JP2019501496A - イオンを抽出し、加速させるホロカソードイオン源および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (81)
- チャンバと、
第1のホロカソードキャビティおよび第1のプラズマ出口オリフィスを有する第1のホロカソードと、第2のホロカソードキャビティおよび第2のプラズマ出口オリフィスを有する第2のホロカソードと、
前記第1のプラズマ出口オリフィスと前記チャンバとの間に配置され、前記第1のプラズマ出口オリフィスおよび前記チャンバと連通した第1のイオン加速器と、
前記第2のプラズマオリフィスと前記チャンバとの間に配置され、前記第2のプラズマオリフィスおよび前記チャンバと連通した第2のイオン加速器と、を備え、
前記第1のホロカソードおよび前記第2のホロカソードは、前記チャンバ内で隣接して配置され、
前記第1のイオン加速器は第1のイオン加速キャビティを形成し、
前記第2のイオン加速器は第2のイオン加速キャビティを形成し、
前記第1のホロカソードおよび前記第2のホロカソードは、交互に電極および対極として機能してプラズマを発生させるように構成され、
前記第1のイオン加速キャビティおよび前記第2のイオン加速キャビティは各々、イオンの抽出および加速ができるだけの十分なものである、イオン源。 - 前記第1のイオン加速キャビティおよび前記第2のイオン加速キャビティのうちの少なくとも一方から抽出して加速させたイオンは、単一の狭いビーム、単一の大面積ビーム、単一のビームの列、連続したリニアイオンビームのカーテンのうちの1つを形成する、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のイオン加速キャビティおよび前記第2のイオン加速キャビティのうちの少なくとも一方から前記抽出して加速させたイオンは、平行イオンビームを形成する、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のホロカソードと前記第1のイオン加速器が第1の同一の電位差にあり、前記第2のホロカソードと前記第2のイオン加速器が第2の同一の電位差にある、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のホロカソードと前記第1のイオン加速器が前記プラズマの電位に対して第1の同一の極性にあり、前記第2のホロカソードと前記第2のイオン加速器が前記プラズマの前記電位に対して第2の同一の極性にある、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のイオン加速器が前記第1のホロカソードの一部を含むおよび/または前記第2のイオン加速器が前記第2のホロカソードの一部を含む、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のイオン加速キャビティが前記第1のイオン加速器のスロットを含むおよび/または前記第2のイオン加速キャビティが前記第2のイオン加速器のスロットを含む、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のイオン加速器と前記第1のホロカソードとが互いに電気的に絶縁されているおよび/または前記第2のイオン加速器と前記第2のホロカソードとが互いに電気的に絶縁されている、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のイオン加速器の前記電位および前記第2のイオン加速器の前記電位のうちの少なくとも一方は、前記プラズマの前記電位に対して負と正との間で周期的に切り替わっている、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のイオン加速器が前記第1のホロカソードの外側に電気的に接続されているおよび/または前記第2のイオン加速器が前記第2のホロカソードの外側に電気的に接続されている、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のイオン加速器が前記第1のホロカソードの内側に電気的に接続されているおよび/または前記第2のイオン加速器が前記第2のホロカソードの内側に電気的に接続されている、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のイオン加速キャビティおよび前記第2のイオン加速キャビティのうちの少なくとも一方は、カウンターボアで広げた穴、矩形のスロット、半円形、錐形、逆錐形、釣り鐘形のうちの1つの形態である、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のイオン加速器および前記第2のイオン加速器のうちの少なくとも一方の内側の表面は、電子を放出しているおよび電子を受け取っている、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のホロカソード、前記第1のイオン加速器、前記第2のホロカソード、前記第2のイオン加速器のうちの少なくとも1つの外側の表面は、電気的に絶縁されている、請求項1に記載のイオン源。
