-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die Erfindung betrifft Plasmatechnik
und kann zur Erzeugung von Flüssen
von geladenen Partikeln, z. B. Ionen, die in Verarbeitungsausrüstung verwendet
werden, angewandt werden.
-
STAND DER
TECHNIK
-
Die bekannte Gasentladevorrichtung
(GB, A, 1399603, H01 727/00, 1972) besteht aus einer axial symmetrischen
Kammer mit zwei Endwänden,
wovon eine Wand teilweise transparent hergestellt ist, einem magnetischen
System zum Herstellen eines stationären nicht-einheitlichen magnetischen
Feldes im Inneren der Kammer und einer HF-Leistungseingangseinheit,
welche mit einem HF-Generator verbunden ist. Die HF-Leistungseingangseinheitist
aus zumindest zwei Stromleitern gebildet.
-
Eine Plasmaerzeugung in der Gasentladekammer
der bekannten Vorrichtung wird vorgesehen durch Anregung von eigenen
Plasmawellen. In diesem Fall wird das effektive Zuführen des
HF-Leistungseingangs zum Plasma vorgesehen und zufriedenstellende
Werte von Ionisierungsraten werden erreicht bei ausreichend niedrigem
spezifischen Energieverbrauch zur Ionisierung.
-
Eine Resonanzabsorption der Eingabeleistung
tritt bei Drücken
von (0,015 bis 1,5 Pa) auf und Werten von Magnetfeldinduktionen
B geringer als 0,1 T auf. Jedoch steigt unter solchen Bedingungen
die Plasmadichte deutlich an.
-
Auch bekannt ist eine Gasentladevorrichtung (Anmeldung
RU 2095877, veröffentlicht
10. November 1997), welche aus einem magnetischen System besteht,
welches in einer Entladekammer ein stationär axial symmetrisches nichteinheitliches
Magnetfeld herstellt, wobei die magnetische Induktion sich in Richtung
der Symmetrieachse der Kammer verringert. Eine HF-Leistungseingangseinheit
ist aus mehreren Stromleitern gebildet, z. B. in der Form eines n-Polkondensators und
ist angepasst zur Anregung einer longitudinalen konservativen elektrischen
Komponente eines HF-Feldes in der Kammer.
-
Die Konstruktion erlaubt es, dass
eigene elektrostatische Wellen im Plasma angeregt werden auf Grund
des Wählens
eines Maximalwertes der magnetischen Induktion, rangierend von 0,01
bis 0,05 T und HF rangierend von 40 bis 100 MHz. Eine Resonanzanregung
von eigenen Plasmawellen unter den genannten Bedingungen erlaubt,
dass die Energie- und Gaseffizienz der Gasentladevorrichtung erhöht wird.
-
Der am nächst kommende Prototyp der
Erfindung ist eine Gasentladevorrichtung (GB, A, 2235086, H01 J27/16,
1991), welcher aus einer zylindrischen Kammer mit einer offenen
Endwand besteht, einer HF-Leistungseingangseinheit, die aus mehreren
Stromleitern gebildet ist, welche symmetrisch auf einer peripheren
Wand der Kammer angeordnet sind und einem magnetischen System zum Herstellen
eines stationären
magnetischen Feldes in der Kammer, wobei die Induktion nicht nur
in der radialen Richtung in Richtung einer Achse der Symmetrie der
Kammer erniedrigt wird, sondern auch in der Längsrichtung von dem Bereich
der Anordnung der Leistungseingangseinheit.
-
Die bekannte Gasentladevorrichtung
erlaubt es, dass die Effizienz des Leistungseingangs erhöht wird
auf Grund der Auswahl einer optimalen Magnetfeldkonfiguration und
der Konstruktion der Leistungseingangseinheit.
-
Jedoch sehen alle der oben erwähnten Vorrichtungen
keine vollständige
Verwendung der eingegebenen Leistung vor (zur Ionisierung eines
Arbeitsgases).
-
OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung ist darauf
gerichtet, eine Erhöhung
der Energie- und Gaseffizienz von Gasentladevorrichtungen des beschriebenen
Typs vorzusehen und somit die Ausgaben zur Erzeugung von Plasma
gewünschter
Parameter zu verringern.
