DE1953659B2 - Ionenquelle für die Zerstäubung mit langsamen Ionen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionenquelle für die Zerstäubung mit langsamen Ionen, in der die Ionen in einer unselbständigen Entladung erzeugt werden, die mindestens teilweise in einem axialen Magnetfeld von einigen 10~² T verläuft, wobei die Anode aus einem Hohl-Zylinder besteht, in dem sich an einem Ende die Glühkathode befindet.

Eine derartige Ionenquelle ist in »The Review of Scientific Instruments« 38 (1967) 5, 621 -624, beschrieben. Die Glühkathode ist bei dieser Ionenquelle von einem auf Kathodenpotential liegenden Becher umgeben, der die Entladung in das Innere des durch die Anode gebildeten Entladungsraums richtet. Die durch die Entladung erzeugten Ionen werden mit einer Spannung von 10 bis 15 kV abgesaugt. Die Energie, auf die die Ionen dabei beschleunigt werden, ist für viele Zerstäubungszwecke zu hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ionenquelle für die Zerstäubung mit langsamen Ionen anzugeben, in der nur Ionen mit kleinen Primärenergien gebildet werden und welche große Ionenströme ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kathode, in axialer Richtung gesehen, zwischen zwei miteinander verbundenen und ein schwebendes Potential führenden Schirmplatten angeordnet ist.

Aufgrund der gegenseitigen Anordnung der beiden Elektroden zum Magnetfeld bildet sich bei einer Brennspannung von höchstens 30 bis 40 V bei einem Argondruck von etwa 1,3 ■ 10~³ mbar eine sehr intensive Entladung aus, welche abhängig von den Abmessungen in der Größenanordnung von 10 A liegt.

Das Plasma dieser Entladung dehnt sich von dem offenen Ende der Anode, an dem die Kathode nicht liegt, im Vakuurnraum aus, und aus diesem Plasma können die Ionen, die Primärenergien haben, die immer höchstens gleich der Brennspannung sind, also 30 bis 40 V, von elektrischen Feldern und gegebenenfalls magnetischen Feldern zu den Targetplatten gerichtet werden. Das außerhalb der Anode ziemlich schwache Magnetfeld der Hauptentladung beeinflußt die Bahn der Ionen und der Zerstäubungsprodukte nur in geringem Maße. Die Aufstellung des Targets und des Substrats kann hierbei also ziemlich willkürlich sein.

Um den Zerstäubungsraum vor Verdampfungsprodukten der Kathode zu schützen, befindet sich vor der

is Kathode in Richtung auf den Zerstäubungsraum eine Schirmplatte, die ein schwebendes Potential aufweist. Auch an der anderen Seite der Kathode ist eine Schirmplatte vorhanden, die vorzugsweise mit einer die Anode umgebenden hohlzylinderförmigen Abschirm- elektrode verbunden ist Die beiden SchirmpJatten werden zweckmäßig miteinander verbunden. Die niedrige Brennspannung bedeutet, daß keine unkontrollierte Zerstäubung der Apparatur auftritt, während dagegen ein Plasma für die erwünschte Zerstäubung mit hoher Intensität zur Verfügung steht.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine Ionenquelle nach der Erfindung zeigt.
Die Glühkathode 1 ist an dem einen Ende der zylindrischen Anode 2 aufgestellt, die aus vom Kühlmittel durchflossenen Kupferrohr besteht 3 ist eine Abschirmplatte, die mit der zweiten Schirmplatte 4 durch zwei Stützstäbe 5 verbunden ist. Die Schirmplatte 4 trägt die kupferne Abschirmelektrode 6. Sämtliche Elektroden werden von Durchführungen 7 in der Form von Stäben oder Kupferröhren getragen. Diese sind in Glasröhren 8 auf der Tragplatte 9 befestigt Die Tragplatte 9 ist in einem Flansch 10 befestigt, der an dem Flansch 11 des Gehäuseteiis 12 durch Bolzen festgeschraubt ist Eine Magnetspule 13 umgibt die Anodenmitte. Seitlich der Achse der Anode 2 ist das Target H aufgestellt, gegenüber diesem das nicht gezeichnete Substrat Ein elektrischer Schirm ist mit 15 angedeutet und ein Hilfsmagnet mit 16.

Herrscht im Entladungsraum ein Argondruck von 1,3-10-³ mbar und beträgt die magnetische Flußdichte 5· 10-² T, so beträgt der Entladungsstrom 12 A bei einer Brennspannung von 30 V. Dabei hat die Anode einen Durchmesser von 6 cm und eine Länge von 10 cm. Die Kathode hat eine Heizenergie von 250 W.

Bei einer Targetspannung von 300 V negativ können Targetströme von 20 mA/cm² erreicht werden, so daß hohe Zerstäubungsraten möglich sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Ionenquelle für die Zerstäubung mit langsamen Ionen, in der die Ionen in einer unselbständigen Entladung erzeugt werden, die mindestens teilweise in einem axialen Magnetfeld von einigen ΙΟ-² Τ verläuft, wobei die Anode aus einem Hohl-Zylinder besteht, in dem sich an einem Ende die Glühkathode befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (1), in axialer Richtung gesehen, zwischen zwei miteinander verbundenen und ein schwebendes Potential führenden Schirmplatten (3,4) angeordnet ist

2. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Ionenaustrittsöffnung abgewandte Schirmplatte (4) eine hohlzylinderförmige Abschirmelektrode (6) trägt, die die Anode (1) umgibt.