FR2497389A1 - Procede permettant d'assurer une irradiation cumulee uniforme d'une surface plane avec un faisceau de particules chargees - Google Patents

Abstract

PROCEDE PERMETTANT D'ASSURER UNE IRRADIATION CUMULEE UNIFORME D'UNE SURFACE PLANE AVEC UN FAISCEAU DE PARTICULES CHARGEES, LEDIT PROCEDE ETANT CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND LES OPERATIONS CONSISTANT: A.A DETERMINER UNE ORIGINE INITIALE Z POUR L'INCIDENCE DUDIT FAISCEAU SUR LADITE SURFACE; B.A DEVIER PERIODIQUEMENT LEDIT FAISCEAU A UNE PREMIERE FREQUENCE SUIVANT UNE CERTAINE COORDONNEE X ET A DEVIER PERIODIQUEMENT ET CONCURREMMENT LEDIT FAISCEAU A UNE AUTRE FREQUENCE SUIVANT UNE AUTRE COORDONNEE Y; C.A PROLONGER LESDITES DEVIATIONS PERIODIQUES JUSQU'A CE QUE LE DIAGRAMME RESULTANT DE CELLES-CI REVIENNE A LADITE ORIGINE Z; D.A DEPLACER LADITE ORIGINE, ET E.A REPETER LES OPERATIONS B ET D INCLUSE UN NOMBRE CHOISI DE FOIS.

Description

La présente invention concerne le domaine de la comman-

de de faisceaux de particules chargées pour le balayage d'une pièce à traiter et se rapporte, plus particulièrement, à des améliorations dans l'uniformitié du s de l'implantation ionique dans la pièce à traiter, par le faisceau de particules char- gées. L'irradiation de métaux et de matériaux semi-conducteurs

par des faisceaux ioniques constitue un moyen permettant d'ef-

fectuer le dopage de tels matériaux d'une manière contrôlée et

rapide. Ce procédé, bien connu sous le nom d'implantation ioni-

que, consiste à irradier, par exemple, une pastille de semi-

conducteur avec un faisceau ionique d'intensité contrôlée, de manière à assurer une exposition intégrée propre à produire la concentration désirée d'impuretés de dopage. L'uniformité de

la concentration d'impuretés de dopage est une condition es-

sentielle d'assurance de qualité. Dans les dispositifs dans lesquels un faisceau ionique balaie à une vitesse transversale constante une pastille de semi-conducteur plane, il est connu que la concentration de la dose résultante par unité de surfaces instantanée ou intégrée, décroît légèrement à la périphérie de

la zone de balayage par rapport à la concentration au voisina-

ge de la partie centrale ou non déviée de cette zone, même en l'absence d'une composante de faisceau neutre. Il s'agit là d'un effet purement géométrique résultant (dans le cas le plus simple) de la projection sur une surface plane d'une densité superficielle sphérique uniforme. Plus généralement, on peut

se représenter la variation d'angle solide comme la conséquen-

ce d'une variation de l'angle d'incidence du faisceau à mesure

que celui-ci balaie la pastille, à partir d'un centre de dévia-

tion fixe. Dans un implanteur d'ions industriel type, traitant

une pastille d'environ 100 mm de diamètre, l'effet est de l'or-

dre de 1 à 1,5 % de variation de densité sur la surface de la pastille. L'effet décrit ci-dessus peut être facilement mis en vidence lorsque le faisceau ionique vient frapper la région centrale de la pastille de semiconducteur ou autre pièce à traiter sous une incidence normale et lorsqu'on utilise des moyens de déviation pour commander un faisceau de manière qui il balaie par un mouvement oscillant toute l'étendue de la pièce à traiter. Il est clair que l'angle solide sous-tendu par un faisceau de section droite constante varie avec l'angle d'incidence. Cette image diffère quelque peu de la pratique

réelle en ce sens qu'on évite ordinairement une incidence nor-

male du faisceau ionique pour des surfaces de pièces à traiter monocristallines orientées afin d'éviter ainsi des effets de "canalisation" dans le cristal qui affectent à leur tour le

contrôle de la profondeur de pénétration des ions dans le subs-

trat. A cet effet, on peut incliner le plan du substrat et/ou orienter la direction du faisceau non dévié de façon qu'il vienne frapper la surface de la pièce à traiter sous un angle de l'ordre de 6 à 8 degrés par rapport à la normale à cette surface. Ainsi, la variation angulaire de l'angle d'incidence s'effectue dans une gamme qui n'inclut pas l'incidence normale si l'on veut éviter l'effet de "canalisation". Néanmoins, on comprendra que la variation d'angle solide sur la cible dans cette gamme d'incidence angulaire est encore une des sources

de non-uniformité du dosage sur la surface de la pièce à trai-

ter plane. Cet effet sera dénommé ici "inhomogénéité de trace".

