FR2478870A1

FR2478870A1 - Source d'ions a decharge en micro-ondes

Info

Publication number: FR2478870A1
Application number: FR8105390A
Authority: FR
Inventors: Hidemi Koike; Noriyuki Sakudo; Katsumi Tokiguchi; Ichiro Kanomata
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1981-03-18
Publication date: 1981-09-25
Also published as: JPS5947421B2; FR2478870B1; JPS56132754A; DE3111305A1; DE3111305C2; US4409520A; NL8101360A; GB2072940B; GB2072940A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE SOURCE D'IONS A DECHARGE EN MICRO-ONDES. CETTE SOURCE D'IONS COMPORTE UN GENERATEUR 1 DE MICRO-ONDES, UNE CHAMBRE DE DECHARGE 5 COMPORTANT DES ELECTRODES ANGULEUSES 7 ET UN GUIDE D'ONDES 2, 4 RACCORDANT LE GENERATEUR DE MICRO-ONDES A LA CHAMBRE DE DECHARGE ET QUI EST CONSTITUE PAR UN GUIDE D'ONDES 2 NE COMPORTANT AUCUNE ELECTRODE ANGULEUSE ET UN GUIDE D'ONDES 4 COMPORTANT DES ELECTRODES ANGULEUSES; L'APPAREIL COMPORTE EN OUTRE UNE PLAQUE DIELECTRIQUE 16 REALISANT L'ETANCHEITE AU VIDE ET DISPOSEE DANS UNE POSITION INTERMEDIAIRE OU A UNE EXTREMITE DU GUIDE D'ONDES 2 NE COMPORTANT AUCUNE ELECTRODE ANGULEUSE ET EN OUTRE L'ESPACE A L'INTERIEUR DU GUIDE D'ONDES 4, S'ETENDANT ENTRE LA PLAQUE 16 ET LA CHAMBRE DE DECHARGE 5, EST REMPLI PAR UN DIELECTRIQUE 18. APPLICATION NOTAMMENT AUX SOURCES D'IONS A DECHARGE EN MICRO-ONDES UTILISES COMME DISPOSITIFS D'IMPLANTATION D'IONS POUR LA FABRICATION DE PASTILLES SEMI-CONDUCTRICES.

Description

i La présente invention concerne une source d'ions et plus

particulièrement des perfectionnements à une source d'ions à décharge en micro-ondes, qui est appropriée par

exemple pour etre utilisée en tant que source d'implanta-

tion d'ions destinée a implanter des ions dans dans une pas-

tille ou puce semiconductrice.

Une source d'ions à décharge en micro-ondes a pour caractéristiques importantes le fait que sa durée de vie est élevée et qu'elle peut fournir des faisceaux d'ions possédant des courants intenses. C'est pourquoi elle est

utilisée en tant que source d'ions pour un dispositif d'im-

plantation d 'ions. La source d 'ions à décharge en micro-

ondes est décrite de façon détaillée dans le brevet déposé

aux Etats-Unis d'Amérique sous le No. 4.058.748.

La figure 1, qui est annexée à la présente descrip-

tion, représente la constitution de principe d'une source d'ions à décharge en micro-ondes de l'art antérieur. En se

référant à cette figure, on voit que les micro-ondes, produi-

tes par un générateur de micro-ondes 1, se propagent à tra-

vers un guide d'ondes rectangulaire 2 et sont introduites à l'intérieur d'une chambre de décharge 5 par l'intermédiaire d'un guide d'ondes rentangulaire 4 portant des électrodes anguleuses 3. La chambre de décharge 5 est rendue étanche au vide du côte du guide d'ondes rectangulaire 4 au moyen

d'une plaque diélectrique 6 réalisant une étanchéité au vide.

La chambre de décharge 5 se compose d'électrodes anguleuses

7, d'un espace de décharge 8 menagé entre les électrodes an-

guleuses 7, un conduit (non représenté) permettant l'intro-

duction d'un gaz devant être ionisó-e et un diélectrique (non representé) inséré dans l'espace situé en dehors de l'espace de décharge 8. Les microondes introduites 3, l'intérieur de

la chambre de décharge 5 produisent un champ électrique in-

tense de micro-ondes entre les électrodes anguleuses 7. En outre un champ magnétique intense est appliqué à la chambre de décharge 5 dans une direction (la direction axiale sur la figure 1) coupant orthogonalement le champ électrique des micro-ondes produit entre les électrodes anguleuses 7. Afin de produire ce champ magnétique, un solénoïde 9 est disposé sur le pourtour extérieur de la chambre de décharge 5. Le gaz échantillon devant être ionisé est.introduit dans l'espace de décharge 8 par l'intermédiaire du conduit (non

représenté) d'adduction du gaz, et un plasma de haute densi-

té est produit dans l'espace de décharge 8 par suite de l'interaction entre le champ électrique des micro-ondes et

le champ magnétique établi à l'intérieur de l'espace de dé-

charge 8. Un faisceau d'ions 10 est extrait du plasma à

haute densité, ainsi produit, par les électrodes 11 d'extrac-

tion des ions.

Le faisceau d'ions extrait 10 irradie un échantillon constitué par exemple par un semiconducteur. Un système 15 de production du vide maintient le vide dans une chambre

à vide 14.

