DE1275696B

DE1275696B - Plasma ion source with closable emission opening

Info

Publication number: DE1275696B
Application number: DEST26417A
Authority: DE
Inventors: Heinz Rumberg; Karl Steinfelder
Original assignee: KARL STEINFELDER
Current assignee: KARL STEINFELDER
Priority date: 1967-01-26
Filing date: 1967-01-26
Publication date: 1968-08-22

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

HOIjHOIj

Deutsche Ki.: 21g-21/01 German children : 21g -21/01

Nummer: 1275 696Number: 1275 696

Aktenzeichen: P 12 75 696.6-33 (St 26417)File number: P 12 75 696.6-33 (St 26417)

Anmeldetag: 26. Januar 1967Filing date: January 26, 1967

Auslegetag: 22. August 1968Opening day: August 22, 1968

Die Erfindung betrifft eine Plasmaionenquelle mit verschließbarer Emissionsöffnung, bestehend aus dem Entladungsraum und dem mit diesem durch die Emissionsöffnung verbundenen Beschleunigungsraum mit der darin befindlichen Beschleunigungselektrode.The invention relates to a plasma ion source with a closable emission opening, consisting of the Discharge space and the acceleration space connected to this through the emission opening the acceleration electrode located in it.

Bei Plasmaionenquellen ist es durch Umpolen der Beschleunigungsspannung und einer eventuell vorhandenen Ziehspannung möglich, sowohl positiv als auch negativ geladene Teilchen aus der Emissionsöffnung abzusaugen. Zur Ladungsträgerbeschleunigung wird vorwiegend ein elektrisches Feld benutzt. Wie bekannt, ist es zur Erzielung einer großen Ionenstromdichte und eines günstigen Richtstrahlwertes erforderlich, den Abstand der Emissionselektrode der Ionenquelle und der Beschleunigungselektrode so klein wie möglich zu wählen. Dabei wird der minimal einzuhaltende Abstand durch die Spannungsfestigkeit der Beschleunigungsstrecke festgelegt. Da die Durchschlagspannung der Beschleunigungsstrecke wegen des inhomogenen Feldes polaritätsabhängig ist und außerdem von der jeweiligen Oberflächenbeschaffenheit der Elektroden abhängt, muß der Abstand der Beschleunigungselektroden für die ungünstigste Polarität und mit genügender Sicherheit eingestellt werden, was zu einer Verminderung der maximal erreichbaren Ionenstromdichte im Strahl führt.In the case of plasma ion sources, it is achieved by reversing the polarity of the acceleration voltage and any existing one Drawing voltage possible to suck both positively and negatively charged particles from the emission opening. For charge carrier acceleration an electric field is mainly used. As is known, it is to achieve great Ion current density and a favorable directional beam value required, the distance between the emission electrode to choose the ion source and the acceleration electrode as small as possible. The The minimum distance to be maintained is determined by the dielectric strength of the acceleration section. There the breakdown voltage of the acceleration path is polarity dependent because of the inhomogeneous field and also depends on the respective surface properties of the electrodes, the must Distance of the acceleration electrodes for the most unfavorable polarity and with sufficient safety be set, which leads to a reduction in the maximum achievable ion current density in the Beam leads.

Da bei Plasmaionenquellen der Beschleunigungsraum und der Entladungsraum, in dem sich die eigentliche Ionenquelle befindet, wegen des unterschiedlichen Druckes nur über die Emissionsöffnung kommunizieren, ist es zur getrennten Belüftung der Ionenquelle zwecks Katodenwechsel, Reinigung od. dgl. anzustreben, die vakuumdichte Abtrennung an der Emissionsöffnung vornehmen zu können. Die Abtrennung erfolgt mittels eines zusätzlichen Ventils, welches einen Teil des Beschleunigungsraumes mit abtrennt.Since with plasma ion sources the acceleration space and the discharge space in which the actual The ion source is only located above the emission opening because of the different pressure communicate, it is for separate ventilation of the ion source for the purpose of changing the cathode, cleaning od. The like. To be able to make the vacuum-tight separation at the emission opening. the Separation takes place by means of an additional valve, which is part of the acceleration space separates.

Die mögliche Ausbildung der Plasmaionenquelle ist mit dem Mangel behaftet, daß zusätzliche Ventile und eine Umwegleitung erforderlich sind, um zwischen den vom Ventil mit abgetrennten Volumen des Strahlraumes und der Ionenquelle den erforderlichen Leitwert für die Evakuierung herstellen zu können.The possible design of the plasma ion source is associated with the deficiency that additional valves and a bypass line is required to pass between the volumes of the separated by the valve The beam space and the ion source to be able to produce the required conductance for the evacuation.