- 前記外側の表面は、ポリマーおよび非導電性セラミックのうちの少なくとも1つによって電気的に絶縁されている、請求項14に記載のイオン源。
- 前記外側の表面は、ダークスペースシールドによって電気的に絶縁されている、請求項14に記載のイオン源。
- 前記チャンバは、真空チャンバを含む、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のプラズマ出口オリフィスが前記第1のホロカソードと前記チャンバとの間のガスの流れを制限するおよび/または前記第2のプラズマ出口オリフィスが前記第2のホロカソードと前記チャンバとの間のガスの流れを制限する、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のイオン加速キャビティおよび前記第2のイオン加速キャビティのうちの少なくとも一方は、細長いキャビティを含む、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のプラズマ出口オリフィスおよび前記第2のプラズマ出口オリフィスのうちの少なくとも一方は、プラズマ出口ノズルを含む、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のプラズマ出口オリフィスおよび前記第2のプラズマ出口オリフィスのうちの少なくとも一方は、複数のプラズマ出口ノズルを含む、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のプラズマ出口オリフィスおよび前記第2のプラズマ出口オリフィスのうちの少なくとも一方は、リニアスロットを含む、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のイオン加速キャビティが前記第1のプラズマ出口オリフィスから出るガスを部分的に囲むおよび/または前記第2のイオン加速キャビティが前記第2のプラズマ出口オリフィスから出るガスを部分的に囲む、請求項1に記載のイオン源。
- 前記抽出して加速させたイオンの平均エネルギーは、100eV未満である、請求項1に記載のイオン源。
- 前記抽出して加速させたイオンの平均エネルギーは、100eVを上回る、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のホロカソード、前記第1のイオン加速器、前記第2のホロカソード、前記第2のイオン加速器のうちの少なくとも1つに動力を供給するように構成された電力源をさらに含む、請求項1に記載のイオン源。
- 前記電力源は、200Vから1000Vの二乗平均の平方根のAC電圧で動作する、請求項26に記載のイオン源。
- 前記電力源は、20Vから200Vの二乗平均の平方根のAC電圧で動作する、請求項26に記載のイオン源。
- 前記第1および第2のホロカソードは、正電極として働いている前記ホロカソードが、前記チャンバの壁よりも正に振れる量が大きくバイアスするように構成されている、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1および第2のイオン加速器は、前記イオン加速器および前記ホロカソードそれぞれのサイクルの正の部分の間、前記第1および第2のイオン加速器が対応する第1および第2のホロカソードよりも正に振れる量が大きくバイアスするように構成されている、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1および第2のイオン加速器は、前記イオン加速器および前記ホロカソードそれぞれのサイクルの正の部分の間、前記第1および第2のイオン加速器が対応する第1および第2のホロカソードよりも正に振れる量が小さくバイアスするように構成されている、請求項1に記載のイオン源。
- 唯一の電気的に活性な表面は、本質的に、前記第1および第2のホロカソード各々の内壁および前記第1および第2のイオン加速器各々の内壁からなる、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のホロカソードおよび前記第2のホロカソードが電極と対極との間で交互に切り替わる周波数は、1kHzから1MHzである、請求項1に記載のイオン源。
- 前記第1のイオン加速キャビティおよび前記第2のイオン加速キャビティのうちの少なくとも一方は、イオンの衝撃を共通の線に分布させるように角度をなしている、請求項1に記載のイオン源。
- 前記プラズマが自己中和している、請求項1に記載のイオン源。
- 前記イオン源には、ホール電流が存在しない、請求項1に記載のイオン源。
- 前記イオン源には、加速グリッドが存在しない、請求項1に記載のイオン源。
- 前記イオン源は、長さが約0.1mから約4mであり、前記イオン源の前記長さ全体でプラズマおよびイオン放出が均一である、請求項1に記載のイオン源。
- イオンを抽出し、加速させる方法であって、
(i)チャンバと、
第1のホロカソードキャビティおよび第1のプラズマ出口オリフィスを有する第1のホロカソードと、第2のホロカソードキャビティおよび第2のプラズマ出口オリフィスを有する第2のホロカソードと、
