7. Іонні джерела

Іонні джерела - пристрої для отримання спрямованих потоків іонів. Іонні джерела застосовуються у прискорювачах масспектрометрах, іонних мікроскопах, установках поділу ізотопів, іонних ракетних двигунах. Швидко розширюється область технологічних застосувань джерел іонів - це обладнання іонно-променевої обробки матеріалів (операції фінішній очищення поверхні ІС, імплантації, розпорошенняметалевих і діелектричних матеріалів, травлення мікроструктур і т.д. )

Існує кілька способів створення іонних пучків: генераціяіонних пучків шляхом бомбардування поверхні твердого тіла потоком атомів (поверхнева іонізація), в дослідних установках застосовують джерела з іонізацією атомів на розігрітій поверхні твердих тіл і т.д.

Однак, найбільш перспективний спосіб генерації іонних потоків заснованийна отриманні іонів з плазми. Газорозрядна плазма є ефективним емітером вільних іонів. Слід зазначити, що саме плазмові іонні джерела знайшли широке застосування в різних областях наукових досліджень і в сучасному технологічному промисловому устаткуванні.

У даній роботі розглянуто плазмове іонне джерело - джерело Кауфмана, який застосовується в технології мікроелектроніки і має широкі перспективи розвитку. У першому розділі розглянуті основні параметри іонних джерел. Далі розглянуто конкретно джерело Кауфмана та застосуванняіонних джерел в технології мікроелектроніки.

7. Основні параметри плазмових іонних джерел

Основними конструктивними елементами плазмових джерел іонів є:

• розрядна камера;

• катодний вузол;

• іонно-оптична система формування пучка;

• магнітна система (в джерелах з магнітним полем)

• система подачі робочої речовини;

• вакуумна система;

• система електроживлення;

• система контролю і управління.

Технічні можливості іонно -променевої установки багато в чому визначаютьсятипом іонного джерела. Різноманітність типів розроблених джерел обумовлено в першу чергу різними експлуатаційними вимогами до них.

7. Призначення іонних джерел.

Призначенням кожного джерела є ефективне повідомлення нейтральних атомів і молекул речовини такої кількості енергії, якого було б достатньо для відриву зовнішніх електронів. В результаті що сталася іонізації в джерелі встановлюється певна концентрація заряджених частинок, витягування яких і формування в пучок необхідного перетинує призначенням іонно-оптичної системи. Зазвичай тип джерела відповідає певному способу збудження розряду. Згідно такої класифікації розрізняють джерела з напруженим і холодним катодом, джерела з ВЧ розрядом. Можна вказати і іншівідмітні ознаки конструкції джерела. Такі ознаки можуть бути пов'язані самими фізичними процесами в розрядної камері, так і з конструктивними особливостями розрядного вузла і системи екстракції.

Конструктивне виконання джерела залежить від системи екстракції іформування. Відомі джерела з аксіальний або поперечним (щодонапряму магнітного поля) висновком, причому вихідний пучок може бутициліндричним або стрічковим. У технологічних програмах широко використовуються многопучковие джерела, що формують однорідні іонні пучки зпоперечними розмірами до декількох десятків сантиметрів. Саме таким іонним джерелом є джерело Кауфмана.

Іонні джерела, призначені для різних типів робочих речовин

(газоподібних, твердих, тугоплавких, хімічно активних, токсичних), такожмають свої специфічні особливості, відображені у конструкції окремихвузлів. Різними можуть бути і вимоги, пропоновані до вакуумноїсистемі джерела. Наприклад, в електронно-променевого джерелі знадпровідної магнітною системою ~ 10-10 Па, в основному щаблі ЕЦР --джерела потрібно вакуум ~ 10-4 - 10-5 Па. Тоді як тиск в розрядноїкамері плазмотрона ~ 1 Па.

Нарешті, область застосування та умови експлуатації іонного джереланакладають певні обмеження на конструкцію і параметри джерела.

Різноманіття вимог, пропонованих до іонним пучкам в різнихзастосуваннях, не дозволили до теперішнього часу створити універсальнийіонний джерело. Можна вказати, з одного боку, на надзвичайно широкийдіапазон параметрів іонних джерел технологічного призначення, а зіншого боку, відзначити специфічні умови експлуатації джерел уприскорювачах заряджених частинок. Розробка і вдосконалення конструкціїплазмового іонного джерела спрямовані на вирішення таких завдань:збудження розряду і забезпечення заданої концентрації заряджених частинок вгазорозрядної камері, вилучення (екстракція) іонів з плазмового емітера,формування іонного пучка з необхідними енергетичними та оптичнимихарактеристиками.

Вибір конкретного тина іонного джерела для використання в технологічної чи експериментальної установки здійснюють на основіпорівняння їх основних технічних характеристик. Такий вибір зазвичайзумовлений вимогами до іонного потоку і безпосередньо до самогоджерела.