Une autre source d'inhomogénéité de trace résulte de la

pratique courante qui consiste à appliquer une déviation ini-

tiale pour séparer le faisceau chargé d'une composante neutre

quelconque. Celle-ci est présente en raison de collisions d'é-

change de charges du faisceau avec des gaz résiduels contenus dans le dispositif. Dans un appareil type, un décalage initial de 70 est appliqué électrostatiquement pour dévier le faisceau et la déviation de balayage périodique de + 3O, par exemple, est appliquée par surcroît. Le faisceau subit une variation importante de son angle d'incidence sur les points extrêmes du

balayage en raison du processus de déviation et du fait de sim-

ples relations géométriques.

Il doit être bien compris qu'on désire le plus souvent répartir la dose sur toute la surface bidimensionnelle de la

pièce à traiter et, à cet effet, on adopte un balayage bidi-

mensionnel ou bien, selon une %variante, un balayage unidimen-

sionnel par le faisceau s'accompagne d'une oscillation mécani-

que concurrente de la pièce à traiter, normalement à la direc-

tion de ce balayage. Le long de la coordonnée d'oscillation

mécanique, ce dernier mode de balayage composé évite la non-

-uniformité dans la direction de l'oscillation mécanique, car

le faisceau n'est pas dévié suivant cette coordonnée.

Une autre source de non-uniformité peut être attribuée

au diagramme de balayage et aux relations de fréquence corres-

pondantes des moyens de déviations orthogonaux qui produisent

le balayage. Par commodité, on supposera qu'un balayage élec-

trostatique bidimensionnel effectué par un faisceau ionique

sur une pastille de semi-conducteur doit être corrigé pour éli-

miner les non-uniformités en question. On remarquera que les

relations de fréquence des moyens de déviation donnent nais-

sance à des figures de Lissajous sur des cycles complets des

deux déviations. A mesure que la différence entre les fréquen-

ces de balayage suivant les deux directions orthogonales aug-

mente, l'uniformité moyenne (ou densité en lignes de balaya-

ge) par unité de surface s'améliore. Dans la technique anté-

rieure, on utilise un grand nombre de cycles complets de ba-

layage bidimensionnel et une relation anharmonique entre les fréquences de balayage pour éviter l'apparition de figures de Lissajous lorsqu'on pense que cela est suffisant pour assurer

l'irradiation d'une pièce à traiter.

Une des solutions pour compenser la variation de la do-

se d'ions avec l'angle de déviation consiste à utiliser une forme d'onde non linéaire, qui a pour effet de faire varier la vitesse de balayage transversal par le faisceau suivant

une relation désirée avec l'angle de déviation du faisceau.

Ainsi, pour l'angle de déviation extrême, la vitesse du fais-

ceau de balayage est réduite pour permettre l'accumulation

d'une plus grande dose incrémentielle par unité de surface.

On a également tenté à cet effet d'appliquer une solution ana-

logue de synthèse d'une forme d'onde complexe, dans laquelle des points de discontinuité de la forme d'onde sont obtenus à l'aide de combinaisons de diodes et de résistances, qui assu- rent une synthèse de fonctions de temps linéaires désirées. Ce

procédé est difficile à reproduire avec précision dans un en-

vironnement de fabrication et est, dans tous les cas, extrême-

ment difficile à ajuster.

L'invention a notamment pour objet - d'assurer une uniformité améliorée de la dose d'ions sur la surface d'un substrat plan balayé par un faisceau ionique;

- de synthétiser une forme d'onde non linéaire désirée à l'ai-

de de circuits numériques pour compenser la non-uniformité de dosage en ions de substrats plans par des faisceaux ioniques

de balayage.

