Brevet FR2926301A1 — publié le 20090717

IMPLANTEUR IONIQUE AVEC GENERATEUR D'HYDROGENE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR L'implantation ionique d'hydrogène est une technique employée dans l'industrie du semi-conducteur, notamment pour les applications de transfert de couches minces via le procédé � Smart CutTM� Dans les implanteurs ioniques, certaines parties, et en particulier les cabinets de gaz, sont portées à haute tension. Dans ce type d'équipement, tous les gaz nécessaires au procédé sont embarqués dans la machine, dans le cabinet de gaz, qui est porté, dans son ensemble, à la haute tension. Actuellement, dans tous les implanteurs ioniques commerciaux, l'alimentation en gaz est réalisée à partir de bouteilles. Pour les gaz les plus nocifs, des bouteilles � basse pression � ont été développées. Pour les gaz dont la nocivité est moindre ou nulle, les bouteilles utilisées sont de type haute pression (jusqu'à 150 - 200 Bars). C'est le cas de l'hydrogène. Même si ce n'est pas un gaz toxique, l'utilisation d'hydrogène sous forme de bouteille haute pression présente des risques à cause de la possibilité d'explosion s'il est mis en contact avec de l'air en présence d'une source d'ignition. Il y a donc des risques non négligeables pour le personnel qui assure les changements de bouteilles en cas de fuite. De plus, en cas de sinistre, la présence de ce gaz explosif sous pression dans l'enceinte de l'équipement présente un danger certain. Il n'est donc pas envisageable de stocker dans les machines des quantités importantes d'hydrogène. Les bouteilles de gaz doivent donc être changées régulièrement, ce qui implique un arrêt de production et l'intervention de personnel de maintenance spécialisé pour cette opération. En outre, les bouteilles de gaz ont un coût important en termes de fabrication, de stockage, de transport et de manutention. Il se pose donc le problème de la sécurité, dû à l'utilisation de bouteilles haute pression d'hydrogène, de la simplification des opérations de maintenance liées à l'approvisionnement des équipements en hydrogène et, sur le long terme, de la baisse des coûts liés à l'implantation d'hydrogène. EXPOSÉ DE L'INVENTION Afin de résoudre ces problèmes, l'invention concerne un dispositif implanteur ionique, dans lequel la source d'hydrogène est un générateur d'hydrogène apte à générer de l'hydrogène à basse pression via une réaction chimique ou électrochimique. Par basse pression, on entend une pression typiquement inférieure à 10 bars. Selon l'invention on utilise donc, dans un implanteur ionique, un générateur d'hydrogène à la place de bouteilles d'hydrogène. Avantageusement, on utilise un générateur d'hydrogène basé sur le principe de l'électrolyse de l'eau. Dans ce cas, le générateur peut comporter, ou être associé à, un système d'alimentation en eau déionisée en continu. Ce générateur peut être intégré dans le cabinet de gaz de l'implanteur ionique. La sortie du générateur d'hydrogène peut alors être connectée à la ligne de gaz qui alimente la chambre d'ionisation. En variante, dans un autre dispositif selon l'invention, le générateur d'hydrogène est placé à l'extérieur d'une zone haute tension de l'implanteur ionique. La sortie du générateur d'hydrogène peut alors être connectée à la ligne de gaz qui alimente la chambre d'ionisation par des moyens permettant de passer à la haute tension sans arcage. Par exemple, l'alimentation de la source en hydrogène peut être réalisée par des tuyaux souples isolants, tel que des tuyaux en PEEK. Leur longueur peut en outre être adaptée pour minimiser ou éviter tout type d'arcage. Un dispositif selon l'invention peut comporter en outre des moyens de détection d'une anomalie et/ou d'une fuite, et des moyens pour arrêter la génération d'hydrogène dès lors qu'une telle anomalie et/ou fuite est détectée. Ainsi, des moyens de détection peuvent comporter des moyens pour détecter une chute