Bedingt durch den geringen Raum, der infolge des kleinen Elektrodenabstandes auf der Beschleunigungsstrecke zur Verfügung steht, ist ein Verschluß der Emissionsöffnung erschwert.Due to the small space that is created as a result of the small distance between the electrodes on the acceleration section is available, a closure of the emission opening is difficult.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Emissionsöffnung der Plasmaionenquelle vakuumdicht verschließbar zu machen und die Möglichkeit zu schaffen, den günstigsten Abstand der Beschleuni-Plasmaionenquelle mit verschließbarer
EmissionsöffnungThe invention is based on the object of making the emission opening of the plasma ion source closable in a vacuum-tight manner and of creating the possibility of the most favorable distance between the accelerating plasma ion source and the closable
Issue opening

Anmelder:Applicant:

Karl Steinfelder.Karl Steinfelder.

Dresden, Müller-Berset-Str. 9;Dresden, Müller-Berset-Str. 9;

Heinz Rumberg,Heinz Rumberg,

Freital-Birkigt, Gitterseestr. 5Freital-Birkigt, Gitterseestr. 5

Als Erfinder benannt:
Karl Steinfelder, Dresden;
Heinz Rumberg, Freital-BirkigtNamed as inventor:
Karl Steinfelder, Dresden;
Heinz Rumberg, Freital-Birkigt

gungselektrode während des Betriebes einstellen zu können.to be able to adjust the electrode during operation.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Beschleunigungselektrode in Richtung des Ionenstrahles von außerhalb des Beschleunigungsraumes beweglich geführt und ein in seiner Mitte als Ventilteller ausgebildeter Bügel im Beschleunigungsraum angeordnet ist, der mittels eines von außen zu betätigenden bekannten Dreh-Schub-Mechanismus zwischen beide klappt und die Emissionsöffnung vakuumdicht verschließt. Zweckmäßigerweise ist der Durchmesser des Dichtringes so gewählt, daß bei geschlossenem Ventil die der Emissionsöffnung benachbarten Teile zugängig sind.According to the invention the object is achieved in that the acceleration electrode in the direction of Ion beam guided movably from outside the acceleration space and one in its center as Valve plate formed bracket is arranged in the acceleration space, which is closed by means of an from the outside actuating known rotary-push mechanism between both folds and the emission opening vacuum-tight locks. Appropriately, the diameter of the sealing ring is chosen so that when it is closed Valve to which parts adjacent to the emission opening are accessible.

Die Bewegung der Beschleunigungselektrode erfolgt über eine in einem Rohr geführte flexible Welle mittels eines mit Skala versehenen Feintriebes, der eine Reproduzierbarkeit der Einstellung der Elektrode ermöglicht.The movement of the acceleration electrode takes place via a flexible shaft guided in a tube by means of a fine drive provided with a scale, which ensures reproducibility of the setting of the electrode enables.

Die technisch-ökonomischen Auswirkungen der Erfindung bestehen darin, daß es möglich ist, die Ionenquelle vom Beschleunigungsraum an der Emissionsöffnung vakuumdicht verschließen zu können. Dadurch ist der Katodenwechsel oder die Reinigung bei getrennter Belüftung des Gasentladungsraumes möglich. Der Abstand der Beschleunigungselektrode ist von außen her während des Betriebes einstellbar und die Einstellung jederzeit reproduzierbar. Außerdem kann während des Betriebes, je nach Polarität, der kleinste noch zulässige Elektrodenabstand eingestellt werden, was sich günstig auf die Ionenstromdichte auswirkt.The technical-economic effects of the invention are that it is possible to use the To be able to close the ion source vacuum-tight from the acceleration chamber at the emission opening. This means that the cathode can be changed or cleaned with separate ventilation of the gas discharge space possible. The distance between the acceleration electrode can be adjusted from the outside during operation and the setting can be reproduced at any time. In addition, during operation, depending on the polarity, the smallest permissible electrode spacing can be set, which has a favorable effect on the ion current density affects.

809 597/360809 597/360

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigtThe invention is to be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the Drawing shows

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Plasmaionenquelle im Längsschnitt,F i g. 1 a schematic representation of the plasma ion source in longitudinal section,

Fig. 2 die Betätigungseinrichtung des Ventiltellers (geöffnetes Ventil).2 shows the actuating device of the valve disk (open valve).

In F i g. 1 ist im Gehäuse 1 die Beschleunigungselektrode 2 so angeordnet, daß sie in der Führungsbuchse 3 in Strahlrichtung beweglich ist. Diese Schubbewegung erfolgt über den Stoßdraht 4, der in einem genau passenden Rohr 5 geführt ist, mittels eines bekannten Feintriebes 6. Der Feintrieb 6 ist mit einer Skala versehen, damit die Einstellung reproduziert werden kann.In Fig. 1, the acceleration electrode 2 is arranged in the housing 1 in such a way that it is movable in the guide bush 3 in the beam direction. These Pushing movement takes place via the push wire 4, which is guided in a precisely fitting tube 5, by means of a known fine drive 6. The fine drive 6 is provided with a scale so that the setting is reproduced can be.