Suivant une caractéristique de l'invention> une varia-

tion systématique de la vitesse de balayage transversalement à la direction prédominante du faisceau est assurée par ladite

forme d'onde non linéaire par rapport au déplacement du fais-

ceau le long d'une coordonnée de la surface plane du substrat, la dose cumulative appliquée à un emplacement quelconque sur

la surface plane étant pratiquement indépendante des coordon-

nées de cet emplacement.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, le

balayage par ledit faisceau ionique est commandé par un géné-

rateur de forme d'onde, ladite forme d'onde étant synthétisée

à partir de plusieurs segments de forme d'onde linéaire conti-

gus, ces segments étant caractérisés par des valeurs de pente

respectives.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, des moyens de déviation disposés orthogonalement produisent un diagramme de balayage non orthogonal, la trace de balayage et

le retour du spot ou du faisceau de balayage étant décalés an-

gulairement entre eux d'un angle aigu.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, les fréquences des signaux appliqués auxdits moyens de déviation sont dans des relations anharmoniques, de sorte qu'une figure

de Lissajous instable est établie.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, le

diagramme de balayage est répété n fois et l'origine est déca-

lée pour chaque répétition de 1/n 5 X, o.'\ X est une mesure de la distance entre les lignes de balayage. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le bruit dans le dispositif de déviation n'est pas réduit au-dessous d'un niveau désiré pour l'uniformisation ultérieure de la répartition du dosage

par fluctuation dans la trajectoire de balayage.

Suivant l'invention, l'uniformité de dépôt de la dose d'ions le long d'une trace de faisceau donnée (homogénéité de trace) est assurée par modulation de la vitesse à laquelle le

faisceau se déplace sur la surface plane de la pièce à trai-

ter. La fonction de modulation est synthétisée numériquement pour compenser la variation géométrique non linéaire, sur la

surface de la pièce à traiter, de l'angle solide unitaire sous-

tendu sur cette surface par le faisceau. Une homogénéité plane

est assurée par une série de diagrammes de balayage qui dis-

tribuent les trajectoires de balayage individuelles avec une

densité approximativement uniforme sur toute la surface, tan-

dis que les moyens de déviation orthogonaux sont ajustés en intensité relative pour produire une trace et un retour (du spot), une trace et un retour successifs quelconques faisant entre eux un angle aigu. Les fréquences relatives des moyens de déviation sont choisies de manière à produire une figure

de Lissajous anharmonique (instable), qui assure une couver-

ture répétitive de la superficie du plan. On corrige les dia-

grammes inhérents à la distribution de Lissajous en répétant le balayage dans le plan n fois, l'origine du balayage étant décalée chaque fois d'une distance égale à 1/n de l'intervalle de densité de concentration de dose réduite (ou nulle). Enfin, on tolère une amplitude suffisante de bruit dans le dispositif

de déviation afin de produire un autre facteur d'uniformisa-

tion de la répartition du dosage.

D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront

au cours de la description qui va suivre.

Aux dessins annexés uniquement à titre d'exemple - la Fig. 1 est un schéma symbolique simplifié d'un dispositif d'implantation ionique type suivant l'invention - la Fig. 2 est un schéma symbolique d'un appareil de balayage suivant l'invention; - les Fig. 3A à D montrent l'évolution du diagramme de balayage et des projections correspondantes sur la base de temps, et

- la Fig. 4 représente la source géométrique de non-

uniformité.

L'invention est représentée sur la Fig. 1 dans le con-

texte fonctionnel d'un dispositif d'implantation ionique. Un générateur à haute-tension 2 d'un faisceau d'ions est maintenu à un potentiel élevé par rapport à la masse par une source

d'alimentation haute-tension 4. Le générateur 2 contient l'ap-

pareillage nécessaire pour former un faisceau d'ions de l'es-

pèce désirée. Dans la pratique courante, on utilise un gaz de l'espèce désirée. A cet effet, un gaz-source produit par

un dispositif de traitement de gaz 6 est dirigé vers la sour-

ce d'ions 8. Une source d'ions type exige une alimentation en énergie 10 pour entretenir une décharge d'ionisation, une alimentation en énergie 12 pour appliquer un champ magnétique

axial à travers la région de décharge, ainsi qu'une alimenta-

tion d'extraction 14 et un vernier 14' coopérant avec une électrode d'extraction 16 pour conformer le champ électrique à l'ouverture de la source, de manière à assurer l'extraction

effective d'un faisceau ionique de haute intensité bien défi-

ni. Une description plus détaillée des techniques relatives

aux sources d'ions sort du cadre de la présente description.Voir

par exemple L. Valyi, "Atom and Ion Sources" (sources d'atomes et d'ions). Le faisceau 18 divergeant à partir de la source d'ions 8 est analysé dans un analyseur de masses formé par un électro-aimant 20, cet électro- aimant étant excité à partir

