Ионный источник КауфманаСтраница 5
В процессе работы источника сетчатые электроды испытывают термическую нагрузку. Центральная часть экранирующей сетки нагревается до 670-770 К, ускоряющей сетки - до 570-670 К. Края электродов разогреваются на IОО-300 К меньше, чем их центральная часть.
ИОС МИИ должна удовлетворять следующим требованиям:
иметь максимальную прозрачность при оптимальном соотношении между диаметром отверстий и расстоянием между ними;
иметь минимально возможное (при отсутствии электрического пробоя) расстояние между ускоряющей и экранирующей сетками;
толщина сеток должна быть минимально возможной при обеспечении механической прочности и стабильности межсеточного расстояния с учетом разогрева до 570-670 К;
сетки должны изготавливаться из тугоплавких материалов (молибден, графит) с низким коэффициентом температурного расширения и малым коэффициентом распыления;
ИОС должна юстироваться оптически для обеспечения соосности отверстий;
должно быть оптимизировано отношение потенциала плазмы и потенциалу ускоряющей сетки.
В технологических МИИ возникает необходимость нейтрализации пространственного заряда ионного потока, обусловленная, во-первых, низкой скоростью распыления диэлектрических мишеней вследствие накопления на них поверхности положительного заряда и, во-вторых, расфокусировкой ионного потока.
Нейтрализация осуществляется двумя способами:
I. На пути ионного потока размещается вольфрамовая или танталовая нить, является термоионным эмиттером. Недостатки этого метода - малый ресурс внешнего термоионного эмиттера, распыление материала нити и загрязнение обрабатываемой поверхности. Применение метода ограничено ионными пучками малого диаметра.
2. Метод "плазменного моста", состоящий в формировании вспомогательного плазменного потока, замыкающегося на ионный пучок и обеспечивающего нейтрализацию.
Многоаппертурные источники ионов серийно выпускаются в США фирмами Veeco, Commonwelth Seintific, Ion Tech, CSC и другими в виде универсальных автономных установок и в составе технологических систем.
3. Модификации источника Кауфмана и тенденции его развития
Для повышения однородности потока используются мультипольные системы на постоянных магнитах, в зоне полюсных наконечников которых размещаются аноды, и мультикатодные системы /4/.
Ионный источник с мультикатодной системой разработанный фирмой CSC представлен на рис.17.
Ионный источник с мультикатодной системой
I - экстрактор, 2 - анод, 3 - электромагнит, 4 - система катодов (мультикатоды), 5 - напуск рабочего газа, 6 - водяное охлаждение.
Рис.17
Можно выделить следующие тенденции развития технологических многолучевых источников:
увеличение диаметра ионного потока;
использование нескольких термокатодов с целью повышенения равномерности пространственного распределения плазмы в объеме разрядной камеры;
увеличение ресурса термокатодов;
применение мультипольных магнитных систем и многоанодных систем для повышения однородности плазмы в разрядной камере;
нейтрализации объемного заряда ионного потока.
4. Применение ионных источников в технологии
В технологических процессах создания сверхбольших и сверхскоростных ИС (СБИС и ССИС) широко используются ионные, ионно-плазменные и плазмохимические процессы взаимодействия ионных потоков и низкотемпературной плазмы с поверхность твердого тела. В универсальных технологических системах, оборудованных ионными источниками можно проводить многие операции очистки, ионно-пучкового травления и распыления. В полупроводниковой микроэлектронике широко применяются технологии ионной имплантации и реактивного ионно-лучевого травления (РИЛТ) /1/.
Применение совокупности электронно-ионных процессов, получивших общее название «элионная технология», позволяет повысить точность изготовления микроструктур, создать высокопроизводительное автоматизированное промышленное оборудование.