Графитовые компоненты для ионной имплантации в производстве полупроводников

Графитовые компоненты для ионной имплантации в производстве полупроводников

Графит играет решающую роль в ионной имплантации, критическом этапе процесса производства полупроводников. Его уникальное сочетание свойств делает его пригодным для различных применений в ионных имплантерах.

Почему графит?

Высокая теплопроводность: рассеивает тепло, выделяемое при взаимодействии ионного пучка, предотвращая перегрев и повреждение пластин и компонентов.

Низкое газовыделение: минимизирует загрязнение вакуумной среды, что имеет решающее значение для высокочистой имплантации.

Химическая инертность: противостоит реакции с едкими технологическими газами и предотвращает нежелательные реакции, которые могут загрязнить пластину.

Электропроводность: облегчает рассеивание заряда и предотвращает накопление заряда на компонентах, подвергающихся воздействию ионного пучка, что может вызвать искрение и нестабильность процесса.

Обрабатываемость: может быть легко обработан в сложные формы с высокой точностью для соответствия конкретным требованиям конструкции.

Экономическая эффективность: по сравнению с другими высокотемпературными материалами, такими как керамика или тугоплавкие металлы, графит часто является более экономически эффективным вариантом.

Радиационная стойкость: выдерживает суровую радиационную среду внутри ионного имплантера, сохраняя свою структурную целостность и функциональность с течением времени.

Распространенные графитовые компоненты в ионных имплантаторах:

Target Holders/Wafer Supports:

Функция: надежно удерживать пластины во время имплантации и обеспечивать равномерный тепловой путь для рассеивания тепла.

Требования: высокоточная обработка для постоянного позиционирования пластин, отличная теплопроводность и низкое образование частиц.

Соображения: иногда покрываются карбидом кремния (SiC) или пиролитическим графитом (PG) для повышения чистоты, твердости и устойчивости к распылению.

Компоненты линии луча (щели, коллиматоры, апертуры):

Функция: Определение и формирование ионного пучка, обеспечение направления желаемых видов ионов и энергии на пластину.

Требования: Высокая теплопроводность для выдерживания интенсивной тепловой нагрузки от пучка, точные размеры и устойчивость к распылению.

Соображения: Может охлаждаться непосредственно водой или другими охлаждающими жидкостями. Эрозия и распыление являются ключевыми проблемами, влияющими на выбор материала и срок службы компонента.

Чаши Фарадея:

Функция: Измерение тока ионного пучка для мониторинга и управления дозой имплантации.

Требования: Высокая электропроводность для точного сбора ионного тока, способность выдерживать высокие температуры и устойчивость к распылению.

Соображения: Конструкция должна минимизировать вторичную электронную эмиссию, которая может привести к неточным измерениям тока.

Дуговые камеры/Источники ионов:

Функция: Генерация ионов для имплантации. Графит может использоваться в качестве электродов или других компонентов в дуговой камере.

Требования: Высокая термостойкость, устойчивость к распылению и совместимость с химией источника ионов.

Соображения: Выбор марки графита и покрытия (если таковое имеется) в значительной степени зависит от конкретной конструкции источника ионов и условий эксплуатации.

Экранирование:

Функция: Защита чувствительных компонентов от блуждающих ионов и радиации.

Требования: Хорошие свойства поглощения излучения, простота обработки и экономическая эффективность.

Компоненты газораспределения:

Функция: подача технологических газов (например, легирующих газов) в источник ионов.

Требования: химическая инертность для предотвращения реакций с технологическими газами, способность выдерживать колебания температуры и точное управление потоком газа.

Марки графита и соображения: конкретная марка используемого графита зависит от требований области применения. Основные свойства, которые следует учитывать:

Чистота: графит высокой чистоты минимизирует загрязнение. Ищите такие характеристики, как уровни металлических примесей в частях на миллион (ppm).

Плотность: графит с более высокой плотностью обычно имеет лучшую теплопроводность и механическую прочность.

Размер зерна: более мелкий размер зерна может улучшить качество поверхности и уменьшить образование частиц.

Коэффициент теплового расширения (КТР): соответствие КТР графита другим материалам в системе может минимизировать термическое напряжение.

Механическая прочность: необходима достаточная прочность, чтобы выдерживать механические напряжения и обработку.

Покрытия для графита:

Покрытия часто наносятся на графитовые компоненты для улучшения их характеристик и продления срока службы. Обычные покрытия включают:

Карбид кремния (SiC): улучшает твердость, износостойкость и устойчивость к распылению.

Пиролитический графит (PG): улучшает чистоту, непроницаемость для газов и анизотропию теплопроводности.

Покрытия химического осаждения из паровой фазы (CVD): используются для различных целей, включая улучшение коррозионной стойкости и диффузионных барьеров.