Comme cela a été indiqué précédemment, dans le dispo-

sitif formé par la source d'ions à décharge en micro-ondes de l'art antérieur, la plaque diélectrique 6 réalisant l'étanchéité au vide, à travers laquelle les micro-ondes se

propagent et qui agit également en tant que système d'étan-

chéité au vide pour la chambre de décharge 5, est disposée

encre la chambre de décharge 5 et le guide d'ondes rectangu-

laire 4 qui comporte les électrodes anguleuses 3. La plaque diélectrique 6 réalisant l'étanchéité au vide possède les

deux fonctions décrites ci-dessus, dont l'une est de permet-

tre la propagation des micro-ondes à travers le guide d'ondes rectangulaire 4 comportant les électrodes anguleuses 3, en direction de la chambre de décharge 5 sans réflexion, et dont l'autre est de maintenir un vide à l'intérieur de la chambre de décharge 5. Afin de remplir la première fonction, la forme en coupe transversale de la plaque diélectrique 6 réalisant l'étanchéité au vide doit être obligatoirement similaire soit à la forme en coupe de la partie du guide

d'ondes rentangulaire 4 comportant les électrodes anguleu-

ses 3 et qui est en contact avec la plaque diélectrique 6 réalisant l'étanchéité au vide, comme représenté sur la figure 2A (coupe a-a sur la figure 1), soit à la forme en coupe transversale de la chambre de décharge 5 située en contact avec la plaque diélectrique 6 réalisant l'étanchéité au vide, comme représenté sur la figure 2B (coupe b-b sur

la figure 1). C'est-à-dire que la plaque diélectrique 6 réa-

lisant l'étanchéité au vide doit avoir une forme en coupe

transversale correspondant à celle d'une plaque rectangulai-

re qui comporte des parties métalliques correspondant aux

parties anguleuses 3 du guide d'ondes rectangulaire 4 compor-

tant les électrodes anguleuses, représentées sur la figure 2A, et dans lesquelles une partie correspondant à l'espace restant 12 est remplie par un diélectrique, ou bien doit avoir la forme en coupe transversale correspondant à celle d'une plaque circulaire 6' telle que représentée sur la

figure 3A et qui comporte des parties métalliques 7' corres-

pondant aux électrodes anguleuses 7 de la chambre de déchar-

ge 5 représentée sur la figure 2B, et dans laquelle une par-

tie 13' correspondant à l'espace restant 13 est remplie par un diélectrique. Afin de satisfaire à la seconde fonction, un diélectrique possédant une excellente caractéristique à hautes fréquences et étant non poreux, comme par exemple une

céramique à base de forstérite ou bien une céramique alumi-

neuse, est le matériau le plus approprié en tant que maté-

riau diélectrique pour remplir la partie 13' correspondant

à l'espace précité 13. Cependant ces matériaux sont des di-

électriques frittés et sont tout à fait inaptes à être mou-

lés de façon mécanique. En outre, dans le cas o une plaque

possédant une forme complexe avec des coins comme par exem-

ple la forme en coupe de la partie diélectrique 13' repré-

sentée à titre d'exemple sur la figure 3A, est fabriquée avec

le matériau diélectrique indiqué précédemment, et ce en uti-

lisant une opération de frittage, la précision de finition

de la pièce diélectrique 13' est d'un niveau très inférieur.

Afin d'accroître même légèrement la précision de finition, il faut effectuer de façon répétée le frittage en utilisant

une matrice de remodelage. Afin de pouvoir obtenir la secon-

de fonction avec la plaque diélectrique 6 réalisant l'étan-

chéité au vide ou bien pour mettre en oeuvre l'étanchéité au

vide en utilisant la plaque circulaire 6' d'une telle struc-

ture formée de l'ensemble composite constitué par les pièces

métalliques 7' et la pièce diélectrique 13', il est néces-

saire de réaliser une métallisation et un soudage sur la pièce diélectrique 13', avec usinage simultané des pièces métalliques 7' et de la pièce diélectrique 13', etc., de sorte que le coût de la pièce circulaire 6' est élevé. En vue de résoudre ces problèmes, il a été fabriqué une plaque diélectrique 6" réalisant une étanchéité au vide, du type

représenté à titre d'exemple sur la figure 3B et dans la-

quelle une piède diélectrique 13" possède une forme corres-

pondant sensiblement à la forme représentée sur la figure

3A. On a réalisé par moulage des pièces circulaires 7" cor-

respondant aux pièces 7' formées par les électrodes anguleu-

ses, en introduisant simplement des disques qui ont été fabriqués séparément en cuivre par usinage. L'action d'étanchéité au vide a été obtenue au moyen de deux joints

toriques d'un diamètre légèrement supérieur à celui des piè-

ces circulaires 7" et par un joint torique d'un diamètre légèrement inférieur à celui de la plaque diélectrique 6" réalisant l'étanchéité au vide. On a obtenu un bon résultat en ce qui concerne l'étanchéité au vide, tandis que l'on a obtenu une réflexion des micro-ondes à partir de la plaque diélectrique 6" réalisant l'étanchéité au vide. Ceci est

imputable à la variation de forme et au désaccord de l'impé-

dance dus au fait que les pièces 7' constituant les électro-

des anguleuses de la figure 3A ont été remplacées par les

pièces circulaires 7" du type représenté sur la figure 3B.

En ce-qui concerne ce problème de la désadaptation d'impé-

dance, étant donné que la forme en coupe transversale de la plaque diélectrique 6" réalisant l'étanchéité au vide est

complexe comme cela est représenté sur la figure 3B, le cal-

cul de l'impédance est très difficile. De façon correspon-

dante, dans le cas d'une telle forme en coupe transversale,

il est en effet impossible de réaliser l'adaptation de l'im-

pédance dans la plaque diélectrique 6" réalisant 1'étanché-

té au vide. C'est pourquoi il est apparu des problèmes tels que la réflexion des micro-ondes par la plaque diélectrique 6" réalisant l'étanchéité au vide, la perte du signal de sortie du générateur de microondes 1, accrue par suite de la réflexion, ainsi que le Jait que, lorsqu'un générateur de micro-ondes 1 de puissance élevée était utilisé afin de

combler les pertes de sortie, il se produisait des étin-

celles anormaes au voisinage de la plaque diélectrique 6"

réalisant 1 é4tanchéité su vide.

