[实用新型]一种强流低能团簇离子束导向装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种强流低能团簇离子束纳米加工设备中的束流导向装置，属于离子束纳米加工技术领域。

背景技术

在当今以信息技术引领发展的高科技时代，集成电路无处不在，其研发和生产成为一个国家重要的支柱性产业，而每一块集成电路都离不开离子注入工艺。随着集成度进一步提高，MOSFET尺度进一步减小(32至22nm)，器件结深越来越浅，必然要求采用超低能量的离子注入工艺，而低能条件下离子束流必然降低，且单原子离子的沟道效应难以避免，因此必须采用团簇离子束技术。这一技术的基础是团簇离子源和团簇离子束加工设备。

强流低能团簇离子束纳米加工成套设备可以产生数十至数千个原子范围的团簇离子束，满足硅基集成电路10nm超浅结制造、半导体表面平化、超薄纳米材料制备等多方面的需求。建立团簇离子束设备研发制造体系，有利于形成具有自主知识产权的离子束纳米加工极端制造技术。

束流导向装置在强流低能团簇离子束纳米加工成套设备具有重要的应用地位，其主体结构为电磁场控制单元。传统的离子束加工设备中依靠单一电场或磁场的偏转、导向装置具有一定的局限性。因为一般载能离子束导向装置有平行板静电装置和电磁场装置，对于质量轻的载能带电粒子束的偏转、导向具有很大的优势，但对于质量很重的团簇离子则影响甚微。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种安全、方便的强流低能团簇离子束纳米加工设备中的电磁场束流导向装置，通过产生的正交交叉电场和磁场，让具有一定速度的载能粒子顺利通过，起到甄别团簇尺寸并导向输运该团簇离子的作用。

实现本实用新型目的所采用的技术方案为，一种强流低能团簇离子束导向装置，至少包括一对间隔分布的电极和一对设置于电极周围的磁铁，所述电极通过一对绝缘体固定并且与磁铁相互隔离，两个电极之间区域构成离子束通道；所述磁铁和绝缘体通过位于磁铁两端的一对极靴固定，磁铁位于电极外侧，两个磁铁均为永磁铁或电磁铁。

所述绝缘体内侧面的中部向上突出构成卡槽，两个绝缘体的卡槽槽口相对，两个电极分别固定于两个绝缘体的卡槽中，磁铁与绝缘体的外侧面相接触。

所述极靴的中部向上凸起构成限位凸台，限位凸台抵紧绝缘体卡槽的槽壁，极靴的位于限位凸台两侧的部位开设有与磁铁端部形状相匹配的凹槽，磁铁的两端分别嵌于两个极靴位于同侧的凹槽中。

所述限位凸台的根部设有台阶，绝缘体固定于两个极靴的台阶阶面和限位凸台所限定的区域中。

所述台阶的阶面高于凹槽的槽底。

两个电极相对的表面为镜面。

所述绝缘体与磁铁和电极均紧密接触。

所述绝缘体为聚四氟乙烯绝缘体。

所述电磁铁由铁芯和绕制式线圈构成。

所述永磁铁由SmCo₅稀土永磁材料构成。

由上述技术方案可知，本实用新型提供的强流低能团簇离子束导向装置，磁铁和电极之间通过耐高压的聚四氟乙烯绝缘体(标准状况下，耐压为5kV)来隔离。绝缘体将磁铁和电极隔开后，同时又通过其上设置的适当尺寸的卡槽将电极固定，磁铁则通过位于其两端的一对极靴安装固定，便于安装操作，磁铁位于电极外侧，两个电极之间区域构成团簇离子束通过的离子束通道。

根据磁场模式不同，提供两种正交交叉电磁场：其一为恒稳磁场模式，采用高强度永磁铁提供约1000高斯磁场强度的恒稳磁场，电极通电可以提供电场，二者叠加形成正交交叉电磁场，该高强度永磁铁产生的磁场和极间电场正交，可以让速度较快、质量较小的单离子或小团簇离子通过，起到单离子或小团簇离子束流偏转、导向作用；其二为可调磁场模式，采用绕制式线圈-铁芯电磁铁，保证通入合适大小的直流电后能产生8000～15000高斯磁场强度的可变磁场，该磁场与极间电场正交，可以让速度慢、质量较大的团簇离子通过，起到调节一定尺寸(1000～3000atoms/cluster)团簇离子束流导向作用。

由此，本实用新型可提供稳恒-可变两种磁场模式；通过改变电场强度大小，可调节团簇离子束流输运方向，根据正离子束通过电磁场的速度，调节极板电压的大小，使离子所受的合作用力达到平衡，从而让具有一定速度的载能离子顺利地从电磁场中间通过；两个电极相对的表面为镜面，以避免毛刺等污染物可能引起的极间尖端放电。