de l'alimentation en énergie d'analyseur 22. Le faisceau ana-

lysé traverse la fente de sortie 24 de l'analyseur, puis par-

vient dans le tube accélérateur 26, o il rencontre un gradient de champ calculé de façon précise entre le générateur 2 et le

potentiel de la masse. Des éléments optiques tels qu'un tri-

plet quadripolaire 28, 30, 32, et un dispositif de commande associé 34, agissent de manière à produire un foyer d'énergie spatiale dans un plan d'image désiré. Deux paires de plaques

de déviation électrostatiques 40 et 42, arbitrairement dési-

gnées par y et x, servent à orienter le faisceau vers les di-

vers points de la zone désirée du plan d'image. L'application

de la forme d'onde nécessaire aux plaques de déviation respec-

tives, et leur synchronisation en vue d'établir le programme

de balayage approprié, sont assurées par le dispositif de ba-

layage 43. Le faisceau au repos est suffisamment dévié pour

séparer complètement le faisceau neutre 44 (résultant de col-

lisions d'échange de charges avec des gaz résiduels) du fais-

ceau chargé. Une chambre à cible 46 contient des ouvertures

définissant le faisceau, un appareil de contrôle et d'intégra-

tion de faisceau, et un équipement permettant d'introduire le substrat de la pastille dans le dispositif à vide et d'aligner

ce substrat par rapport au plan de cible.

L'appareil de pompage qui fait le vide et l'enveloppe à vide du dispositif ne sont pas indiqués, mais on comprendra aisément que toute la région traversée par le faisceau est

maintenue sous un vide poussé.

Dans un contexte industriel, il est extrêmement impor-

tant qu'un haut degré d'uniformité du dosage d'ions soit main-

tenu sur toute la surface de la pastille et que le temps né-

cessaire par pastille soit minimal. En conséquence, il a été déterminé que le temps d'implantation par pastille doit être inférieur à 10 secondes et ce paramètre limite le programme de balayage assuré par le dispositif de balayage 43 ainsi que les fréquences correspondantes des formes d'onde sélectées en

fonction des plaques de déviation auxquelles elles sont ap-

pliquées. En outre, les fréquences sont anharmoniques par rap-

port aux 50 ou 60 Hz couramment utilisés dans les réseaux de distribution d'énergie. On va maintenant décrire le dispositif de balayage du mode de réalisation préféré en se référant à la Fig.2. Un rapport de fréquences anharmonique de 200:23 a été choisi pour les fréquences de balayage dans les directions x et y. Dans

la présente description, on a dénommé "coordonnée x" la coor-

donnée qui s'étend dans le plan de déviation de décalage au

repos et qui est orthogonale au faisceau non dévié (axe z).

Une horloge-mère 60 applique un train dtimpulsions à 3,00 2Hz

à des diviseurs 62 et 63. Ces diviseurs transmettent respec-

tivement des impulsions à 8152 Hz au générateur de balayage

suivant x, 70 et des impulsions à 117 Hz au générateur de ba-

layage suivant y, 71. Dans le générateur de balayage 70, le

train d'impulsions à 8152 Hz est subdivisé en deux canaux sup-

plémentaires. L'un de ces canaux assure une division supplé-

mentaire par 8, de manière à produire des impulsions à 1019 Hz

pour la fréquence de balayage suivant x fondamentale. Une se-

conde division de la fréquence d'entrée de 8152 Hz par un di-

viseur de 1024 produit une fréquence de sortie de 8 Hz desti-

née à être utilisée comme décrit plus loin. On obtient la com-

pensation de l'inhomogénéité de trace de la manière déjà es-

quissée en donnant à la forme d'onde la configuration non li-

néaire désirée, ce qui permet de commander la vitesse à laquel-

le le faisceau est dévié. Suivant l'invention, une forme d'on-

de non linéaire est synthétisée à partir de plusieurs segments

linéaires. A cet effet, le générateur de balayage 70 est oensti-

tué par un générateur d'onde triangulaire 72 qui excite un am-

plificateur de balayage 74 par l'intermédiaire d'une résistan-

ce 76. Le gain constant de l'amplificateur final 74, grâce à

la résistance d'entrée, assure un balayage linéaire du fais-

ceau dévié. On comprendra aisément qu'un rétablissement de la base du signal triangulaire est nécessaire; il est assuré

