【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及离子注入领域中用于去除从离子源引出的离子束中的杂质离子的质量分析磁铁。
技术介绍
1、离子注入机是集成电路制造前工序中的关键设备，广泛应用于半导体表面掺杂工艺。在工业生产中，为了应对衬底尺寸的增大，比如更大尺寸的光伏电池板、显示屏，需要更宽尺寸的带状离子束。当以与离子束的行进方向垂直的平面切割时，此离子束轮廓大致呈带状、矩形状。
2、从离子源引出的离子束通常包含一种或多种不需要的杂质离子，当前标准的做法是利用离子质荷比的不同，使用磁分析器把上述杂质离子从离子束中分离出去，以便产生所需掺杂的高纯离子束。对于这样的质量分析电磁铁，由于要使离子束高精度偏转和分离，所以要求高均匀度的磁场。
3、对于带状离子束，一方面要求磁铁的磁极间隙足以容纳大尺寸的带状离子束，另一方面要求分析磁铁在整个带状离子束尺寸范围内提供合适且均匀的磁场。在现有技术上，满足这一要求的磁分析器变得困难和昂贵，体积庞大并且很难满足磁场质量要求。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决上述的技术问题，提供一套满足离子源引出的大尺寸、大散角离子束的新型结构的质量分析磁铁系统，该系统结构简单紧凑，有利于简化制造工艺，降低生产成本，进一步的，该系统能产生高度均匀的磁场，满足均匀的带状离子束注入需求，实现高分辨率。
2、本专利技术方案具体如下：一种用于带状离子束的质量分析磁铁系统，其特征在于，包括：四极聚焦磁铁、二极偏转磁铁和分析狭缝，所述四极聚焦磁铁用于对所述带状离子束进行长边方向
3、对于离子源引出的大尺寸、大散角离子束，本专利技术中采用二极偏转磁铁与四极聚焦磁铁相组合，一方面可减少目标离子的丢失，另一方面可大大缩小磁铁空隙，从而使系统结构简单紧凑，有利于简化制造工艺，降低生产成本。
4、作为优选方案：所述二极偏转磁铁用于为所述带状离子束包络区域提供高度均匀的偏转磁场，其结构包括弧形支撑圆筒、第一磁轭和2n个弧形鞍状绕组；2n个弧形鞍状绕组环所述弧形支撑圆筒表面布置、并上下对称形成所述二极偏转磁铁的两极，通过为不同角度的绕组布置不同匝数导线的方式实现电流密度沿环向呈近似cos(θ)分布，θ是指沿磁铁线圈横截面的环向角，不同绕组在环向上均匀布置；不同角度绕组的导线匝数由占总匝数的比例系数确定，。
5、上述n≥4，4≤n≤6更为推荐。
6、本专利技术的二极偏转磁铁电流密度呈近似cos(θ)分布，可产生更纯的二极磁场，从而在相同尺寸的情况下，能产生具有更大有效区域且高度均匀的偏转磁场。本专利技术二极偏转磁铁其磁场均匀度可达1‰，高度均匀的磁场有利于使离子束可以平整的通过分析狭缝而不出现歪曲，从而有利于使系统达到更高的质量分辨率。
7、另外，本专利技术二极偏转磁铁通过为不同位置的绕组布置不同匝数导线的方式实现电流密度按cos(θ)规律分布，也更有利于简化结构和制造工艺。
8、2n个弧形鞍状绕组在弧形支撑圆筒上的具体排布方式推荐如下：
9、2n个弧形鞍状绕组分成两组，每组的n个绕组尺寸依次缩小，其中绕组中的最大者的两边靠近所述弧形支撑圆筒的对称面设置，该组的其他绕组由大到小依次设置在最大者的范围内，各绕组中单匝导线的电流大小相同。
10、所述四极聚焦磁铁优选如下结构：包括第二磁轭和四个鞍形绕组，四个鞍形绕组沿离子束通道外围周向分布，从横截面来看，分别居中分布在以所述离子束通道中心为原点，平行于所述带状离子束短轴方向为x轴，长轴方向为y轴的直角坐标系的四个象限中。
11、为进一步简化结构和制造工艺，所述二极偏转磁铁及所述四极聚焦磁铁的各所述绕组分别为串联关系。
12、作为优选：所述第一磁轭、第二磁轭均为圆筒形的铁磁轭，分别套装在所述二极偏转磁铁、四极聚焦磁铁线圈的外围。
13、所述分析狭缝的位置和狭缝的宽度是可调的，用于精准控制和实时调节离子束密度、离子束均匀性和质量分辨率，可满足不同离子种类、不同离子能量的质量分析需求。
14、本专利技术中的所述带状离子束横截面呈矩形状，分为长边与短边，所述二极偏转磁铁及四极聚焦磁铁气隙宽度略大于所述带状离子束长边宽度。
15、所述离子束进入所述二极偏转磁铁后以一定的偏转角度出来，所述偏转角度可在45度到180度之间。
16、本专利技术的有益效果是：
