁极3的下磁极面由顺次连接的第一弧线21、第二弧线22、第三弧线23、第四弧线24、第五弧线25、第六弧线26合围而成。第一弧线21的曲率半径为20mm，第二弧线22的曲率半径为500mm，第三弧线23的曲率半径为20mm，第四弧线24的曲率半径为560mm，第五弧线25的曲率半径为38mm，第六弧线26的曲率半径为353mm。
上磁极3和下磁极4的间距为60mm，上磁极3的高度为140mm。
两个中间磁轭1、5均为长方体铁块，其中一个中间磁轭1的长为450mm，宽为100mm，另一个中间磁轭5的长为200mm，宽为50mm。
如图3所示，上磁轭2的横截面均为五边形，且其中的四条边相互垂直，下磁轭6的结构域上磁轭2一致。

Claims (6)

1.一种用于离子注入机的30°平行透镜，其特征是，包括结构及尺寸一致且上下对称安装的上磁极（3）和下磁极（4），上磁极（3）的上方设有上磁轭（2），下磁极（4）的下方设有下磁轭（6），所述上磁极（3）的顶面与上磁轭（2）的底面连接，而下磁极（4）的底面与下磁轭（6）的顶面连接；该平行透镜还设有两个中间磁轭（1，5），两个中间磁轭（1，5）的顶端均与上磁轭（2）的底面连接，而两个中间磁轭（1，5）的底端均与下磁轭（6）的顶面连接，且上磁极（3）和下磁极（6）置于两个中间磁轭（1，5）之间；所述上磁极（3）的下磁极面与下磁极（4）的上磁极面的边缘均由多条弧线构成；所述上磁极（3）和下磁极（4）的外周均围有线包（41）；所述上磁极（3）的下磁极面由顺次连接的第一弧线（21）、第二弧线（22）、第三弧线（23）、第四弧线（24）、第五弧线（25）、第六弧线（26）合围而成；线包（41）对应第六弧线（26）的部分做成直线部分（42），其中第六弧线（26）相对于直线部分（42）凹陷。
2.根据权利要求1所述用于离子注入机的30°平行透镜，其特征是，所述第一弧线（21）的曲率半径为20mm，第二弧线（22）的曲率半径为500mm，第三弧线（23）的曲率半径为20mm，第四弧线（24）的曲率半径为560mm，第五弧线（25）的曲率半径为38mm，第六弧线（26）的曲率半径为353mm。
3.根据权利要求1所述用于离子注入机的30°平行透镜，其特征是，所述上磁极（3）和下磁极（4）的间距为50mm-100mm。
4.根据权利要求1所述用于离子注入机的30°平行透镜，其特征是，所述上磁极（3）的高度大于130mm。
5.根据权利要求1所述用于离子注入机的30°平行透镜，其特征是，所述两个中间磁轭（1，5）均为长方体铁块，其中一个中间磁轭（1）的长为450mm，宽为100mm，另一个中间磁轭（5）的长为200mm，宽为50mm。
6.根据权利要求1所述用于离子注入机的30°平行透镜，其特征是，所述上磁轭（2）和下磁轭（6）的横截面均为五边形，且其中的四条边相互垂直。
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