par un circuit 72' à l'aide de moyens bien connus dans la tech-

nique et qui sortent du cadre de la présente description. L'on-

de triangulaire est obtenue d'une manière directe par inté-

gration de l'onde rectangulaire d'entrée à 1019 Hz. On ajuste la pente du balayage linéaire en ajoutant successivement une résistance additionnelle plus ou moins grande en parallèle avec la résistance d'entrée 76. Cette opération est assurée

au moyen du décodeur octal 78, qui compte la fréquence de l'on-

de rectangulaire à 8152 Hz appliquée au générateur d'onde tri-

angulaire 72. Une impulsion de rétablissement à la fréquence de 1019 Hz assure la synchronisation. Des impulsions de sortie

décodées "O" à "7" apparaissent séquentiellement. Les impul-

sions de sortie décodées sont soumises à une opération logique OU dans des portes 80 pour produire des impulsions de sortie qui suivent une séquence symétrique dans le temps. L'impulsion de sortie "0" décodée et l'impulsion de sortie "7" décodée sont soumises à une opération logique OU par une porte 800 7 pour déverrouiller une porte linéaire 820 7 qui, à son tour, connecte une résistance 830 7 en parallèle avec la résistance 76. D'une manière analogue, les seconde et avant-dernière impulsions de sortie de la séquence de décodage ("1" et "16") ont pour effet final de mettre en paralièlela résistance 831,6 avec la résistance 76 et il en va de même en ce qui concerne

la combinaison d'impulsions de sortie "2" et "15"1 et la combi-

naison d'impulsions de sortie "3" et "4". On obtient ainsi une forme d'onde symétrique à 8 segments, comportant différentes

grandeurs de pente linéaire o les parties ascendante et des-

cendante de la forme d'onde sont toutes deux obtenues par mo-

dification du gain de l'amplificateur de balayage. Si on le

désirait, on pourrait aisément former une forme d'onde asymé-

trique de 8 segments en prévoyant des portes linéaires supplé-

mentaires et des résistances additionnelles pouvant être mises

en parallèle.

Dans un appareil de balayage bidimensionnel plus géné-

ral, les deux générateurs de formes d'onde de balayage ortho-

gonales peuvent être identiques, ou bien présenter des carac-

téristiques assez différentes adaptées aux effets précis à compenser. Par exemple, dans le dispositif suivant l'invention,

il existe des variations d'angle solide qui produisent une non-

uniformité des deux balayages suivant x et Y, mais les impor-

tances relatives de ces effets sont très différentes en prati-

que, en raison des déviations de décalage au repos supplémen-

taires. La variation d'angle solide va maintenant être exami-

née en se référant à la Fig.4. Sur cette figure, le faisceau non dévié définit l'axe z' et le faisceau au repos est soumis

a une déviation de décalage 80 dans le plan z-x grâce aux pla-

ques de déviation 42. La pastille est placée sur le plan d'i-

mage 50 avec un angle d'inclinaison C (qui pourrait être nul) dans le plan y-z. D'une manière analogue, la pastille

peut être orientée suivant un angle Y dans le plan z-x.

Pour une déviation de décalage a quelconque, et/ou {peu-

vent être choisis non nuls pour assurer une incidence non normale du faisceau. Généralement, l'angle,i est choisi

d'une valeur de l'ordre de 7 pour éviter des effets de"cana-

lisation". En négligeant l'angle d'inclinaison -, les extré-

mités de trajectoire P1 et P2 de la Fig.4 présentent des an-

gles d'incidence respectifs de e i e0. On peut démontrer que, pour un faisceau dévié linéairement, le taux d'accumulation

de dose dans un intervalle de trace de balayage dx est propor-

tionnel au carré du cosinus de l'angle d'incidence. Pour 80 = 7 et e compris dans la gamme définie par - 2 4e + 210

le pourcentage de non-uniformité de bord à bord est propor-

tionnel à: Cos2( - 1g)1.021 Cos?( + i0 il soit environ 2,1 %. Il est important d'éliminer une erreur

systématique de cette grandeur.