C'est pourquoi un objet de la présente invention est de fournir une source d'ions à décharge en micro-ondes possédant une plaque d'étanchéité réalisant une étanchéité au vide et qui possède une forme en coupe transversale très

simple et ne provoque quasiment aucune réflexion.

Afin d'atteindre cet objectif et conformément à la

présente invention, une source d'ions à décharge en micro-

ondes comporte un dispositif destiné à produire des micro-

ondes, une chambre de décharge comportant des électrodes anguleuses destinees à introduire les micro-ondes produites par le dispositif gênérateur de micro-ondes et établissant un champ électrique de microondes dans cette chambre, et à

l'intërieur de laquelle est maintenu un vide, un guide d'on-

des dispose entre le dispositif générateur de micro-ondes et ladite chambre de dccharge et qui se compose d'une première section ne comportant aucune électrode anguleuse et servant

de guide aux micro-ondes produites par le dispositif généra-

teur de micro-ondes en direction de la chambre de décharge sans les réfléchir, et d'une seconde section possédant des électrodes anguleuses, une plaque diélectrique réalisant

une étanchéité au vide et qui est disposée dans ladite pre-

mieière section du guide d'ondes de manière à maintenir l'état de vide dans la chambre de décharge et également à propager les micro-ondes sans les réfléchir, et un matériau

isolant de remplissage, qui est placé dans un espace à l'in-

rieur dudit guide d'ondes, entre la plaque diélectrique réa-

lisant l'étanchéité au vide et la chambre de décharge afin

d'empêcher toute décharge à l'extérieur de cette dernière.

Conformément à une telle structure suivant l'inven- tion, la plaque diélectrique réalisant l'étanchéité au vide peut être disposée au niveau d'une extrémité ou au niveau d'une position intermédiaire du guide d'ondes ne comportant aucune électrode anguleuse, et par conséquent, sa coupe transversale reçoit une forme très simple. Il en résulte

que le calcul de l'impédance de la plaque diélectrique réa-

lisant l'étanchéité au vide devient commode et que l'on peut fabriquer la plaque diélectrique réalisant l'étanchéité au vide avec des géométries ne provoquant quasiment aucune

réflexion.

En outre étant donné que la coupe transversale de la plaque diélectrique réalisant l'étanchéité au vide est d'une

forme très simple, cette plaque diélectrique peut être mou-

lée avec la forme désirée d'une manière extrêmement simple et peu onéreuse, même en utilisant un diélectrique du type céramique, à base de forstérite ou de la céramique du mineuse, dont le moulage est difficile pour l'obtention d'une

forme complexe.

A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré

schématiquement aux dessins annexés plusieurs formes de réa-

lisation de l'objet de l'invention.

La figure 1, dont il a déjà été fait mention, repré-

sente une vue de la structure fondamentale d'une source

d'ions à décharge en micro-ondes de l'art antérieur.

Les figures 2A et 2B, dont il a été fait mention, représentent des coupes a-a et b-b du dispositif de la

figure 1.

Les figures 3A et 3B, dont il a déjà été fait men-

tion, représentent des.vues en coupe de plaques diélectri-

ques, réalisant une étanchéité au vide, du dispositif de la

figure 1.

La figure 4 est une vue de la structure fondamentale d'une source d'ions à décharge en micro-ondes conforme à la

présente invention. -

La figure 5 est une vue d'une coupe c-c du disposi-

tif de la figure 4.

La figure 6 est une vue d'une autre forme de-réali-

sation concrète de la source d'ions à décharge en micro-

ondes conforme à la présente invention.

Les figures 7A à 7E représentent des vues de coupes

A-A à E-E de la figure 6.-

La figure 8 représente une vue d'une autre forme de réalisation concrète de la source d'ions à décharge en

micro-ondes conforme à l'invention.

La figure 9 représente une coupe F-F du dispositif

de la figure 8.

La figure 10 est une vue d'une autre forme de réali-

sation concrète de la source d'ions à décharge en micro-

ondes conforme à l'invention.

Les figures liA à IlD représentent des vues de

coupes 0-0 à R-R du dispositif de la figure 10.

La figure 4 représente la structure fondamentale d'une source d'ions à décharge en micro-ondes conforme à l'invention. La différence essentielle entre la structure

de la source d'ions à décharge en micro-ondes selon l'inven-

tion, représentée sur la figure 4 et celle de l'art anté-

rieur représentée sur la figure 1, réside dans la position de la plaque diélectrique 6 (16) réalisant l'étanchéité au

vide, comme cela apparaît en comparant les figures 1 et 4.-

D'une manière plus spécifique, dans la structure de l'art

antérieur représentéé sur la figure 1, la plaque diélectri-

que 6 réalisant l'étanchéité au vide est installée entre le

guide d'ondes rectangulaire comportant les électrodes angu-

leuses 3 et la chambre de décharge 5. Au contraire, dans la structure conforme à la présente invention et illustrée sur

la figure 4, la plaque diélectrique 16 réalisant une étan-

ch6ité au vide est installée entre le côté du guide d'ondes rectangulaire 4, qui comporte les électrodes anguleuses 3,

