CC BY
35
УДК 53.06
МНОГОЦЕЛЕВОЙ ИМПЛАНТЕР ДЛЯ РАЗВИТИЯ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
И. А. Иванов1, В. Т. Астрелин, А. В. Бурдаков, Р. В. Воскобойников, А. И. Горбовский, А. А. Иванов, В. А. Капитонов, С. Г. Константинов, К. Н. Куклин, С. В. Полосаткин, М. А. Тиунов
Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН
Для обеспечения базовых операций полупроводниковых технологий и радиационного материаловедения в ИЯФ СО РАН разработан многоцелевой имплантер с мощными пучками ионов. Генерируемый ионный пучок имеет следующие параметры: элемент - Н+, 0+; С4"; энергия ионов - до 200 кэВ, ток пучка - до 2 мА, режим имплантации - непрерывный. Размер мишени, устанавливаемой для обработки, может достигать 76 х 76 мм2. Во время работы имплантера вакуум в мишенной камере достигает 10~4 Па. Весь процесс проведения облучения мишени полностью автоматизирован.
Ключевые слова: полупроводниковые технологии, пучки ионов, имплантация ионов.
Многоцелевой имплантер ионов кислорода и водорода разработан в ИЯФ СО РАН для обеспечения базовых операций полупроводниковых технологий и радиационного материаловедения: технологии кремний-на-изоляторе, исследования воздействия интенсивных ионных пучков на металлические мишени - приемники пучков в источниках нейтронов и гамма-квантов для медицины, систем безопасности и для термоядерного материаловедения.
Имплантер (см. рис. 1) позволяет проводить эксперименты с пучком ионов энергией до 200 кэВ и током на мишени до 2 мА. Пучок ионов формируется из плазмы ЭЦР
1е-та11: I.A.Ivanov@inp.nsk.su
Краткие сообщения по физике ФИ АН
номер 11, 200.9 г.
Рис. 1. Схема имплантера: 1 - высоковольтная клетка, 2 - шкаф питания и управления ионным источником, 3 - разделительный трансформатор, 4 - магнетрон, 5 - ЭЦР ионный источник, 6 ионно-оптическая система, 7 ускорительная трубка, 8 откачной пост, 9 - поворотный магнит-сепаратор, 10 - тестовая камера.
источника, т.е. источника с электронно-циклотронным резонансным нагревом. Источник плазмы может работать сотни часов без заметной деградации. Пучок ионов II+ (0+, С+) формируется с помощью четырехэлектродной ионно-оптической системы с напряжением ускорения до 40 кВ. Ток пучка может достигать 2 мА в непрерывном режиме работы. При этом плотность тока может варьироваться в пределах 2-5 м А/см2. Доускорение ионов до требуемой энергии (от 40 до 200 кэВ) осуществляется ускорительной секцией.
Для функционального использования данной установки облучаемая пучком мишень находится при земляном потенциале. Ионный источник с системой питания и системой автоматизации находится под потенциалом +200 кВ и располагается в высоковольтной клетке Фарадея. Электропитание осуществляется через 220 В разделительный масля ный трансформатор, рассчитанный на нагрузку до 5 кВт.
Вакуумная откачка инжектора осуществляется через ускорительную трубку. Поэтому ее апертура рассчитывалась с учетом необходимой скорости откачки и газовой нагрузки инжектора. Ускорительная трубка имеет шесть электродов с изоляционными кольцами из ультрафарфора. Внутри трубки на электродах закреплены фокусирую-
щие диафрагмы, выполненные в форме конусов для прикрытия изоляторов от прямого воздействия света и частиц из области прохождения пучка. Первый электрод находится под максимальным потенциалом и состыкован с ионным источником, последний электрод находится под земляным потенциалом. Потенциалы по электродам разнесены равномерно с помощью делителя напряжения.
После ускорения ионного пучка до полной энергии разделение изотопов и примесей производится с помощью секторного 90° магнита-сепаратора. Расчет электрической прочности клетки Фарадея и ионно-оптических характеристик ускорительной трубки и поворотного магнита проводился с применением разработанных в ИЯФ СО РАН программ MAG-3D [1], SAM [2, 3] и POISSON-2 [4]. На выходе сепаратора установлен второй высоковакуумный откачной пост, обеспечивающий дифференциальную откачку. После откачного поста расположена вакуумная камера с подвижной мишенью и системой диагностик. Для получения сухого вакуума используются безмасляные турбомолекулярные насосы и форвакуумный спиральный насос. В результате в рабочем объеме достигается вакуум до Ю-4 Па.
Для сканирования пучка по поверхности 76 х 76 мм2 в горизонтальной плоскости используется развертка ионного 200 кэВ пучка с помощью магнита-сепаратора. Для вертикального позиционирования мишень может передвигаться с помощью сильфонного ввода движения. Выделяемая на мишени мощность от ионного пучка снимается водой, протекающей через держатель мишени.
Управление имплантером и контроль процесса имплантации полностью автоматизированы и осуществляются через консоль центрального компьютера.
ЛИТЕРАТУРА
[1] М. A. Tiunov and В. М. Fomel, Preprint Budker INP 83-150, 1983.
[2] M. A. Tiunov, В. M. Fomel, and V. P. Yakovlev, Proceedings of the XIII International Conference on High Energy Accelerators, Novosibirsk, 1987 (Новосибирск, ИЯФ им. Г.И. Будкера, 1987) v. 1, р. 353.
[3] М. A. Tiunov, В. М. Fomel, and V. P. Yakovlev, Preprint Budker INP 96-11, 1996.
[4] В. Т. Астрелин, В. Я. Иванов, Автометрия 3, 92 (1980).
По материалам 3 Всероссийской молодежной школы-семинара "Инновационные аспекты фундаментальных исследований по актуальным проблемам физики" Москва, ФИАН, октябрь 2009 г.
Поступила в редакцию 12 октября 2009 г.
