Quelle, Strahlführung, Endstation

Der Ionenimplantationsprozess besteht darin, die Wafer-Oberfläche mit Ionen wie Bor, Phosphor und Arsen zu dotieren und dadurch die elektrischen Eigenschaften (Leitfähigkeit des Bauelements) zu verändern oder die Oberflächeneigenschaften eines Wafer-Materials zu modifizieren (mit nicht-dotierenden Elementen wie Germanium oder Kohlenstoff).

Applikationsanforderungen

  • Anhaltende Stabilität der Vakuumleistung
  • Maximales Saugvermögen und Kompressionsverhältnis für leichte Gase für minimalen Basisdruck
  • Kondensatmanagement durch Hochtemperaturbetrieb
  • Korrosionsbeständigkeit durch fortschrittliche Beschichtungstechnologie für Turbopumpen
  • Lange Prozesslebensdauer bei geringen Betriebskosten: Geringer Stromverbrauch, niedrige Reparaturkosten

Wie funktioniert es?
Um die Ionen im Plasma zu erzeugen, sie zu beschleunigen und Kollisionen auf dem Weg zu den Wafern zu reduzieren, ist eine Hochvakuumumgebung erforderlich. Der typische Betriebsdruck liegt daher im Bereich von 10-6 bis 10-9 mbar. Die Quelle ist der Bereich, in den Prozessgase eingeleitet, durch einen Heizfaden ionisiert und durch eine Elektrode extrahiert werden. Nur wenige Prozent des eingeleiteten Gases werden ionisiert und extrahiert. Die am häufigsten für den Implantationsprozess verwendeten Gase sind Arsin (AsH3), Phosphin (PH3), Boran (BH3) oder auch Germanium (Ge). Die Strahlführung ist der Bereich, in dem die Ionen durch Magnetfelder, die von Massentrennungsmagneten erzeugt werden, fokussiert und beschleunigt werden. Die Endstation ist der Bereich, in dem die Implantation der dotierenden Ionen in den Wafer erfolgt. Die Schleusenkammer ermöglicht das Einbringen der Wafer aus der Atmosphäre in den Ionenimplanter.

Vakuumanforderungen
Der typische Zieldruck für die Ionenquelle liegt im Bereich von < 5·10-6 mbar. Bei Ionenimplantationsprozessen kommen gefährliche und reaktive Materialien zum Einsatz, die mit Vakuumpumpen gehandhabt werden müssen. Turbopumpen für Implantationsprozesse sollten für solche Chemikalien ausgelegt sein, und bei einigen Rezepturen (auf Basis von PH3 oder Ge) empfehlen wir die Verwendung beheizter Bauformen, um die Ansammlung von Nebenprodukten zu vermeiden. Das erforderliche Saugvermögen liegt je nach Anlagentyp und Wafergröße meist zwischen 1.200 und 3.000 l/s. Bei ölfreien Pumpen im Quellbereich ist eine spezifische Dichtheitsprüfung zwingend erforderlich, da jedes Leck die Prozesslebensdauer drastisch verkürzt. Eine N2-Spülung ist obligatorisch und sollte prozesstauglich sein.
Im Bereich der Strahlführung liegt der typische Druck im Bereich von < 9·10-7 mbar. Je nach Typ der durchgeführten Implantation können verschiedene Turbopumpenmodelle für korrosive Materialien verwendet werden, die üblicherweise eine Pumpleistung von jeweils 700 - 1.200 l/s aufweisen.
Im Bereich der Endstation liegt der Druck typischerweise im Bereich von < 5 10-8 mbar und wird hauptsächlich durch Kryopumpen aufrecht erhalten. In den Schleusenkammern ist der Prozess absolut sauber. Die Vakuumanforderung liegt hier im Bereich von < 9 10-7 mbar. Hierzu werden typischerweise HiPace-Turbopumpen mit einem Saugvermögen von bis zu 300 l/s eingesetzt.

Produktportfolio
Pfeiffer Vacuum bietet eine vollständige Palette von Turbopumpen und primären trockenen Pumpen an, die für diese Herausforderungen entwickelt wurden. Unsere HiPace-Turbopumpen mit Hybridlagerung ermöglichen Hochvakuum- und Hochtemperaturbetrieb. Mit ihrer optionalen Korrosionsbeständigkeit ist unsere HiPace-Reihe bei wichtigen Implanterherstellern qualifiziert. Unser Modell A604H aus der A4-Reihe eignet sich hervorragend für den Betrieb im Basemet. Das speziell für die Quellenkammer entwickelte Modell A124H MD ist für eine einfache Integration ausreichend kompakt und zeichnet sich durch eine hohe Prozessrobustheit aus, die die Lebensdauer verlängert. Unsere ACP-Reihe ist bei großen (Implanterhersteller) für das Abpumpen von Differenzialdichtungen qualifiziert. Als Vorpumpe für Schleusenkammern sind unsere integrierten Lösungen die perfekte Lösung.

Hauptprodukte

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