Généralement, la tolérance relative à la non-uniformité

de dose pour la fabrication de semi-conducteurs est d'une dé-

viation standard, soit environ 0,75 %o. Si la pastille n'est

pas inclinée dans le plan y-z ("t= 0), on constate que la va-

riation d'angle solide est entre les limites de cette toléran-

ce, en ce qui concerne la coordonnée de balayage y du fait que

l'intervalle angulaire du balayage est faible. Pour cette rai-

son, le mode de réalisation préféré décrit n'utilise pas une forme d'onde non linéaire pour le balayage suivant y, bien qu'une telle compensation soit facile à réaliser lorsqu'on le désire, conformément aux principes de l'invention. En partie

pour les raisons ci-dessus, dans le mode de réalisation préfé-

ré, le générateur de balayage suivant y, 71 est réalisé, sans compensation non linéaire, à partir d'un générateur d'onde triangulaire 86 comportant un dispositif de rétablissement de base approprié 86' pour intégrer les impulsions à 117 Hz de forme d'onde rectangulaire provenant du diviseur 63. La forme d'onde linéaire est en outre amplifiée dans un amplificateur 88 en vue de sa sortie vers les plaques de déviation suivant y. Le rapport de fréquences x/y résultant de 200/23 produit une figure de Lissajous instable qui se répète avec la période

du balayage suivant x (1019 Hz), soit toutes les 98,133 ms.

Il est clair qu'un angle d'inclinaison g = 7 est géo-

métriquement équivalent à l'effet d'un angle de décalage e0 et une forme d'onde non linéaire est effectivement utilisée

pour compenser le balayage suivant y dans ce cas.

On va maintenant examiner les Fig. 3A à 3D sur lesquel-

les l'évolution du diagramme de balayage est représentée à di-

vers instants. Pour l'explication de ces figures, on supposera que le faisceau a une section droite infinitésimale. Sur la Fig. 3A, deux paires complètes ou cycles complets trace-retour (du spot) ont été effectués plus une troisième trace dans la direction x. En même temps, dans la direction y, 21 paires

trace-retour complètes ont été exécutées et une trace supplé-

mentaire a été pratiquement achevée. Sur la Fig. 3B, cinq cy-

cles trace-retour complets ont été effectués suivant la coor-

donnée x tandis que, suivant la coordonnée y, 43 cycles trace-

retour ont été approximativement achevés. On considérera cet-

te figure en l'examinant sous un angle d'observation le long de la direction x dans le sens des flèches (marge de droite) un certain nombre de stries apparaissent nettement, dont les plus claires sont désignées par 102 et 104. De part et d'autre de chacune de ces stries et à égales distances de celle-ci, on

perçoit des "satellites" 102' et 104'. Des stries supplémen-

taires sont également évidentes en regard des autres flèches.

Ces stries représentent les lieux géométriques d'inhomogénéité maximale dans la densité superficielle de la distribution du

dosage. L'intersection de segments de ligne de balayage indi-

* que un dosage double au point d'intersection, tandis que les interstices en forme de losange formés entre ces segments sont

des zones qui n'ont reçu qu'une dose réduite.

Sur la Fig. 3C, après 63,999ms l'évolution complète du balayage a couvert sept cycles trace-retour plus une huitième trace dans la direction x, conjointement avec 65 cycles dans la direction y. Les stries notées sur la Fig. 3B sont à nouveau indiquées sur la Fig. 3C a titre de comparaisons Des stries supplémentaires apparaissent clairement sur la Fig. 3C dans la région comprise entre les stries précédemment notées. On peut considérer qu'il s'agit là d'un remplissage des cellules en

losange originales de dosage réduit, ou encore que la dimen-

sion des cellules en losange diminue a mesure que le balayage progresse. Sur la Fig. 3D, le balayage complet s'effectue en 111 cycles suivant la coordonnée x et en 100 cycles suivant la

coordonnée y. On observera que les stries sont approximative-

ment uniformes en intensité et que l'intervalle entre les stries (suivant la coordonnée y) a été réduit. Les cellules en losange de dosage réduit ou nul ont été rendues encore plus

petites, la concentration de dose moyenne ayant été progres-

sivement répartie plus uniformément sur toute la surface.