de pression dans le circuit d'alimentation en gaz. De préférence, la quantité d'hydrogène stockée dans le générateur d'hydrogène est faible, par exemple inférieure à 1 1. De préférence encore, la pression d'hydrogène stockée dans le générateur d'hydrogène est elle aussi faible, par exemple inférieure à 10 bars. Un implanteur ionique comporte en outre des moyens formant zone d'accélération, pour accélérer les ions produits. Des moyens formant zone de déviation mettent en oeuvre des moyens magnétiques. Des moyens formant zone de balayage peuvent être situés en amont ou en aval de la zone d'accélération. Il peut aussi ne pas y avoir de zone de balayage. Des moyens de tri en masse peuvent, ou pas être mis en oeuvre. Si il n'y en a pas, des moyens de purification peuvent être prévus sur le trajet du gaz généré par le générateur. L'invention concerne également un procédé d'implantation, dans lequel est mis en oeuvre un dispositif tel que ci-dessus. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS - La figure 1 représente schématiquement un dispositif d'implantation ionique, - la figure 2 représente schématiquement un générateur d'hydrogène pouvant être utilisée dans le 25 cadre de la présente invention, - la figure 3 représente schématiquement un générateur de gaz intégré dans le cabinet des gaz d'un implanteur ionique, - la figure 4 représente schématiquement un générateur de gaz disposés en dehors de la zone haute tension d'un implanteur ionique. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un exemple d'implanteur ionique 2 est représenté schématiquement sur la figure 1. Il comporte une chambre d'ionisation 8, qui génère des ions à partir du ou des gaz fournis par des moyens 6, moyens encore appelés cabinet de gaz. Une zone d'accélération 10 permet d'accélérer les ions produits. Elle leur donne l'énergie voulue. Les ions sont ensuite déviés dans une zone 12 dans laquelle règne un champ magnétique. Il est ainsi procédé à un tri des ions, en fonction de leur masse et de leur charge. La zone 4, qui comporte les moyens 6, 8, 10, 12 constitue une zone à haute tension. Comme on le verra plus loin, on peut également réaliser un implanteur sans moyens de tri des ions. Un jeu de lentilles électrostatiques 14 permet de réaliser une mise en forme du faisceau. Puis, dans une zone 16 dite de balayage, on réalise un balayage suivant deux directions, perpendiculairement à l'axe de propagation du faisceau, en X et en Y, ce qui permet de diriger une partie 20 de ce faisceau d'ions vers une chambre d'implantation 22. En variante, la zone 16 de balayage peut être située en amont de la zone 10 d'accélération. En variante encore, il n'y a pas de zone 16 de balayage. La fonction de balayage est dans ce cas réalisée par déplacement de la plaque à implanter elle-même. Des moyens de pompage, non représentés sur la figure, sont associés à chacune des zones ou chambres 14, 16, 22. Des moyens 24 de commande permettent de piloter l'ensemble du dispositif. Selon l'invention, quel que soit le type d'implanteur utilisé, on prévoit d'intégrer au niveau du cabinet de gaz 6 des moyens de connexion à un générateur d'hydrogène ou bien un générateur d'hydrogène lui-même. Ce générateur, qu'il soit placé dans le cabinet à gaz lui-même ou à l'extérieur du cabinet (comme décrit plus loin), peut être un générateur d'hydrogène dont le fonctionnement est basé sur une réaction d'électrolyse de l'eau. On peut citer à titre d'exemples non limitatifs les générateurs suivants : - le générateur de DBS, de référence NM-H2 ; - le générateur de Parker, de référence Hydrogen Generator 9000 Series ; - le générateur de Clained, de référence HG 2000. Un générateur 26 d'hydrogène, apte à générer de l'hydrogène à partir d'une réaction d'électrolyse de l'eau, est représenté schématiquement sur la figure 2. Sur cette figure, la référence 30 désigne une cellule de production d'hydrogène. Elle est reliée à deux