Разработка узлов для системы имплантации ионов

УДК 621.382.6(06) Физика пучков и ускорительная техника
Р.П. КУЙБЕДА1, Т.В. КУЛЕВОЙ1, Э.С. МАСУНОВ,
В.И. ПЕРШИН1, С.В. ПЕТРЕНКО1, С.М. ПОЛОЗОВ,
Д.Н. СЕЛЕЗНЕВ1, А.Л. СИТНИКОВ, И.М. ШАМАИЛОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1ФГУП ГНЦ РФ «Институт теоретической и экспериментальной физики»,
Москва
РАЗРАБОТКА УЗЛОВ ДЛЯ СИСТЕМЫ
ИМПЛАНТАЦИИ ИОНОВ
В настоящее время важной задачей является создание установок для
ионной имплантации. Схема системы ионной имплантации, разрабатываемой в ИТЭФ, показана на рис. 1 [1-2]: 1 - схематическое изображение
магнита источника ионов, 2 – катод и антикатод, 3 – плазма, 4 – система
экстракции, 5 – электростатический дефлектор, 6 – анод, 7 – система
транспортировки (электростатический ондулятор). Рассмотрим кратко
особенности конструкции отдельных узлов системы.
Для системы ионной имплантации был изготовлен источник Берна с
косвенным нагревом катода. Такой источник позволяет получать ленточные пучки ионов различных типов с отношением заряда к массе Z/А=1/101/120 (от бора В+ до декаборана B10H14+). При этом энергия ионов может
составлять 5-20 кэВ. На рис. 2 для примера показаны спектры ионов
сурьмы (а) и декаборана (b), полученные на данном источнике.
Для экстракции пучка в установке имплантации используется стандартная трех электродная ускоряюще - замедляющая система. Особенностью источника ионов типа Берна является наличие магнитного поля, которое направлено вдоль большего размера ленточного пучка. Из-за влияния магнитного поля источника траектория пучка отклоняется от прямолинейной. Так, при скорости частиц βz=0.001 и индукции магнитного поля
в источнике 0.1 Тл на расстоянии 10 см от начала системы экстракции
смещение пучка от оси может составлять до 15 см и даже может измениться направление движения. Для того, чтобы компенсировать влияние
магнитного поля источника на динамику пучка было предложено с помощью дополнительных электродов, создающих поперечное электростатическое поле (электростатического дефлектора). Максимальное поперечное
электрическое поле на оси должно составлять 2 кВ/см, для получения такого поля требуется подать на электроды потенциал Ud =1 кВ. Расстояние между электродами дефлектора должно увеличиваться примерно с 10
до 20 мм. Дефлектор был сконструирован, изготовлен и установлен на
источнике.
Была продолжена также разработка канала транспортировки пучка.
Напомним, что для системы имплантации была предложена оригинальная
система транспортировки на основе плоского электростатического онду59
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 5
УДК 621.382.6(06) Физика пучков и ускорительная техника
лятора. Ранее была предложена оригинальная методика расчета влияния
погрешностей изготовления и установки электродов канала транспортировки на форму поля и динамику пучка. При изготовлении и установке
электродов могут быть допущены следующие основные отклонения от
идеальной структуры: смещение одного из электродов вдоль одной из
осей, поворот электрода вокруг одной из осей, отклонение от заданной
толщины пластины и т.д. Все эти отклонения могут привести к существенному искажению распределения электрического поля в канале
транспортировки и оказать влияние на динамику пучка. Проведенные исследования показали, что для получения качественного пучка на выходе
канала транспортировки точность изготовления и установки электродов
является достижимой. Точность установки должна составлять: для продольного смещения - не хуже 200 мкм; для поперечных не хуже 250 мкм;
для угла поворота электродов вокруг осей - порядка 0.5. Полученные
требования к допускам существенно ниже, чем для традиционных ускоряющих систем.
Рис. 1. Схема системы
ионной имплантации
Рис. 2. Спектры пучков ионов
сурьмы (а) и декаборана (б)
Список литературы
1. T. V. Kulevoy, E. S. Masunov, S. M. Polozov at al. Transport line for beam generated by
ITEP Bernas ion source. Rev. Sci. Instrum. 77, 03C112 (2006).
2. V. Kulevoy, E. S. Masunov, S. M. Polozov at al. Ion sources for the varying needs of ion
implantation. Rev. Sci. Instrum. 77, 03B510 (2006).
60
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 5