et une extrémité du guide d'ondes rectangulaire 2 ne compor-

tant aucune électrode anguleuse. La plaque diélectrique 16 réalisant l'étanchéité au vide peut être disposée dans une section intermédiaire du guide d'ondes rectangulaire 2 ne comportant aucune électrode anguleuse. Si, de cette manière., la plaque diélectrique 16 réalisant l'étanchéité au vide est disposée au niveau de l'extrémité ou dans une position

intermédiaire du guide d'ondes rectangulaire 2 ne compor-

tant aucune électrode anguleuse, la forme en coupe transver-

sale (coupe c-c sur la figure 4) de la plaque diélectrique

17 est rectangulaire, comme cela est représenté sur la figu-

re 5. Une telle plaque diélectrique rectangulaire 17 peut être réalisée simplement par moulage même avec le matériau

diélectrique comme une céramique à base de forstérite etune cérami-

que alumineuse, qui sont difficiles à mouler sous une forme complexe. En outre, étant donné que la plaque diélectrique

16 réalisant l'étanchéité au vide est constituée par une col-

lerette marginale 20 et par la plaque diélectrique rectangu-

laire 17, son impédance peut être calculée de façon simple et par conséquent on peut calculer aisément les dimensions nécessaires pour réaliser l'adaptation. Avec la structure selon la présente intention et telle que représentée sur la figure 4, l'espace de décharge 8 n'est pas continu entre les électrodes anguleuses 7, mais est étendu essentiellement à l'espace compris entre les électrodes anguleuses 3 du guide

d'ondes rectangulaire 4, qui comporte ces électrodes angu-

leuses. Afin de limiter l'espace de décharge 8 à l'espace compris entre les électrodes anguleuses 7, on remplit par conséquent l'ensemble de l'espace de décharge 8, hormis la partie de ce dernier située entre les électrodes anguleuses 7, avec un matériau de remplissage 18 qui est constitué par

un matériau diélectrique tel que du nitrure de bore fritté.

Le fonctionnement fondamental de la source d'ions à décharge

en micro-ondes conforme à la présente invention, ainsi cons-

tituée, est le suivant: comme cela a été explicité en liai-

son avec la source d'ions à décharge en micro-ondes de l'art

antérieur, représentée sur la figure 1, les micro-ondes pro-

duites par le générateur de micro-ondes i1 se propagent dans

le guide d'ondes rectangulaire 2 ne comportant aucune élec-

trode anguleuse et atteignent la plaque diélectrique 16 réalisant!'étancheité au vide et disposée à l'extrémité du guide d'ondes rectangulaire 2 ne comportant aucune électrode anguleuse.o Les microondes atteignant la plaque diélectrique 16 adaptée rê-alisant!1étanchéité au vide, se propagent à iravers cette dernière sans y subir de réflexions notables,

en etant transnmises au guide d'ondes rectangulaire 4 co.mpor-

tant les électrodes anguleuses 3. Ensuite les micro-ondes se propagent à travers ce guide d'ondes rectangulaire 4, dont l'ensemble de l'espace, qui le délimite, est rempli par le matériau de remjplissage 18 et qui comporte les électrodes anguleuses 3 possedant une certaine inclinaison de manière à ne pas provoquer de réflexions, à la suite de quoi les micros-ondes sont envoyées a la chambre de décharge 5 qui comporte les électrodes anguleuses 7. La chambre de décharge 5 est rendue étanche au vide par rapport au guide d'ondes rectcangulare 2 ne comportant aucune électrode anguleuse, au moyen de la plaque diélectrique 16 réalisant l'étanchéité

au vide. La structure de la charbre de décharge 5 et le pro-

cessus de production d'un plasma dans cette dernière sont tout à fait identiques à ceux explicités en liaison avec la source d'ions à dêcharge en micro-ondes de l'art antérieur,

représentés sur la figure!.

Même dans le cas o le Guide d'ondes rectangulaire re conmportant aucune électrode anguleuse et le guide d'ondes rectangulaire 4 comportant les électrodes anguleuses 3 sont remplacés respectivement par un guide d'ondes circulaire ne comlortant aucune électrode anguleuse et par un guide di ndes circulaire comportant des électrodes anguleuses, on

peut réaliser la source d'ions à décharge en micro-ondes con-

formément à la présente invention. Dans ce cas naturellement, la forme en coupe transversale d'une plaque diélectrique,

qui agit également en tant que plaque diélectrique 16 réali-

sant une étanchéité au vide, devient circulaire.

Etant donné que, de cette manière, la plaque diélec-

trique 16 réalisant l'étanchéité au vide est disposée dans une position intermédiaire ou bien au niveau d'une extrémité du guide d'ondes rectangulaire ou circulaire 2 ne comportant

aucune électrode anguleuse, on peut donner à sa coupe trans-

versale une forme simple. En outre, en raison de la simpli-

cité de la forme, on peut calculer de façon précise l'impé-

dance dans le cas o la source d'ions est considérée comme un circuit à micro-ondes, et l'on peut réaliser un circuit extrêmement efficace à micro-ondes, ne présentant presque

aucune réflexion.