前記第1のプラズマ出口オリフィスと前記チャンバの間に配置され、前記第1のプラズマ出口オリフィスおよび前記チャンバと連通した第1のイオン加速器と、
前記第2のプラズマオリフィスと前記チャンバとの間に配置され、前記第2のプラズマオリフィスおよび前記チャンバと連通した第2のイオン加速器と、を備え、
前記第1のホロカソードおよび前記第2のホロカソードは、前記チャンバ内で隣接して配置され、
前記第1のイオン加速器は第1のイオン加速キャビティを形成し、
前記第2のイオン加速器は第2のイオン加速キャビティを形成する、イオン源を準備し、
(ii)電極および対極として交互に機能するように構成された前記第1のホロカソードおよび前記第2のホロカソードを用いてプラズマを発生させ、
(iii)イオンを抽出して加速させることを含み、前記第1のイオン加速キャビティおよび前記第2のイオン加速キャビティは各々、前記イオンの抽出および加速ができるだけの十分なものである、方法。 - 前記第1のイオン加速キャビティおよび前記第2のイオン加速キャビティのうちの少なくとも一方から抽出して加速させたイオンは、単一の狭いビーム、単一の大面積ビーム、単一のビームの列、連続したリニアイオンビームのカーテンのうちの1つを形成する、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のイオン加速キャビティおよび前記第2のイオン加速キャビティのうちの少なくとも一方から前記抽出して加速させたイオンは、平行イオンビームを形成する、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のホロカソードと前記第1のイオン加速器が第1の同一の電位差にあり、前記第2のホロカソードと前記第2のイオン加速器が第2の同一の電位差にある、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のホロカソードと前記第1のイオン加速器が前記プラズマの電位に対して第1の同一の極性にあり、前記第2のホロカソードと前記第2のイオン加速器が前記プラズマの前記電位に対して第2の同一の極性にある、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のイオン加速器が前記第1のホロカソードの一部を含むおよび/または前記第2のイオン加速器が前記第2のホロカソードの一部を含む、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のイオン加速キャビティが前記第1のイオン加速器のスロットを含むおよび/または前記第2のイオン加速キャビティが前記第2のイオン加速器のスロットを含む、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のイオン加速器と前記第1のホロカソードとが互いに電気的に絶縁されているおよび/または前記第2のイオン加速器と前記第2のホロカソードとが互いに電気的に絶縁されている、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のイオン加速器の前記電位および前記第2のイオン加速器の前記電位のうちの少なくとも一方は、前記プラズマの前記電位に対して負と正との間で周期的に切り替わっている、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のイオン加速器が前記第1のホロカソードの外側に電気的に接続されているおよび/または前記第2のイオン加速器が前記第2のホロカソードの外側に電気的に接続されている、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のイオン加速器が前記第1のホロカソードの内側に電気的に接続されているおよび/または前記第2のイオン加速器が前記第2のホロカソードの内側に電気的に接続されている、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のイオン加速キャビティおよび前記第2のイオン加速キャビティのうちの少なくとも一方は、カウンターボアで広げた穴、矩形のスロット、半円形、錐形、逆錐形、釣り鐘形のうちの1つの形態である、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のイオン加速器および前記第2のイオン加速器のうちの少なくとも一方の内側の表面は、電子を放出しているおよび電子を受け取っている、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のホロカソード、前記第1のイオン加速器、前記第2のホロカソード、前記第2のイオン加速器のうちの少なくとも1つの外側の表面は、電気的に絶縁されている、請求項39に記載の方法。
- 前記外側の表面は、ポリマーおよび非導電性セラミックのうちの少なくとも1つによって電気的に絶縁されている、請求項52に記載の方法。
- 前記外側の表面は、ダークスペースシールドによって電気的に絶縁されている、請求項52に記載の方法。
