Фримановские ионные источники. Фримановские источники в лабораторных разделителях изотопов и первых имплантерах, страница 3

9.2.2. Варианты источников

Несколько вариантов базовой конструкции источника (рис. 9.2) были использованы в харуэллском разделителе изотопов и изображены на рис. 9.3, а—ж.

9.2.3. Харуэллский разделитель изотопов как имплантер

Первый коммерческий сильноточный ионный имплантер был изготовлен фирмой Lintott Engineering [5] и состоял из харуэллского разделителя изотопов и устройства с механическим сканированием. Разделитель изотопов находился под нулевым потенциалом, и выделенный пучок ионов с энергией до 40 кэВ ускорялся путем создания на сканирующем устройстве отрицательного потенциала.

Пучок вытягивали через щель с размерами 42 х 1,5 мм, а его центровка достигалась с помощью стационарных вытягивающих электродов и наклона всей системы источника на вакуумном сильфоне. Как можно видеть на рис. 9.2, вакуумный фланец источника имеет большой высоковольтный токоввод и находится под нулевым потенциалом, но на дуговую камеру подается предварительный ускоряющий потенциал до 40 кВ. Магнит источника, который создает магнитное поле с вектором индукции, параллельным нити, расположен вне вакуумной камеры при нулевом потенциале.

9.2.4. Фримановский источник в коммерческих ионных имплантерах

Фримановский источник нашел применение в коммерческих сильноточных ионных имплантерах для полупроводниковой технологии. На рис. 9.4 показан источник, использованный в устройстве Series III производства Lintott/Applied Materials [5]. В его состав входят сдвоенные испарители, которые использовались для получения ионов мышьяка, фосфора или сурьмы из одноэлементных рабочих материалов, В сочетании с газообразным ВFз в качестве рабочего материала для получения ионов бора были, следовательно, легко доступны три вида имплантируемых частиц без необходимости смены источника. На рис. 9.5 показан источник, изготовленный фирмой Nova [7], со снятой передней пластиной. В обоих источниках передняя пластина — съемный элемент с изогнутой геометрией вытягивания (чтобы уменьшить

Рис. 9.3. Варианты дуговой камеры для харуэллского разделителя изотопов [16]. а — стандартное утройство ионного источника с танталовой дуговой камерой и печью из нитрида бора; al — модифицированная конструкция для ввода химически активного газа или пара в печь; 6 — альтернативный вариант танталовой дуговой камеры с вставкой из нитрида бора для быстрой загрузки источника через вакуумный затвор (тепловое поле нити используется для регулирования температуры); в — аналогично «б», но с печью из нитрида бора для регулирования температуры; г — аналогично в, но с обычной печью для испарения (более надежная конструкция, чем а, но увеличенный тепловой поток из дуговой камеры повышает минимальную рабочую температуру); д — альтернативный вариант танталовой дуговой камеры с медным стержнем, на котором укреплен распылявший металл; е — танталовая дуговая камера для быстрой загрузки источника, в которой для регулирования температуры используется тепловое поле нити (более простая, но менее надежная конструкция, чем б); ж — графитовая дуговая камера, предназначенная для отработанных операций с газами и парами (тепловое экранирование может быть использовано для повышения рабочей температуры и скорости обезгаживания в случае простых печей, модифицированных для использования с распыляемыми мишенями или вставками для быстрой загрузки). Для нормальной работы используется вытягивающая щель с размерами 42 мм х 1,5 мм. Ширина может быть увеличена (до 2,5 — 3 мм) для увеличения интенсивности пучка. Длина может быть уменьшена (до 2 см) для уменьшения высоты пучка. 1 — тепловые экраны; 2 — печь; 3 — термопара; 4 — линия подачи химически активного газа; 5 — нагреватель; 6 — фокусирующая пластина; 7 — нить; 8 — вытягивающая щель; 9 — подана газа; 10 — рабочий материал; 11— изолятор; 12 медный стержень; 13 — металлическая чашечка; 14 — танталовая трубка; 15 — тепловой экран (обычно не используется).