A titre d'exemple, dans le cas o, lors de la propa-

gation de micro-ondes à 2,45 GHz provenant du guide d'ondes rectangulaire 2 ne comportant aucune électrode anguleuse

vers le guide d'ondes rectangulaire 4 comportant les élec-.

trodes anguleuses 3, les dimensions de l'entrée du guide d'ondes rectangulaire 4 comportant les électrodes anguleuses 3 sont a = 75 mm et b = 26 mm, avec du nitrure de bore (sr = 4) utilisé en tant que matériau de remplissage 18, l'impédance caractéristique Z, calculée selon l'expression indiquée ci-après, prend pour valeur Z = 71, 6 Q. Z = 120 - 1 g. b À a r dans laquelle Z: impédance caractéristique (M) ÀA: longueur d'onde dans le guide d'ondes (mm) A: longueur d'onde dans l'espace libre (mm) Er: constante diélectrique relative a, b: valeurs de la longueur et de la largeur du guide

d'ondes rectangulaire (mm).

Lorsque les dimensions de la plaque diélectrique 16 réalisant l'étanchéité au vide sont a = 88 mm et b = 40 mm et que le matériau diélectrique constituant cette plaque il

est une céramique telle que la forstérite ( = 6,2), l'im-

pédance caractéristique de cette plaque diélectrique 16 de-

vient égale à Z = 71,7 a, de sorte que les impédances peu-

vent être adaptées de façon très précise. En outre lorsque l'épaisseur de la plaque diélectrique 16 réalisant l'étan- chéité au vide est réglée sur des multiples impairs de X /4 (dans le cas de l'exemple ci-dessus, Xg = 51,2 mm et par conséquent l'épaisseur est égale à 12,8 mm), on peut

même supprimer une légère réflexion des micro-ondes imputa-

ble à la différence entre les dimensions des guides d'ondes

rectangulaires en amont et en aval de la plaque diélectri-

que 16. Dans l'exemple ci-dessus, à la fois la longueur et

la largeur sont plus importantes dans la plaque diélectri-

que 16 réalisant l'étanchéité au vide que dans le guide d'ondes rectangulaire 4 comportant les électrodes anguleuses

3, et par conséquent, l'étanchéité au vide peut être réali-

sée à l'aide de joints toriques-ou analogues, en utilisant

la partie correspondant au surdimensionnement.

Afin de faciliter mieux encore la compréhension de

la source d'ions à décharge en micro-ondes conforme à la pré-

sente invention, telle que décrite ci-dessus, on va en men-

tionner ci-après plusieurs réalisations concrètes.

Forme de réalisation 1

La figure 6 représente la première forme de réalisa-

tion de la source d'ions à décharge en micro-ondes conforme à la présente invention, dont la structure fondamentale est identique à celle de la structure représentée sur la figure 4, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un exemple de réalisation concrète dans laquelle la plaque diélectrique 16 réalisant l'étanchéité au vide est disposée à l'extrémité du guide

d'ondes rectangulaire 19 ne comportant aucune électrode angu-

leuse. Sur la figure, la référence 1 désigne un magnétron qui produit une micro-onde de 840 W à 2,45 GHz. La référence 2 désigne un guide d'ondes rectangulaire réalisé en cuivre ne Comportant aucune électrode anguleuse et dont la coupe horizontale A-A est représentée sur la figure 7A. Les

valeurs de la longueur et de la largeur de la section trans-

versale du guide d'ondes rectangulaire 2 ne comportant aucu-

ne électrode anguleuse sont 109,2 mm x 54,6 mm, et l'impé-

dance caractéristique ZA du guide d'ondes rectangulaire est égale à environ 228 2. La référence 19 désigne le guide

d'ondes rectangulaire constitué en acier inoxydable et per-

mettant l'adaptation de l'impédance et dont la coupe horizon-

tale B-B est représentée sur la figure 7B. Les valeurs de la longueur et de la largeur de la section transversale du guide d'ondes rectangulaire 19, servant à l'adaptation de l'impédance, ne comportant aucune électrode anguleuse, sont, 109,2 mm x 30,6 mm, et l'impédance caractéristique ZB du guide d'ondes rectangulaire est égale à environ 128 Q. La longueur du guide d'ondes rectangulaire 19 est de 111 mm et est égale à un multiple impair de ?9/4 (dans ce cas g=

148 mm et la longueur est égale au triple de X /4). La réfé-

rence 16 désigne la plaque diélectrique réalisant l'étan-

chéité au vide, dont la section transversale horizontale C-C est représentée sur la figure 7C. La plaque diélectrique 16 réalisant l'étanchéité au vide est constituée par une plaque

diélectrique 17 de céramique à base de forstérite (2MgO.

SiO2), dont la constante diélectrique relative est égale à

environ 6,2. La longueur et la largeur de la plaque diélec-

trique 17 sont 88 mm x 40 mm et l'impédance caractéristique

ZCde cette plaque est égale à environ 72 Q. La plaque di-

électrique 16 réalisant l'étanchéité au vide est montée sur une collerette 20. La référence 4 désigne un guide d'ondes rectangulaire comportant des électrodes anguleuses 3 et qui

est réalisé en acier inoxydable et dont la coupe transversa-

le horizontale D-D est représentée sur la figure 7D. Les valeurs de la longueur et de la largeur de l'entrée du guide d'ondes rectangulaire 4 comportant les électrodes anguleuses 3 sont 75 mm x 26 mm, et l'impédance caractéristique Z D de cette entrée dans le cas de l'utilisation de nitrure de bore fritté possédant une constante diélectrique relative d'environ.4 en tant que matériau de remplissage 18, est égale

