ИОС ИИИ представляет собой сборку из двух (или трех) сеток с отверстиями одинакового диаметра. Число отверстий соответствует числу ионных пучков. Сетки имеют вид плоских или выгнутых в сторону разряда тонких металлических (графитовых) дисков. От формы сеток зависит форма ионного потока. Наиболее часто используются плоские сетки. Вся система сетчатых электродов юстируется оптическим способом с целью достижения соосности отверстий.

Каждая из сеток (экстрагирующая, ускоряющая, замедляющая) имеет определенный потенциал. Экранирующая (экстрагирующая) сетка находится под высоким(до 8 кВ) отрицательным потенциалом, замедляющая сетка - под нулевым потенциалом (заземлена). Для увеличения ионного тока следует увеличивать ускоряющее напряжение и уменьшать расстояние между сетками.

Число отверстий в единице площади определяется параметрами плазмы на границе разряда и ускоряющим потенциалом. Прозрачность системы сетчатых электродов (площадь отверстий, отнесенную к общей площади сетки) в технологических МИИ стремятся увеличить до максимума.

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.