Un intervalle A x caractérise la distance de crête à crête entre ces maximums de concentration. En conséquence, un décalage de tension assuré par un générateur d'onde en gra- dins 90 est appliqué aux moyens de déviation suivant x, pour

décaler légèrement l'origine (0, 0) le long de la strie jus-

qu'à une position (x/n, 0) et le cycle de balayage plan (lli cycles suivant la coordonnée x) est répété. Pour n répétitions

de ce genre, la dimension des cellules en losange est de nou-

veau radicalement réduite. Il est rappelé ici que lors de l'é-

tablissement de la fréquence de 1019 Hz pour le balayage sui-

vant x, une autre fréquence de sortie de diviseur d'environ

8 Hz a été obtenue en synchronisme avec la fréquence fondamen-

tale de balayage suivant x. Ce train d'impulsions relativement lent est appliqué au générateur d'onde en gradins 90, à partir

duquel on obtient un signal de sortie constitué par une séquen-

ce ascendante de huit paliers de tension. La différence de ten-

sion entre le palier le plus élevé et le palier le plus bas

est choisie de manière à correspondre à l'incrément de balaya-

ge suivant y (égal à la longueur des cellules en losange le long de la direction y). En conséquence, cet intervalle est à

nouveau subdivisé en huit sous-intervalles et le signal de sor-

tie résultant est additionné à la forme d'onde de balayage

suivant y pour décaler la déviation suivant y à la fin de cha- que trame de balayage telle que celle qui est représentée sur

la Fig. 3D.

Après huit répétitions du diagramme de balayage décrit ci-dessus, l'espacement entre les maximums de dosage nominal

a été réduit à environ 1 % de l'amplitude totale de balayage.

Dans le dispositif d'implantation ionique suivant l'invention, le rayon vecteur partant du centre de déviation est d'environ 1041 mm afin de maintenir une amplitude de balayage totale d'environ 178 mm correspondant à une gamme angulaire de - 210

pour une pastille d'environ 100 mm. Dans ces conditions, l'es-

pacement linéaire nominal entre les maximums est de l'ordre de 1,78 mm. La Fig. 3D représente une pastille mise en place

(avec un angle d'inclinaison de O degré) en vue de l'implan-

tation. En fonctionnement, on ajuste l'amplitude de balayage de manière à assurer un dépassement de balayage d'environ 2076, tant suivant x que suivant y. Ce dépassement de balayage évite les complications résultant d'effets marginaux de demi-tour

du faisceau ou analogues. Une partie de cette région de dé-

passement de balayage est utilisée à des fins de contrôle par l'intermédiaire d'un système de cuvettes de Faraday. Dans tout dispositif d'irradiation, le faisceau de balayage présente une étendue ou section droite finie. Ordinairement, la densité du faisceau présente une variation radiale qui, dans le cadre

de l'invention, peut être supposée comporter une partie cons-

tante avec une partie décroissante gaussienne. La section droi-

te du faisceau peut être définie par des ouvertures de limita-

tion situées à la source d'ions et en divers emplacements du dispositif. Dans le dispositif suivant l'invention, la section droite du faisceau à la cible est essentiellement une image du

faisceau extrait de la source d'ions. C'est une forme rectan-

gulaire déterminée par l'ouverture de la source d'ions. Le faisceau en forme de ruban résultant du mode de réalisation préféré est orienté de façon que son axe principal s'étende le long de la direction y (orthogonale au plan de décalage). La

dimension du faisceau est partiellement limitée par des ouver-

tures dans la chambre à cible et le spot de faisceau résultant

prend par exemple des dimensions de 2 mm x 10 mm pour un dispo-

sitif 20 de faible intensité ou de 10 mm x 20 mm pour un dispo-

sitif de forte intensité. Le faisceau n'est pas coupé brusque-

ment à ces dimensions mais comporte une queue. Il est à noter que la demilargeur du faisceau peut être du même ordre que l'espacement linéaire minimal nominal des maximums ou grande

devant cet espacement, comme représenté sur la Fig. 3D. En con-

séquence, la totalité de la cellule en losange ou espace com-

pris entre les maximums de dose du diagramme reçoit un dosage

qui est une superposition d'au moins les quatre traces qui dé-

finissent les limites de la cellule.

Le dispositif de balayage tel que décrit ici produit un

diagramme systématique avec uniformisation au niveau microsco-

pique assurée par la répartition radiale du faisceau. On ob-

tient une uniformisation supplémentaire en tolérant une compo-

sante de bruit suffisante aux plaques de déviation. Cette dis-

position permettant un effet d'oscillation élimine pratique-

ment une non-uniformité du diagramme, qui peut subsister au

niveau microscopique, après l'estompage dû aux parties gaus-

siennes partiellement superposées de la section droite du fais-

ceau. Suivant l'invention, des potentiels de déviation types pour un dispositif de déviation électrostatique couvrant une plage angulaire de + 2- varient dans la gamme de + 6000 volts pour un faisceau B de 250 keV et dans la gamme de - 750 volts pour un faisceau B de 25 KeV. Le bruit présent à la sortie du dispositif de déviation n'est à dessein pas réduit au-dessous