à environ 72 ?. Ainsi le guide d'ondes rectangulaire 4 com-

* portant les électrodes anguleuses 3 et la plaque diélectri-

que 16 réalisant P'tanchéité au vide sont adaptés de façon parfa te Entre le guide d'ondes rectangulaire 2 ne possédant aucune électrode anguleuse et la plaque diélectri- que 16 réalisant l'étanchéité à vide, on a la relation ZB = AxZC * 128 Q, qui est maintenue par le guide d'ondes recangulaire 19 d:adaptation ne comportant aucune électrode anguleuse, et par ccnséquent le guide d'ondes 2 et la plaque 16 son- parfaitemeint adaptés, do il résulte qu'il ne se produit aucuna réflexion des micro- ondes. La référence 5 désigne uDe chambre de décharge dont la section transversale horizontale E-E est représentée sur la figure 7E. La chambre de décharge 5 comprend des électrodes anguleuses 7 réalisées en acier inoxydable, un espace de décharge 8 ménagé entre les électrodes anguleuses 7, un matériau de remplissage 21 constitué par du nitrure de bore fritté et qui est inséré dans un espace situé en dehors de l'espace de décharge 8, un conduit 23 servant à introduire un gaz devant être ionisé à l'intrieur de l'espace de décharge 8, et un appareil 22 de vaporisation de matériaux solides qui sert à envoyer dans l'espace de décharge 8 des vapeurs de substances devant être ionisées. Dans le cas de l'utilisation de la source

d'ions à décharge en micro-ondes pour un dispositif d'implan-

tation d'ions, les échantillons gazeux devant être ionisés

sont constitués par du P3, BF3'v etco., tandis que les échan-

tillons solides devant être ionisés sont du Sb, As, P, etc. L'appareil 22 de vaporisation de matériaux sous vide compor-

te un noyau 27 constitué par un corps 24 en nitrure de bore

fritté, et possède un dispositif de chauffage 25 en tungs-

tène enroulé autour du pourtour extérieur du corps 24, En outre une plaque 26 de protection thermique, constitute par du Ta ou du Mo, est disposée de manière à entourer plusieurs

fois l'extérieur du dispositif de chauffage 25 afin d'amé-

liorer le rendement thermique de l'appareil 22 de vaporisa-

tion de matériaux solides.

Les références lia, Ilb et llc représentent des électrodes d'extraction et, de façon typique, des tensions de +40 kV, -2 kV et O kV sont appliquées respectivement à

ces électrodes. La référence 28 désigne un isolant consti-

tué par une céramique alumineuse ou analogue. Les chiffres

de référence 29 et 30 désignent des joints toriques permet-

tant de réaliser l'étanchéité au vide. Bien que ceci ne soit pas représenté, un solénoïde destiné à établir un champ magnétique dans l'espace de décharge 8 est disposé à

l'extérieur de l'isolant. En outre le guide d'ondes rectan-

gulaire 19 d'adaptation ne comportant aucune électrode angu-

leuse peut être supprimé dans le cas o l'on choisit de façon correcte les dimensions du guide d'ondes rectangulaire 2 ne comportant aucune électrode anguleuse, les dimensions de l'entrée et le type du matériau de remplissage du guide d'ondes rectangulaire 4 comportant des électrodes anguleuses 3, ainsi que les dimensions et le matériau de la plaque

diélectrique 17 et de la plaque diélectrique 16 réalisant-

l'étanchéité au vide.

Outre les caractéristiques indiquées précédemment, la présente forme de réalisation présente comme avantages le fait que, étant donné que la distance entre la chambre de

décharge 5 et la plaque diélectrique 16 réalisant l'étan-

chéité au vide, peut être importante, il devient possible d'installer l'appareil 22 de vaporisation de matériaux

solides, et le fait que, étant donné que les distances en-

tre l'appareil 22 de vaporisation de matériaux solides et les joints toriques 29 et 30 indiqués ci-dessus peuvent être importantes, la chaleur produite par l'appareil 22 de vaporisation de matériaux solides exerce une action moins

nuisible sur les joints toriques 29 et 30.

Forme de réalisation 2

La figure 8 représente la seconde forme de réalisa-

tion de la source d'ions de décharge en micro-ondes conforme à la présente invention, et la constitution fondamentale de cette source d'ions est telle que la plaque diélectrique 16

24788?O

réalisant l'étanchéité au vide est disposée entre un guide

d'ondes rectangulaire 19 ne comportant aucune électrode an-

guleuse et un guide d'ondes rectangulaire 31 ne comportant, de façon similaire, aucune électrode anguleuse. Sur la figure, la référence 19 désigne le guide d'ondes rectangu-

laire permettant l'adaptation de l'impédance et ne compor-

tant aucune électrode anguleuse, et la référence 16 désigne la plaque diélectrique réalisant l'étanchéité au vide. Leurs coupestransversales horizontales B-B et C-C sont identiques

à celles représentées sur les figures 7B et 7C respective-

ment et la longueur et la largeur et les impédances carac-

téristiques sont identiques à celles indiquées pour l'exem-

ple de réalisation No. 1. Par conséquent l'impédance carac-

téristique ZC de la plaque diélectrique 16 réalisant l'étanchéité au vide prend approximativement la valeur de 72 a. La référence 31 désigne un guide d'ondes rectangulaire

réalisé en cuivre et ne comportant aucune électrode angu-

leuse et dont la coupe transversale horizontale F-F est re-

présentée sur la figure 9. La longueur et la largeur de la

coupe transversale du guide d'ondes rectangulaire 31 ne com-

portant aucune électrode anguleuse sont 75 mm x 26 mm et la valeur caractéristique ZF dans le cas de l'utilisation de nitrure de bore fritté possédant une constante diélectrique