Im Beschleunigungsraum 7 herrscht ein niedrigerer Druck als im Gasentladungsraum 8. Um beide voneinander zu trennen bzw. die Emissionsöffnung 9 vakuumdicht zu verschließen, ist im Abstand vor der Emissionsöffnung 9 ein Bügel 10, dessen mittlerer Teil als Ventilteller 11 ausgebildet ist, so gelagert, daß er zwischen die Beschleunigungselektrode 2 vor die Emissionsöffnung 9 klappt, wenn die Beschleunigungselektrode 2 zurückgeschoben ist.The pressure in the acceleration space 7 is lower than in the gas discharge space 8. Around the two of each other to separate or to close the emission opening 9 vacuum-tight, is at a distance in front of the Emission opening 9 a bracket 10, the central part of which is designed as a valve disk 11, mounted so that it folds between the accelerating electrode 2 in front of the emission opening 9 when the accelerating electrode 2 is pushed back.

Die Betätigung des Ventils geht nach F i g. 2 auf folgende Weise vor sich:The actuation of the valve is shown in FIG. 2 in front of you in the following way:

Die Betätigungswelle 12 ist im Gehäuse 1 auf geeignete Weise so gelagert, daß sie eine Schubbewegung in Richtung der Achse und eine Drehbewegung in einen begrenzten Winkel ausführen kann. Beim Schließen des Ventils wird die Betätigungswelle 12, durch den Anschlag 13 begrenzt, in Pfeilrichtung eingeschoben. Dadurch wird der auf dem Stift 20 geführte Bügel 14, der mit der Gabel 15 fest verbunden ist, in gleicher Richtung bewegt. Die Translation des Bügels 14 und der Gabel 15 wird über den, im Lager 18 drehend gelagerten Lagerzapfen 21, den Hebel 16 und den Stift 23 in eine Rotation umgewandelt. Da der Bügel 10 und der Hebel 16 mit Hilfe des Lagerzapfens 21 durch Kraft-, Form- oder Metallschluß verbunden sind, folgt der Bügel 10 der Drehung des Hebels 16. Die Schwenkbewegung ist beendet, wenn der Bügel 10 mit dem angearbeiteten Ventilteller 11 und dem Dichtring 22 vor der Emissionsöffnung 9 steht. Bei einer nachfolgenden Verdrehung der Betatigungswelle 12 wird das in axialer Richtung des Gehäuses 1 beweglich geführte Lager 18 durch den auf der Betätigungswelle 12 befestigter Exzenter 17 in Richtung der Emissionsöffnung 9 verschoben. Die vom Exzenter 17 erzeugte, vom Lager 18 und vom Lagerzapfen 21 auf den Bügel 10, den Ventilteller 11 und den Dichtring 22 übertragene Komponente ermöglicht das vakuumdichte Verschließen der Emissionsöffnung 9.The actuating shaft 12 is mounted in the housing 1 in a suitable manner so that it has a thrust movement in the direction of the axis and can perform a rotary movement in a limited angle. When the valve is closed, the actuating shaft 12 is limited by the stop 13 in the direction of the arrow inserted. As a result, the bracket 14, which is guided on the pin 20, is firmly connected to the fork 15 is moved in the same direction. The translation of the bracket 14 and the fork 15 is via the, in the camp 18 rotatably mounted bearing pin 21, the lever 16 and the pin 23 converted into rotation. There the bracket 10 and the lever 16 with the help of the bearing pin 21 by a force fit, form fit or metal fit are connected, the bracket 10 follows the rotation of the lever 16. The pivoting movement is ended when the bracket 10 with the attached valve disk 11 and the sealing ring 22 in front of the emission opening 9 stands. When the actuating shaft 12 is subsequently rotated, this becomes in the axial direction of the housing 1 movably guided bearing 18 by the eccentric 17 fastened on the actuating shaft 12 in Shifted towards the emission opening 9. The generated by the eccentric 17, from the bearing 18 and from Bearing pin 21 on the bracket 10, the valve disk 11 and the sealing ring 22 allows component transferred the vacuum-tight closing of the emission opening 9.

Der Öffnungsvorgang des Ventils erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Die Bewegung der Betätigungswelle 12 entgegen der Pfeilrichtung überträgt die mit der Betätigungswelle 12 fest verbundene Scheibe 19.The valve is opened in reverse order. The movement of the actuating shaft 12 against the direction of the arrow transmits the disc 19 firmly connected to actuating shaft 12.

Claims

Patent claims:

1. Plasma ion source with closable emission opening, consisting of the discharge space and the acceleration space connected to this through the emission opening, with the therein located acceleration electrode, characterized in that the acceleration electrode (2) is guided movably in the direction of the ion beam from outside the acceleration space and one in its In the middle as a valve plate (11) formed bracket (10) is arranged in the acceleration space (7), which by means of an externally operated known twist-and-push mechanism, the emission opening closes vacuum-tight.

2. Plasma ion source according to claim 1, characterized in that the valve disk (11) with its sealing ring (22) in diameter is chosen so that when the valve is closed, the Emission opening (9) adjacent parts are accessible.

3. Plasma ion source according to claim 1, characterized in that the rotary-push mechanism Via a flexible shaft (4) guided in a tube with a known, rotatable one Fine drive is connected, the adjusting knob (6) is provided with a scale.

4. Plasma ion source according to claim 1, characterized in that the emission opening is closed when the acceleration electrode (2) has the greatest distance from the emission opening (9).

1 sheet of drawings