-
Das bemerkenswerte technische Ergebnis ist
wie folgt:
-
Eine Gasentladevorrichtung umfasst
eine axial symmetrische Kammer mit zumindest einer Endwand, einer
HF-Leistungseingangseinheit, die angepasst ist zum Zuführen von
HF-Leistung zu der Kammer, und koaxial auf einer externen Wand der Kammer
angeordnet ist und ein magnetisches System zum Vorsehen eines stationären Magnetfeldes, wobei
die Induktion nicht nur in der radialen Richtung in Richtung einer
Achse der Symmetrie der Kammer abnimmt, sondern auch in der longitudinalen
Richtung von dem Bereich des Ortes der HF-Leistungseingangseinheit,
dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Leistungseingangseinheit angefertigt
ist als ein Leiter von periodischer symmetrischer Zick-Zack-Form
und angeordnet an dem Ende und peripheren Wänden der Kammer und dass das
magnetische System angepasst ist, um ein magnetisches Feld zu erzeugen,
wobei die magnetische Induktion in der Längsrichtung in Richtung des
Endteils der Kammer gegenüberliegend
dem Bereich des Orts der HF-Leistungseingangseinheit abnimmt.
-
Um die Gaseffizienz der Vorrichtung
zu erhöhen,
ist die transversale Größe der Kammer
vorzugsweise größer als
die longitudinale Größe davon.
-
Die Kammer 1 ist vorzugsweise
mit einem Gaseinlass versehen, der auf der Endwand davon angeordnet
ist, an der Seite der HF-Leistungseingangseinheit.
-
Die Gasentladevorrichtung kann mit
einem Montageflansch 11 ausgerüstet sein, an welchen die Kammer 1 angebracht
werden kann. In diesem Fall sind Druckdichtungen für elektrische
Anschlüsse
der HF-Leistungseingangseinheit und für den Gaseinlass sowie Elemente
für eine
Steckverbindung zum Anbringen des Montageflansches an einen Justierflansch
auf dem Montageflansch montiert.
-
Die Druckdichtungen sind vorzugsweise
als zwei Buchsen mit einer Fixierunterlegscheibe zwischen ihnen
hergestellt und einem Fixierbolzen koaxial ausgerichtet mit einer
der Buchsen.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus
der detaillierten Beschreibung verstanden werden, die hier unten
gegeben wird und den begleitenden Zeichnungen, welche lediglich
im Wege der Darstellung angegeben sind und nichtlimitierend für die vorliegende
Erfindung sind, und in welchen:
-
1 eine
Konstruktion der Gasentladevorrichtung gemäß der Erfindung darstellt als
Komponente einer Ionenquelle (ein Ionen-optisches System, ein magnetisches
System und Flansche sind in dem Längsschnitt gezeigt);
-
2 den
Teil der HF-Leistungseingangseinheit zeigt, welcher auf der Endwand
der Kammer angeordnet ist; und
-
3 die
Druckdichtung für
den elektrischen Anschluss der HF-Leistungseingangseinheit in dem Montageflansch
zeigt (der Längsschnitt
der Druckdichtung).
-
MODI ZUM AUSFÜHREN DER
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-FORMEN
-
Die Gasentladevorrichtung gemäß der Erfindung
kann als Komponente von verschiedenen Verarbeitungsinstallationen
mit einigen Modifikationen verwendet werden, z. B. als Komponente
von chemischen Plasmareaktoren und Ionenstrahlanlagen verwendet
werden.
-
Die Gasentladevorrichtung gemäß der Erfindung,
welche als Teil einer Ionenstrahlanlage realisiert ist, wird mit
Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden. Die Anlage
(siehe 1) umfasst eine
Kammer 1 als eine axial symmetrische Quarzglühlampe,
einer HF-Antenne 2, die als HF-Leistungseingangseinheit
dient, ein Ionen-optisches System, das aus einer Emissionselektrode 3, einer
Beschleunigungselektrode 4 und einer ausgangsgeerdeten
Elektrode 5, einem magnetischen System, das aus zwei Magnetspulen 6 zusammengesetzt
ist, einem Gaseinlass 7, Druckdichtungen 8 für elektrische
Anschlüsse
der HF-Antenne 2 und
für Elektroden 3, 4 und 5,
eine Gasdichtung 9 für
den Gaseinlass 7, einem Justierflansch 10 und einem Montageflansch 11 besteht.