relative égale environ à 4 en tant que matériau de remplis-

sage 18, est égale à environ 72 DP. Comme cela a été indiqué pour la forme de réalisation No. 1, la référence 4 désigne un guide d'ondes rectangulaire possédant des électrodes anguleuses 3 et dont l'impédance caractéristique ZD d'entrée est égale à environ 72 a. Par conséquent on peut donner des valeurs égales aux impédances caractéristiques respectives ZC' ZF et ZD (aux entrées) de la plaque diélectrique 16

réalisant l'étanchéité au vide, du guide d'ondes rectangu-

laire 31 ne comportant aucune électrode anguleuse et du guide d'ondes rectangulaire 4 comportant des électrodes anguleuses 3, de telle manière qu'il ne se produit aucune réflexion des micro-ondes. Les références 32 et 33

désignent des cavités de refroidissement. Comme cela est re-

présenté sur la figure 9, la cavité de refroidissement 32

entoure le guide d'ondes rectangulaire 31 ne comportant au-

cune électrode anguleuse. Un fluide de refroidissement (eau, air, fréon ou analogue) est introduit par une entrée 34, circule dans la cavité de refroidissement 32 et ressort au niveau d'une sortie 35. Ceci sert à empêcher qu'un joint torique 29 ne soit altéré par la chaleur produite lorsque

l'appareil 22 de vaporisation de matériaux solides fonc-

tionne. C'est pour la même raison qu'une collerette 36 est munie du trou de refroidissement 33 de manière à protéger

un joint torique 30 de l'action de la chaleur.

A côté des caractéristiques décrites précédemment,

la présente forme de réalisation présente l'avantage consis-

tant en ce que, étant donné que l'on peut donner une valeur importante à la distance entre l'appareil 22 de vaporisation de matériaux solides et la plaque diélectrique 16 réalisant

une étanchéité au vide et qu'en outre ces composants peu-

vent être découplés thermiquement au moyen du fluide de refroidissement, le joint torique 29, etc., peuvent être

protégés de façon fiable vis-à-vis de la chaleur.

Forme de réalisation 3

La figure 10 représente la troisième forme de réa-

lisation de la source d'ions à décharge en micro-ondes con-

forme à l'invention. Cette forme de réalisation possède la même structure fondamentale que celle représentée sur la

figure 4 et il s'agit là d'un exemple concret qui est réali-

sé en remplaçant le guide d'ondes rectangulaire de la forme de réalisation No. 1 par un guide d'ondes circulaire. Sur la

figure 10, la référence 19" désigne le guide d'ondes circu-

laire réalisé en cuivre et ne comportant aucune électrode anguleuse et dont la coupe transversale horizontale 0-0 est représentée sur la figure liA. La référence 16' désigne une plaque diélectrique réalisant l'étanchéité au vide et dont la coupe transversale horizontale P-P est représentée sur la figure 11B. La plaque diélectrique 16' réalisant

l'étanchéité au vide est constituée par une plaque diélec-

trique 17' formée par un disque en céramique alumineuse et possédant une collerette 20g. La référence 4' désigne le guide d'ondes circulaire réalisé en cuivre et comportant des électrodes anguleuses 3 et dont la section transversale horizontale Q-Q est représentée sur la figure 11C. L'espace délimité par le guide d'ondes circulaire 4' comportant les électrodes anguleuses 3 est rempli par du nitrure de bore

fritté servant de matériau de remplissage 18. Ici, en suppo-

1 sent que ZO désigne l'impédance caractéristique du guide

d'ondes circulaire 19', que Zp est l'impédance caractéristi-

que de la plaque diélectrique 16' réalisant l'étanchéité

au vide et que ZQ est l'impédance caractéristique de l'en-

trée du guide d'ondes circulaire 4' comportant les électro-

des anguleuses 3, on peut maintenir la relation Z0 = Z = ZQ ou la relation Zp =.Z x ZQ ett = un nombre impair de fois Ag/4, en vue d'adapter les impédances. Inversement,

lorsque les diamètres respectifs du guide d'ondes circulai-

re 19', de la plaque diîlectrique 16' réalisant l'étanchéi-

té au. vide et (lu guide d'ondes circulaire 4d comportant les

électrodes anguleuses 3 sont déterminés de manière à satis-

faire a une telle relation, il ne se produit aucune ré-

flexion des micro-ondes.

Sinon, il est possible de disposer un guide d'ondes circulaire ne comportant aucune électrode anguleuse et possédant une impédance caractéristique ZX et une longueur égale à un noimbre impair de fois Ag/4, en amont du guide

d'ondes circulaire 19', et de déterminer les diamètres res-

pectifs des guides d'ondes circulaires de manière a satis-

faire la relation ZO = x Z et4.zp = ZQ. Dans ce cas le guide d'ondes circulaire 19D fonctionne à la manière d'un

guide d:ondes permettant une adaptation de l'impédance.

La référence 5' désigne une chambre de décharge, dont la coupe transversale horizontale R-R est représentée sur la figure 11D. Bien qu'un appareil de vaporisation de matériaux solides ne soit pas représenté dans la chambre de décharge 5', il est possible de prévoir un tel appareil dans les autres formes de réalisation. Il va sans dire que la plaque diélectrique 16' réalisant l'étanchéité au vide peut être disposée non seulement au niveau de l'extrémité du guide d'ondes circulaire 19' ne comportant aucune élec-

trode anguleuse, mais également en une position intermédiai-

re de ce guide d'ondes.