17、1）对于现有技术中面对大尺寸、大散角离子束在同时要求大磁极间隙和磁场均匀性时造成的磁铁系统大、贵、难的问题，本专利技术采用二极偏转磁铁与四极聚焦磁铁组合方案，减少目标离子丢失的同时，大大缩小磁铁空隙，使系统结构简单紧凑，从而简化制造工艺，降低生产成本。
18、2）本专利技术二极偏转磁铁可提供高度均匀的偏转磁场，显著提高离子束的流强均匀度和角度均匀度，使不同质荷比的离子可以进行更好的空间分离从而平整的通过分析狭缝而不出现歪曲，进而使系统表现出更高的质量分辨率；另外，本专利技术二极偏转磁铁本身的特性也使得在相同尺寸下，可以提供更大的均匀磁场区域，从而使整个磁铁系统结构更为简单、紧凑，与现有技术相比，磁铁体积大大缩小，且便于加工制造。
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1.一种用于带状离子束的质量分析磁铁系统，其特征在于，包括：四极聚焦磁铁、二极偏转磁铁和分析狭缝，所述四极聚焦磁铁用于对所述带状离子束进行长边方向的聚焦和短边方向的散焦，然后输出到所述二极偏转磁铁进行偏转、分离，再通过所述分析狭缝选择出目标离子。
2.根据权利要求1所述的质量分析磁铁系统，其特征在于，所述二极偏转磁铁用于为所述带状离子束包络区域提供高度均匀的偏转磁场，其结构包括弧形支撑圆筒、第一磁轭和2n个弧形鞍状绕组，n≥4；2n个弧形鞍状绕组环所述弧形支撑圆筒表面布置、并上下对称形成所述二极偏转磁铁的两极，通过为不同角度的绕组布置不同匝数导线的方式实现电流密度沿环向呈近似cos(θ)分布，θ是指沿磁铁线圈横截面的环向角，不同绕组在环向上均匀布置；不同角度绕组的导线匝数由占总匝数的比例系数确定，。
3.根据权利要求1所述的质量分析磁铁系统，其特征在于，所述四极聚焦磁铁结构如下：包括第二磁轭和四个鞍形绕组，四个鞍形绕组沿离子束通道外围周向分布，从横截面来看，分别居中分布在以所述离子束通道中心为原点，平行于所述带状离子束短轴方向为X轴，长轴方向为Y轴的直角坐
4.根据权利要求2-3所述的质量分析磁铁系统，其特征在于，所述二极偏转磁铁及所述四极聚焦磁铁的各所述绕组分别为串联关系。
5.根据权利要求2-3所述的质量分析磁铁系统，其特征在于，所述第一磁轭、第二磁轭均为圆筒形的铁磁轭，分别套装在所述二极偏转磁铁、四极聚焦磁铁线圈的外围。
6.根据权利要求2-3所述的质量分析磁铁系统，其特征在于，所述二极偏转磁铁及所述四极聚焦磁铁的各所述绕组均采用无氧铜导线绕制。
7.根据权利要求1-4任一项所述的质量分析磁铁系统，其特征在于，所述分析狭缝的位置和狭缝的宽度是可调的。
8.根据权利要求1所述的质量分析磁铁系统，其特征在于，其中所述带状离子束横截面呈矩形状，分为长边与短边，所述二极偏转磁铁及四极聚焦磁铁气隙宽度略大于所述带状离子束长边宽度。
9.根据权利要求1所述的质量分析磁铁系统，其特征在于，所述离子束进入所述二极偏转磁铁后以一定的偏转角度出来，所述偏转角度在45度到180度之间。
...【技术特征摘要】
1.一种用于带状离子束的质量分析磁铁系统，其特征在于，包括：四极聚焦磁铁、二极偏转磁铁和分析狭缝，所述四极聚焦磁铁用于对所述带状离子束进行长边方向的聚焦和短边方向的散焦，然后输出到所述二极偏转磁铁进行偏转、分离，再通过所述分析狭缝选择出目标离子。
2.根据权利要求1所述的质量分析磁铁系统，其特征在于，所述二极偏转磁铁用于为所述带状离子束包络区域提供高度均匀的偏转磁场，其结构包括弧形支撑圆筒、第一磁轭和2n个弧形鞍状绕组，n≥4；2n个弧形鞍状绕组环所述弧形支撑圆筒表面布置、并上下对称形成所述二极偏转磁铁的两极，通过为不同角度的绕组布置不同匝数导线的方式实现电流密度沿环向呈近似cos(θ)分布，θ是指沿磁铁线圈横截面的环向角，不同绕组在环向上均匀布置；不同角度绕组的导线匝数由占总匝数的比例系数确定，。
3.根据权利要求1所述的质量分析磁铁系统，其特征在于，所述四极聚焦磁铁结构如下：包括第二磁轭和四个鞍形绕组，四个鞍形绕组沿离子束通道外围周向分布，从横截面来看，分别居中分布在以所述离子束通道中心为原点，平行于所述带状离子束短...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱昆，黄涛，颜学庆，黄维，蔡实现，吴经锋，
申请(专利权)人：广东省新兴激光等离子体技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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