d'une gamme de 1 à 3 volts. Ordinairement, ce bruit est attri-

buable aux harmoniques de la ligne d'alimentation. Cette compo-

sante de bruit de la déviation subie par le faisceau peut être

directement exprimée sous forma de fluctuation de la trajec-

toire du faisceau. Pour la géométrie décrite ici, l'amplitude de bruit efficace relative ci-dessus produit une fluctuation spatiale approximative de l'ordre de 100 à 200 microns dans le plan de la cible. Cela représente un déplacement important

par rapport à la dimension de la cellule de diagramme élémen-

taire définie par l'ensemble du diagramme de balayage, en par-

ticulier en comparaison de la longueur de déplacement de l'o-

rigine du diagramme entre les répétitions. Bien entendu, la

composante de bruit peut être ajustée à volonté.

Il est évident que la densité des lignes de balayage, la répartition radiale du faisceau et le bruit contribuent

tous à assurer l'uniformité d'un balayage bidimensionnel ef-

ficace rapide. Or, la répartition radiale du faisceau et le bruit sont tous deux couramment considérés comme des effets

parasites à éliminer ou à réduire. La présente description dé-

montre que ces paramètres peuvent être exploités pour produire

un effet utile. Si la dimension du spot du faisceau était ra-

menée à un foyer plus concentré et si-le niveau de bruit était davantage réduit, il serait nécessaire d'augmenter la densité

des lianes de balayage pour remplir complètement la cellule.

Cela augmenterait considérablement le temps de traitement et

le rendement de fabrication des pastilles en souffrirait.

D'une manière analogue, un spécialiste de cette techni-

que comprendra aisément que la compensation de la non-unifor-

mité de dosage pourrait être assurée par le seul choix d'un diagramme de traces de balayage approprié. Dans un tel mode de réalisation, l'inhomogénéité n'a pas besoin d'être compensée

séparément par une forme d'onde non linéaire. Toutes les sour-

ces de non-uniformité sont considérées dans leur ensemble com-

me se traduisant par une fonction bidimensionnelle qui est com-

pensée par une densité bidimensionnelle appropriée de la dis-

tribution des lignes de balayage. Ce résultat est assuré par un diagramme de balayage approprié. Un générateur de diagramme

commandé par microprocesseur assure ce résultat grâce à sa ca-

pacité d'effectuer une superposition de diagramme mathémati-

quement distincts convenablement adaptés pour assurer la com-

pensation désirée.

Bien que l'appareil ci-dessus ait été décrit dans son

application à la compensation d'une source géométrique spéci-

fique de non-uniformité de dose, on peut également envisager la compensation d'autres phénomènes affectant l'uniformité du dosage en ions par le choix d'une forme d'onde convenablement

configurée. On peut rencontrer et compenser des sources sup-

plémentaires de non-uniformité. La pièce à traiter peut ne pas présenter une surface plane et, en fait, une telle situation se produit lors de l'implantation ionique de pastilles adaptées à un support refroidi non plan, comme décrit dans la demande

de brevet U.S. 21 362, ce qui contribue à produire une varia-

tion d'angle d'incidence. D'autres sources compensables de non-uniformité de dosage viendront aisément à l'esprit d'un

spécialiste de cette technique.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1. Procédé permettant d'assurer une irradiation cumu-

lée uniforme d'une surface plane avec un faisceau de parti-

cules chargées, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant: a) à déterminer une origine (Z) pour l'incidence du- dit faisceau sur ladite surface;

b) à dévier périodiquement ledit faisceau à une pre-

mière fréquence suivant une certaine coordonnée (X) et à dévier périodiquement et concurremment ledit faisceau à une autre fréquence suivant une autre coordonnée (Y);

c) à prolonger lesdites déviations périodiques jus-

qu'à ce que le diagramme résultant de celles-ci revienne à ladite origine (Z); d) à déplacer ladite origine, et e) à répéter les opérations (b) et (d) incluse un

nombre choisi de fois.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le déplacement de l'origine est orienté entre des

traces parallèles adjacentes.

3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le produit du nombre choisi de répétitions par la longueur de déplacement est égal à l'intervalle entre

les traces équidistantes.