-
Die Antenne 2, welche als
HF-Leistungseingangseinheit dient, ist als Leiter von periodischer symmetrischer
Zick-Zack-Form hergestellt, dessen einer Teil auf der peripheren
Wand der Kammer 1 (siehe 1)
platziert ist und dessen anderer Teil auf der Endwand der Kammer 1 (siehe 2) platziert ist.
-
Der Ausgangsendteil der Kammer 1 ist
in der Zone eines abnehmenden Magnetfeldes platziert, das mit der
Hilfe der Magnetspulen 6 (siehe 1) hergestellt wird.
-
Wände
der Kammer 1 sind aus dielektrischem Material hergestellt,
aber nur der Teil der Wände,
der in dem Bereich des Ortes der HF-Antenne 2 positioniert
ist, ist vorzugsweise aus dielektrischem Material hergestellt.
-
Die Größe der Kammer 1 entlang
einer longitudinalen Achse der Symmetrie beträgt ungefähr den Radius der inneren zylindrischen
Oberfläche
der peripheren Wand davon.
-
Jede der Druckdichtungen 8 oder 9 (siehe 3) enthält zwei Polster 12,
die aus einer Fluorid-Schicht hergestellt sind, wobei die Gummi-Fixierunterlegscheibe 13 zwischen
ihnen ist. Die Druckdichtungen sind durch spezielle Fixierbolzen 14,
die axial mit den Polstern 12 ausgerichtet sind, abgedichtet.
-
Der Betrieb der Anlage wird auf die
folgende An und Weise durchgeführt:
-
Das Arbeitsgas Argon wird zu der
Kammer 1 über
den Gaseinlass 7 zugeführt.
Die magnetischen Spulen 6 erzeugen in der Kammer 1 ein
axial symmetrisches nicht-einheitliches Magnetfeld, wobei die Induktion
in der radialen Richtung in der Achse der Symmetrie der Kammer 1 abnimmt
und in der Längsrichtung
von dem Bereich des Ortes der HF-Leistungseingangseinheit in Richtung
des gegenüberliegenden
Endteils der Kammer 1, wo das Ionen-optische System platziert
ist.
-
Die vorbestimmte Verteilung des Magnetfeldes
in der Kammer 1 kann mit Hilfe von verschiedenen Einrichtungen,
die den Fachleuten bekannt sind, vorgesehen werden.
-
Nach einem Zuführen des Argons zu der Kammer 1 wird
die HF-Leistungseingangseinheit
eingeschaltet, um eine elektrische Komponente des HF-Feldes in dem Entladungsvolumen
anzuregen.
-
Das effektive Zuführen der HF-Leistung zu der
Kammer 1 wird mit der Hilfe der Antenne 2 erreicht,
die als Leiter einer Zick-Zack-Form hergestellt ist, das Ende und
die peripheren Wände
der Kammer in dem Bereich der Wirkung des Magnetfeldes einer gegebenen
Konfiguration umfassend.
-
Unter der Wirkung der elektrischen
Komponente des HF-Feldes wird eine HF-Entladung in Gang gesetzt und Plasma
wird in dem Entladevolumen der Kammer 1 erzeugt.
-
Die Erhöhung der Effizienz des HF-Leistungseingangs
und demzufolge die Erhöhung
der geladenen Partikeldichte und Plasmatemperatur in der genannten
Vorrichtung werden vorgesehen durch Platzieren des Magnetfeldes
in dem Bereich der Erzeugung des HF-Feldes, das durch die Antenne 2 von
spezifischer Konfiguration hergestellt wird.
-
Es ist experimentell herausgefunden
worden, dass die Erhöhung
der Energie und Gaseffizienz der Plasamerzeugung in der Kammer 1 und
von der Ionenquelle als Ganzes im Vergleich mit den am nächsten kommenden
Prototypen nur im Fall erreicht werden kann, wo die HF-Leistungseingangseinheit
in der Form eines Leiters von periodischer symmetrischer Zick-Zack-Form
erreicht werden kann, welcher die Endwand der Kammer 1 in
dem Bereich der maximalen Induktion des Magnetfeldes umfasst, welches
in Richtung der Achse der Symmetrie der Kammer 1 abnimmt.