séparateurs gaz/liquide 31, 31'. La sortie de liquide de chacun de ces séparateurs est dirigée vers un réservoir d'eau 32. Une vanne 37 est disposée sur le trajet du liquide provenant du séparateur 31. Le gaz (hydrogène) provenant du séparateur 31 traverse des moyens 34 pour le sécher. L'hydrogène produit est distribué par une sortie 45, contrôlée par une vanne 37'. Un capteur 35 permet de déterminer la pression en sortie des moyens 34. Une sortie 47 permet d'évacuer une surpression d'hydrogène. Le gaz (oxygène) provenant du séparateur 31' est dirigé vers une sortie 41. La référence 43 désigne une sortie de drainage. La taille du générateur d'hydrogène dépend des débits souhaités. Pour les débits utilisés en implantation ionique, compris entre quelques sccm, par exemple 5 sscm ou 10 sccm, et quelques centaines de sccm, par exemple 100 sscm ou 500 sccm, le générateur peut se présenter sous forme d'une enceinte de quelques dizaines de centimètres de côté. Son fonctionnement ne réclame qu'une alimentation électrique et un approvisionnement en eau déionisée. Ce dernier peut être réalisé soit par un rechargement manuel ou automatique, lors d'un arrêt de l'implanteur, soit par mise en oeuvre d'un système d'alimentation en eau déionisée en continu. Le générateur peut être intégré dans le cabinet 6 de gaz de l'implanteur ionique Pour cela on connecte la sortie du générateur d'hydrogène à la ligne de gaz qui alimente la chambre d'ionisation. Un générateur 26 intégré dans le cabinet 6 de gaz est représenté sur la figure 3. Le générateur est alimenté en eau par des moyens 28 d'alimentation en eau et en électricité par des moyens 29 d'alimentation électrique. Une vanne 27' est positionnée sur le trajet de l'eau, en amont du générateur 26. Des moyens 25 de contrôle de débit peuvent être disposés en aval du générateur 26, derrière une vanne 27. On peut aussi alimenter le cabinet 6 avec le générateur d'hydrogène placé à l'extérieur de la zone 4 à haute tension de l'implanteur ionique, par des moyens permettant de passer à la zone 4 haute tension sans arcage, par exemple des tuyaux souples isolants et de longueur suffisante pour éviter tout type d'arcage. Un générateur 26, placé à l'extérieur de la zone 4 haute-tension est représenté sur la figure 4. Le générateur est alimenté en eau par des moyens 28 d'alimentation en eau et en électricité par des moyens 29 d'alimentation électrique. Une vanne 27' est positionnée sur le trajet de l'eau, en amont du générateur 26. Des moyens 25 de contrôle de débit peuvent être disposés en aval du générateur 26, derrière une vanne 27. La référence 50 désigne un tuyau d'alimentation souple et isolant, par exemple en PEEK, disposé entre les moyens 25 et le cabinet 6 de gaz. La référence 57 désigne une vanne optionnelle, qui permet de contrôler le débit du gaz. Ce dernier est ensuite emmené, par une ligne de gaz 58 vers la chambre d'ionisation. A titre d'exemple, sur un implanteur ionique de la marque Varian référence E 500, un générateur hydrogène de la marque DBS, modèle NM-H2, a été placé en dehors en dehors de la zone haute tension. Le générateur d'hydrogène est relié à la ligne de gaz du cabinet de gaz de la machine par un tuyau souple, isolant et résistant au passage haute tension, par exemple un tuyau de PEEK. La pression de travail du générateur d'hydrogène est de 2 bars. Le débit de H2 est de 7 sccm. Tous les paramètres de faisceaux étant conservés par rapport au cas d'une alimentation par bouteilles, le rendement de la source est identique. fonctionnement standard du l'invention n'affecte donc pas des implanteurs comportant un sont triées en masse et les impuretés présentes éventuellement dans l'hydrogène ne sont pas implantées. Pour les implanteurs pour lesquels il n'y a pas de tri de masse, l'influence de la pureté du gaz est à évaluer. Si la pureté du gaz produit par le 25 générateur d'hydrogène n'est pas assez bonne, des systèmes de purification