Brevet FR2165844A1 — publié le 19730810

La présente invention concerne un nouveau procédé de positionnement des plaques porte-échantillon utilisées dans une chambre à cible d'appareil d'implantation d'ions lourds dans les cristaux, destinés plus particulièrement à la fabrication de semi-conducteurs à partir de ces cristaux. L'invention concerne également un dispositif de chambre à cible utilisant ledit procédé. Le dopage de cristaux tels que le silicium ou le germanium par des impuretés, pour la fabrication des semi-conducteurs, peut être effectué à l'aide d'un accélérateur d'ions lourds, plus communément appelé " appareil d'implantation ionique" ou " implanteur d'ions ". Pour la formation de semi-conducteurs de type P, on implante des ions trivalents tels que des ions de Bore Bill, et pour la formation de semi-conducteurs de type N, on implante des ions pentavalents tels que du Phosphore P 31 ou de l'Arsenic As 75. L'implanteur d'ions est composé de différentes parties distinctes fonctionnant sous vide - une source d'ions, - un espace d'extraction et de focalisation des ions émis par la source d'ions, - un séparateur de masse destiné à sélectionner les ions utilisés pour l'implan tation parmi tous les ions émis par la source, - un dispositif d'accélération électrostatique des ions issus du séparateur de masse, - un dispositif de balayage horizontal et vertical du faisceau d'ions issus du dispositif d'accélération. Par exemple, on utilise un balayage du type électrostatique, grâce à deux paires de plaques situées à angle droit l'une par rapport à l'autre. - Enfin la chambre à cible dans laquelle les échantillons, placés sur des pla ques porte-échantillon, sont soumis, sous un vide de l'ordre de un dixmillio nième de Torr, à une irradiation par le faisceau d'ions issus du dispositif de balayage. D'une manière générale, les chambres à cibles utilisées actuellement ont été réalisées pour des fonctions de laboratoire, pour lesquelles on a besoin d'irradier un nombre limité successif d'échantillons, et sont donc peu concevables à l'échelle industrielle. Le problème du traitement successif d'un grand nombre d'échantillons est particulièrement complexe, étant donné que la chambre à cible est une enceinte à vide et qu'il n'est pas concevable de l'ouvrir pour sortir une plaquette irradiée et la remplacer par une autre à irradier, après avoir à nouveau fait le vide dans la chambre, ce qui nécessterait environ une demi-heure entre le traitement de deux plaquettes. On est donc conduit à concevoir un dispositif permettant l'introduction simulta née dans l'enceinte d'un grand nombre, entre vingt et cinquante environ, de plaques porte-échantillon , que l'on irradie successivement grâce à un dispositif approprié. les essais qui ont été faits jusqu a présent ont conduit à des dispositifs soit très encombrants, tels que des roues porte-échantillons, soit faisant appel à une mécanique complexe, tels que des systèmes utilisés pour passer les diapositives, comportant un magasin, un dispositif d'avance du magasin, et un dispositif d'extraction et de remise en place des plaques porte-échantillons contenues dans le magasin. Or, lthomme de l'art connait bien les difficultés et sources de fuites et de pannes dues à une mécanique complexe sous vide, alors que la lubrification y est difficile et que les traversées de l'enceinte par des organes mécaniques tels qu'axes et tiges de commandes posent de délicats problèmes d'étanchéité au vide. Le procédé suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients, et conduit à l'utilisation d'un dispositif permettant l'irradiation successive d'un grand nombre d'échantillons, au minimum égal à vingt, ledit dispositif étant peu encombrant et d'une mécanique très simplifiée. Il est caractérisé en ce que les plaques porte-échantillon à irradier sont placées l'une derrière l'autre en alignement avec la station d'irradiation, puis successivement avancées jusqu'à hauteur de la station d'irradiation, irradiées, puis éliminées de l'axe d'alignement , avantageusement par action de la pesanteur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante donnée à titre d'exemple d'un dispositif de chambre à cible pour implanteurs d'ions selon l'invention, en référence aux dessins annexés dans lesquels - les figures la et lb représentent schématiquement une plaque porte-échantillon utilisable dans le dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente schématiquement la chambre à cible selon l'invention, dans le plan d'irradiation d'un échantillon, en vue de face arrière. - la figure 3 représente schématiquement la chambre à cible selon l'invention en vue de dessus, certains éléments ayant été enlevés pour la clarté du dessin. Sur les figures la et lb, (1) désigne le corps en polytétrafluoréthylène de la plaque porte-échantillon. Il comporte une ouverture centrale circulaire (2) permettant de recevoir, sur un support en acier inoxydable (4), l'échantillon à irradier (3). Avantageusement, le support (4) est monté dans le corps (1) de manière à pouvoir tourner librement dans celui-ci autour de l'axe de l'ouvertu- re (2), et comporte un ergot d'entrainement (5). Sur la figure 2, (6) désigne une plaque porte-échantillon en