- 前記チャンバは、真空チャンバを含む、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のプラズマ出口オリフィスが前記第1のホロカソードと前記チャンバとの間のガスの流れを制限するおよび/または前記第2のプラズマ出口オリフィスが前記第2のホロカソードと前記チャンバとの間のガスの流れを制限する、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のイオン加速キャビティおよび前記第2のイオン加速キャビティのうちの少なくとも一方は、細長いキャビティを含む、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のプラズマ出口オリフィスおよび前記第2のプラズマ出口オリフィスのうちの少なくとも一方は、プラズマ出口ノズルを含む、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のプラズマ出口オリフィスおよび前記第2のプラズマ出口オリフィスのうちの少なくとも一方は、複数のプラズマ出口ノズルを含む、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のプラズマ出口オリフィスおよび前記第2のプラズマ出口オリフィスのうちの少なくとも一方は、リニアスロットを含む、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のイオン加速キャビティが前記第1のプラズマ出口オリフィスから出るガスを部分的に囲むおよび/または前記第2のイオン加速キャビティが前記第2のプラズマ出口オリフィスから出るガスを部分的に囲む、請求項39に記載の方法。
- 前記抽出して加速させたイオンの平均エネルギーは、100eV未満である、請求項39に記載の方法。
- 前記抽出して加速させたイオンの平均エネルギーは、100eVを上回る、請求項39に記載の方法。
- 前記イオン源が、前記第1のホロカソード、前記第1のイオン加速器、前記第2のホロカソード、前記第2のイオン加速器のうちの少なくとも1つに動力を供給するように構成された電力源をさらに含む、請求項39に記載の方法。
- 前記電力源は、200Vから1000Vの二乗平均の平方根のAC電圧で動作する、請求項64に記載の方法。
- 前記電力源は、20Vから200Vの二乗平均の平方根のAC電圧で動作する、請求項64に記載の方法。
- 前記第1および第2のホロカソードは、正電極として働いている前記ホロカソードが、前記チャンバの壁よりも正に振れる量が大きくバイアスするように構成されている、請求項39に記載の方法。
- 前記第1および第2のイオン加速器は、前記イオン加速器および前記ホロカソードそれぞれのサイクルの正の部分の間、前記第1および第2のイオン加速器が対応する第1および第2のホロカソードよりも正に振れる量が大きくバイアスするように構成されている、請求項39に記載の方法。
- 前記第1および第2のイオン加速器は、前記第1および第2のイオン加速器が対応する第1および第2のホロカソードよりも正に振れる量が小さくバイアスするように構成されている、請求項39に記載の方法。
- 唯一の電気的に活性な表面は、本質的に、前記第1および第2のホロカソード各々の内壁および前記第1および第2のイオン加速器各々の内壁からなる、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のホロカソードおよび前記第2のホロカソードが電極と対極との間で交互に切り替わる周波数は、1kHzから1MHzである、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のイオン加速キャビティおよび前記第2のイオン加速キャビティのうちの少なくとも一方は、イオンの衝撃を共通の線に分布させるように角度をなしている、請求項39に記載の方法。
- 前記プラズマが自己中和している、請求項39に記載の方法。
- 前記イオン源には、ホール電流が存在しない、請求項39に記載の方法。
- 前記イオン源には、加速グリッドが存在しない、請求項39に記載の方法。
- 前記イオン源は、長さが約0.1mから約4mであり、前記イオン源の前記長さ全体でプラズマおよびイオン放出が均一である、請求項39に記載の方法。
- 前記第1のホロカソードキャビティおよび前記第2のホロカソードキャビティのうちの少なくとも1つにプラズマ形成ガスを導入することをさらに含み、プラズマ形成ガスが導入される各ホロカソードについて、前記ホロカソードキャビティ、前記プラズマ出口領域、前記イオン加速キャビティ、前記チャンバ間に、圧力勾配が、当該圧力勾配が減少する順に形成される、請求項39に記載の方法。
- 前記抽出して加速させたイオンを用いてコーティングをほどこすことをさらに含む、請求項39に記載の方法。
- コーティングをほどこすことで、コーティングの密度が高まる、請求項39に記載の方法。
- 前記抽出して加速させたイオンを用いて基板を処理することをさらに含む、請求項39に記載の方法。
- 前記基板を処理することは、加熱、洗浄、表面エッチング、表面の化学修飾のうちの少なくとも1つを含む、請求項80に記載の方法。
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