Comme cela a été décrit jusqu'à présent, selon la présente invention la forme en coupe transversale de la plaque diélectrique réalisant l'étanchéité au vide peut

être une forme très simple, avec pour effet que même un di-

électrique du type céramique à base de forstérite ou une céramique alumineuse, qui sont difficiles à mouler avec une forme complexe, peut être moulé' moyennant la mise, en oeuvre d'une dépense égale à environ 1/5-ième de celle mise en oeuvre dans l'art antérieur. En outre, étant donné

que la forme en coupe transversale de la plaque diélectri-

que réalisant l'étanchéité au vide est simplifiée, le calcul de l'impédance caractéristique de cette dernière devient facile et l'adaptation des impédances peut être réalisée de façon précise. En outre étant donné que l'on peut donner une valeur élevée à la distance entre une chambre de décharge et

une plaque diélectrique d'étanchéité au vide, on peut pren-

dre aisément des dispositions s'opposant à l'action de la chaleur sur les joints toriques, etc., même dans le cas o

un appareil de vaporisation de matériaux solides est ins-

tallé, et l'on peut réaliser des sources d'ions à décharge en micro-ondes pour des gaz et pour des solides au moyen des dispositifs identiques, avec conime conséquence le fait qu'il devient possible de standardiser les sources d'ions à

décharge en micro-ondes.

En ce qui concerne les guides d'ondes, outre les

guides d'ondes rectangulaires et circulaires, on peut utili-

ser des guides d'ondes elliptiques pour réaliser la source d'ions à décharge en micro-ondes conformément à la présente invention. Comme matériaux de remplissage destinés à empêcher la décharge, même dans le cas o l'on utilise une

céramique à base de forstérite ou bien une céramique alumi-

neuse différant du nitrure de bore fritté, on peut obtenir naturellement un effet similaire. Cependant le nitrure de bore est le plus approprié étant donné que, en dépit du fait qu'il s'agit d'un-produit compact fritté, il possède une excellente aptitude à l'usinage que ne présentent pas

d'autres diélectriques. En outre bien que dans les différen-

tes formes de réalisation indiquées précédemment le matériau de remplissage constitué par le diélectrique ne soit pas inséré dans le guide d'ondes ne comportant aucune électrode

anguleuse, étant donné qu'il s'étend depuis la plaque di-

électrique réalisant l'étanchéité au vide en direction du

générateur de micro-ondes, ce guide d'ondes peut parfai-

tement rempli partiellement ou complètement par le matériau de remplissage à des fins de réglages d'impédances, etc.

Claims

REVENDICATIONS

1. Source d'ions à décharge en micro-ondes, caracté-

risée en ce qu'elle comporte un dispositif (1) destiné à

produire des micro-ondes, une chambre de décharge (5) compor-

tant des électrodes anguleuses (7) pour l'introduction des

micro-ondes produites par le dispositif générateur de micro-

-ondes (1) et établissant un champ électrique de micro-ondes et en laquelle un vide est maintenu, un guide d'ondes (2, 19;

4) guidant les micro-ondes produites par le dispositif géné-

rateur de micro-ondes en direction de la chambre de décharge (5) et qui comporte une section (2) ne possédant aucune

électrode anguleuse et servant à guider des micro-ondes pro-

duites par le dispositif générateur de micro-ondes (1) en

direction de la chambre de décharge -(5) sans réfléchir les-

dites micro-ondes, une section (4) possédant des électrodes anguleuses (3) , une plaque diélectrique (16) réalisant une étanchéité au vide et disposée dans la section (2) du guide d'ondes (2, 4) ne comportant aucune électrode anguleuse, et qui sert à maintenir le vide à l'intérieur de la chambre de décharge (5) et également à propager les micro-ondes sans

les réfléchir, un matériau isolant de remplissage (18) insé-

ré dans un espace situé dans le guide d'ondes (4) entre la-

dite plaque diélectrique (16) réalisant l'étanchéité au vide et la chambre de décharge (5), ledit matériau isolant

de remplissage servant à empêcher toute décharge à l'exté-

rieur de la chambre de décharge (5).

2. Source d'ions à décharge en micro-ondes selon la revendication 1, caractérisée en ce que le guide d'ondes (2, 19; 4) se compose d'un premier guide d'ondes (2, 19) ne comportant aucune électrode anguleuse et un second guide d'ondes (4) comportant des électrodes anguleuses (3), et que

le premier guide d'ondes (2, 19) est équipé de la plaque di-

électrique (16) réalisant une étanchéité au vide.

3. Source d'ions à décharge en micro-ondes selon la

revendication 2, caractérisée en ce que la plaque diélectri-

que (16) réalisant l'étanchéité au vide est disposée au niveau d'une extrémité du premier guide d'ondes (19) sur le

côté du second guide d'ondes (4).

4o Source d'ions a décharge en micro-ondes selon la

revendication 2, caractérisée en ce que la plaque diélectri-

que (16) réalisant l'étanchéité au vide est disposée dans

une position intermédiaire dudit premier guide d'ondes (19).

5. Source d'ions a décharge en micro-ondes selon la revendication 1, caractérisée en ce que le guide d'ondes 2, 19) est un guide d'ondes rectangulaireo 56. Source d 'ions à décharge en micro-ondes selo.on la revendication 1, caractérisée en ce que le guide d'ondes

(2, 19) est un guide d'ondes circulaire.

7. Source d 'ions a décharge en micro-ondes selon la

revendication 1, caractérisée en ce que la plaque diélectri-

que (16) réalisant l'étanchéité au vide est constituée par un matériau choisi parmi le groupe comprenant la céramique

a base de forstérite et la céramique alumineuse.

8. Source d'ions à décharge en micro-ondes selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau isolant

de remplissage (18) est du nitrure de bore fritté.