-
Im Fall der Verwendung von Argon
als Arbeitsgas, wird die Frequenz des erzeugten HF-Feldes innerhalb
des Bereichs von 10 bis 100 MHz gewählt, wobei der Maximalwert
des stationären
Magnetfeldes innerhalb des Bereichs von 0,01 bis 0,1 T ist und der
Wert des Eingangs von HF-Leistungen innerhalb des Bereichs von 20
bis 200 W ist, in Abhängigkeit
von der erforderlichen Plasmadichte und der Dichte von gewonnenem
Ionenstrom.
-
Gewinnung und Bildung eines Ionenstrahls in
der in Betracht gezogenen Modifikation der Ionenquelle wird ausgeführt mit
der Hilfe eines Ionen-optischen Systems, welches aus drei Elektroden
besteht und auf dem "Beschleunigungs-Verzögerungs-Prinzip" basiert.
-
Zwischen dem erzeugten Gasentladungsplasma
(wessen Potential durch die Emissionselektrode 3 eingestellt
wird) und Beschleunigen der Elektrode 4 und geerdeter Elektrode 5 wird
ein elektrisches Feld erzeugt, um einen Ionenstrahl mit einer gegebenen
Ionenstromdichte (0,2 bis 2 mA/cm2) zu gewinnen
und zu bilden.
-
Um die Gasentladevorrichtung aus
der Vakuumkammer unabhängig
von anderen Elementen der Ionenquellenkonstruktion zu entfernen,
ist die Kammer 1 auf einem abnehmbaren Montageflansch 11 fixiert.
Das magnetische und Ionenoptische System sind auf dem Montageflansch 10 der
Vakuumkammer montiert.
-
Die abnehmbaren Druckdichtungen 8 für elektrische
Anschlüsse
der HF-Leistungseingangseinheit
und die Druckdichtung 9 für den Gaseinlass 7 sind
in dem Montageflansch 11 montiert.
-
Ein Auseinandernehmen der Kammer 1 wird erreicht
durch Abnehmen des Montageflansches 11 von dem Justierflansch 10 der
Vakuumkammer 1 mit der Hilfe der Steckverbindung (nicht
in der Zeichnung gezeigt).
-
Ein Abnehmen der Kammer 1 von
dem Montageflansch 11 wird ausgeführt nach dem Entfernen der
abnehmbaren Druckdichtungen 8 und 9. Um dies zu
tun, wird der Fixierbolzen 14 abgeschraubt und das externe
geschichtete Fluorid-Polster 14, die Gummifixierunterlegscheibe 13 und
das innere geschichtete Fluorid-Polster 12 werden aus einer
Apertur in dem Montageflansch 11 zurückgezogen. Nach einem Auseinandernehmen
aller Druckdichtungen werden die elektrischen Anschlüsse der
HF-Antenne 2 und des Gaseinlasses 7 von dem Montageflansch 11 getrennt.
-
Die oben beschriebene Ausführungsform und
Anordnung der Antenne 2 (HF-Leistungseingangseinheit) auf der Kammer 1 und
die Verwendung des magnetischen Systems 6, das eingestellt
ist zur Erzeugung eines stationären
nichteinheitlichen magnetischen Feldes eines gewünschten Gradienten in der Nähe des Bereichs
des Ortes der Antenne 2 erlauben es, dass die HF-Leistung
effektiv zum erzeugten magnetisch aktiven Plasma zugeführt wird,
dass die Energieeffizienz über
den Wert der Leistung, die zur Erzeugung des Ionenstrahls mit dem
Strom von 1A konsumiert wurde, abgeschätzt werden kann.
-
Für
die in Betracht gezogene Ausführungsform
der Erfindung als Komponente der Ionenquelle überschreitet der erreichte
Wert des spezifischen Energieverbrauchs nicht 450 W/A, an der gewonnen
Ionenstrahlstromdichte, rangierend zwischen 0,2 und 2 mA/cm2.
-
Somit erlaubt die Gasentladevorrichtung, dass
die Effizienz der Plasmaerzeugung, die für diesen Typ von Vorrichtungen
durch die Energie- und Gaseffizienz innerhalb des gegebenen Bereichs
der Betriebsparameter charakterisiert ist, erhöht wird.
-
In Übereinstimmung mit der Erfindung
kann die Gasentladevorrichtung in verarbeitenden Ionenstrahlanlagen
verwendet werden, die zur Herstellung von mikroelektronischen oder
optischen Vorrichtungen konstruiert sind und in chemischen Plasmareaktoren
verwendet werden.