peuvent être installés sur la ligne de gaz. On pourra utiliser à cet effet un purificateur d'hydrogène du commerce, par exemple le modèle Sertronic commercialisé par Air Liquide 30 Par rapport au système classique à bouteilles, l'invention offre de nombreux avantages. Pour un générateur d'hydrogène, dans les performances aimant de déviation. En effet les espèces 20 dans l'implanteur15 Tout d'abord, en terme de sécurité, il n'y a plus de récipient haute pression contenant de l'hydrogène dans l'implanteur. Il n'y a donc plus aucun danger lié au changement de bouteille. La quantité d'hydrogène stockée dans le générateur d'hydrogène est très faible (elle est inférieure à 1 1) et à faible pression (inférieure à 10 bars), il n'y a donc pas de danger d'explosion en cas de sinistre de la machine, ou de fuite importante qui conduirait à un relâchement de tout l'hydrogène dans l'espace ambiant. Un système d'avertissement peut permettre de stopper la génération d'hydrogène dès qu'une anomalie est repérée sur l'équipement ou en cas de fuite sur la ligne de gaz (par détection de chute de pression par exemple). Ce système peut être externe ou interne au générateur. Il n'y a plus à acheter, ni à stocker, ni à manipuler de bouteille. En outre, il n'y a plus d'arrêt de la machine pour réaliser la procédure de changement de bouteilles, et plus besoin de système de détection d'hydrogène dans l'environnement immédiat de l'équipement. REVENDICATIONS 1. Dispositif implanteur ionique (2), dans lequel la source d'hydrogène est un générateur d'hydrogène (26) apte à générer de l'hydrogène à partir d'une réaction chimique ou électrochimique. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le générateur d'hydrogène est apte à générer de l'hydrogène à partir d'une réaction d'électrolyse de l'eau. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le générateur (26) est alimenté en eau par un système d'alimentation en eau déionisée en continu. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, Le générateur étant intégré dans le cabinet (6) de gaz de l'implanteur ionique. 5. Dispositif selon la revendication 4, la sortie du générateur d'hydrogène étant connectée à la ligne de gaz (58) qui alimente la chambre d'ionisation (8) de l'implanteur. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, le générateur d'hydrogène (26) étant placé à l'extérieur de la zone haute tension (4) de l'implanteur ionique. 25 30 7. Dispositif selon la revendication 6, la sortie du générateur d'hydrogène étant connectée à la ligne de gaz qui alimente la chambre d'ionisation par des moyens permettant de passer à la haute tension sans arcage. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, comportant en outre des moyens de détection d'une anomalie et/ou d'une fuite, et des moyens pour arrêter la génération d'hydrogène dès lors qu'une telle anomalie et/ou fuite est détectée. 9. Dispositif selon la revendication 8, des moyens de détection comportant des moyens pour détecter une chute de pression dans le circuit d'alimentation en gaz. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, la quantité d'hydrogène stockée dans le générateur d'hydrogène étant inférieure à 1 1. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, la pression d'hydrogène stockée dans le générateur d'hydrogène étant inférieure à 10 bars. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, comportant en outre des moyens (12) de tri en masse.30 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, ne comportant pas de moyens de tri en masse. 14. Dispositif selon la revendication 13, comportant en outre des moyens de purification sur le trajet du gaz généré par le générateur. 15. Procédé d'implantation ionique, comportant la mise en oeuvre d'un dispositif d'implantation ionique selon l'une des revendications 1 à 14. 16. Procédé selon la revendication 15, le débit d'hydrogène généré étant compris entre 5 sscm et 500 sccm.