position d'irradiation dans la chambre à cible (7) selon l'invention, ladite chambre (7) constituant, de manière connue en soi, une enceinte à vide. L'échantillon (6) est contenu dans un magasin(8) et est supporté, contre la station d#irradiation(i7), dans sa position haute, comme représenté par le cliquet (9). Avantageusement, mais non obligatoirement, l'échantillon en cours d'irradiation est entrainé en rotation continue par son ergot d'entrainement (5) et grâce aux roues d'entrainement en rotation (10) et (11), la roue (11) présentant une butée permettant d'entrainer l'ergot du porte-échantillon. On a remarqué, en effet, que cette rotation permettait une irradiation plus uniforme de l'échantillon. Une came excentrée (12) située dans le plan d'irradiation permet, l'irradiation terminée, de faire basculer le cliquet (9). Le porte-échantillon (6) tombe alors sous l'action de la pesanteur dans la partie inférieure (13) du magasin (8) pour prendre sa position basse. Le magasin (8) est supporté par un chariot (14) posé sur deux glissières (15) et mû à l'aide d'une vis d'entrainement (16), telle qu'une vis sans fin. Conformément à l'invention, les plaques porte-échantillon non irradiées sont placées l'une derrière l'autre en alignement avec la station d'irradiation (17), tel qu'il apparaît clairement sur la figure (3). La plaque porte-échantillon (6) étant tombée, après irradiation, en la position basse (13), il suffit de faire avancer le chariot (14) à l'aide de la vis (16) pour placer la plaque porte-échantillon suivante en sa position d'irradiation contre la station d'irradiation (17), et ainsi de suite. La figure (3) représente schématiquement la chambre à cible (7) en vue de dessus. Le chariot (14), les roues d'entrainement (10), (11), l'axe d'entrainement desdites roues, ainsi que le dispositif classique permettant de créer le vide ainsi que d'ouvrir et de fermer l'enceinte n'ont pas été figurés pour ne pas nuire à la clarté du dessin. La figure (3) permet de représenter nettement la station d'irradiation (17), les divers porte-échantillon non irradiés, les cliquets (9), et l'axe d'entrainement (19) de la came excentrée (12). Bien que quelques plaques porte-échantillon aient été seulement représentées, pour ne pas trop agrandir les dimensions du dessin, il va de soi que le chariot utilisé en comporte en réalité un grand nombre, généralement compris entre vingt et cinquante. L'invention peut être utilisée dans tous les dispositifs d'irradiation d'échantillons par ions lourds. Elle est plus particulièrement destinée aux appareils d'implantation ionique destinés au dopage des semi-conducteurs. REVENDICATIONS 1 - Procédé de positionnement des plaques porte-échantillon utilisées dans une chambre à cible d'appareil d'irradiation par ions lourds, plus particulièrement pour appareil d'implantation ionique, lesdites plaques porte-échantillon étant successivement placées devant une station d'irradiation par un faisceau d'ions lourds, caractérisé en ce que l'on place les plaques porte-échantillon à irradier l'une derrière l'autre en alignement avec la station d'irradiation, lesdites plaques étant successivement avancées jusqu'à la station d'irradiation, irradiées à hauteur de ladite station, puis éliminées de l'axe d'alignement. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites plaques sont éliminées de l'axe d'alignement sous l'action de la pesanteur. 3 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les échantillons sont soumis à un mouvement de rotation autour de leur axe central pendant leur phase d'irradiation. 4 - Chambre à cible utilisant le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce quelle comporte un magasin mobile le long d'un axe perpendiculaire au plan d'irradiation et contenant des plaques porte-échantillon placées l'une derrière l'autre. 5 - Chambre à cible selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit magasin comporte, pour chaque plaque porte échantillon, un dispositif permettant de maintenir ladite plaque porte-échantillon en alignement avec les autres plaques et la station d'irradiation, ainsi qu'un dispositif permettant d'éliminer ladite plaque porte-échantillon de l'axe d'alignement après son irradiation. 6 - Chambre à cible selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif permettant de maintenir ladite plaque porte-échantillon en alignement avec les autres plaques et la station d'irradiation est constitué par un cliquet. 7 - Chambre à cible selon la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif permettant d'éliminer ladite plaque porte-échantillon de l'axe d'alignement après son irradiation est un dispositif de commande de basculement du cliquet. 8 - Chambre à cible selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit dispositif de commande est une came excentrée. 9 - Chambre à cible selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé sée en ce que ledit dispositif de commande est situé dans le plan d'irradiation. 10 - Chambre à cible selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractéri- sée en ce que ledit magasin comporte une partie inférieure permettant de recevoir les plaques porte-échantillon éliminées de l'axe d'alignement après irradiation.