[发明专利]离子质量分析器及离子注入装置

说明书

本发明公开的一种离子质量分析器及离子注入装置，离子质量分析器包括磁轭、设于磁轭内且呈上下对称分布的第一磁极和第二磁极、位于第一磁极与第二磁极之间且供混合离子束以一定路线通过的束线腔、缠绕在第一磁极上的第一线圈以及缠绕在第二磁极上的第二线圈；第一磁极和第二磁极均为扇形，第一磁极和第二磁极的入射面均为凹面，第一磁极和第二磁极的出射面均为凸面，且凹面的曲率为－0.8～－0.5，凸面的曲率为0.45～0.6；入射时混合离子束线与所述入射面法线之间的夹角为56.5°～60°，出射时偏转离子束线与所述出射面法线之间的夹角为－10.5°～－13°。本发明所述离子质量分析器的分辨率大于200。

技术领域

本发明属于半导体器件制造控制技术领域，尤其涉及一种双聚焦离子质量分析器及离子注入装置。

背景技术

离子植入机是半导体元件制造领域常见的设备之一，其主要作用是将掺杂离子通过各种电、磁器件操纵，最终植入到衬底材料上，实现材料改性。随着科学技术的日益发展，离子植入在半导体领域的重要性愈加凸显，注入离子的能量、掺杂剂种类、掺杂深度、注入角度等要求更加精确，离子植入各元件的设计要求也成为更大的挑战。

掺杂剂种类的选择是离子植入机必须实现的目标之一，质量分析器可以提供掺杂离子的筛选，其作用是将由源引出的离子束中不同质荷比的离子按空间位置、时间先后或运动轨道稳定与否等形式进行分离，同时，质量分析器又是一个重要的离子光学元件，具有聚焦特性。常用的质量分析器分为四极杆、飞行时间、离子肼、静电磁扇区、静电场轨道肼和傅立叶变换离子回旋共振等，离子植入设备更多的使用静电磁扇区质量分析器，磁场被限制在一个扇形的区域里，物和像都在场外，且在偏角、色散量和聚焦作用诸多方面都有较大的灵活性，因而应用比较广泛。

对质量分析器性能评估的一项重要指标是质量分辨率m/Δm，质量分辨率是指质量分析器能够刚好把质量为m的质谱峰和另一相差Δm的相邻质谱峰分开的能力。目前使用的离子注入机中的质量分析器分辨率一般在100以下，而对于某些特定要求，尤其是大分辨率的要求其能力明显不足，相关的设计研究还比较缺乏，因此对其进行研究具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离子质量分析器及离子注入装置，以解决现有质量分析器分辨率低的问题。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种离子质量分析器，包括磁轭、设于所述磁轭内且呈上下对称分布的第一磁极和第二磁极、位于所述第一磁极与第二磁极之间且供混合离子束以一定路线通过的束线腔、缠绕在所述第一磁极上的第一线圈以及缠绕在所述第二磁极上的第二线圈；其特征是：

所述第一磁极和所述第二磁极均为扇形，所述第一磁极和所述第二磁极的入射面均为凹面，所述第一磁极和所述第二磁极的出射面均为凸面，且所述凹面的曲率为－0.8～－0.5，所述凸面的曲率为0.45～0.6；入射时混合离子束线与所述入射面法线之间的夹角为56.5°～60°，出射时偏转离子束线与所述出射面法线之间的夹角为－10.5°～－13°。

进一步地，所述束线腔为与所述第一磁极和第二磁极形状相匹配的弯曲形状。

进一步地，在所述束线腔内壁铺设有石墨。

进一步地，所述束线腔由铝材料制成。

进一步地，所述束线腔内的真空度不大于5e^-7Torr。

进一步地，所述磁轭与第一磁极和第二磁极的材料相同。

进一步地，所述离子质量分析器可偏转60keV的Kr+，偏转角度为90°。

本发明还提供一种离子注入装置，包括用于产生混合离子束的离子源组件、用于对从离子源组件引出的混合离子束施加磁场并使其偏转的如上所述的离子质量分析器、设于所述离子质量分析器下游且使偏转离子束中目标离子束通过的质量分析狭缝、以及终端。