JP6461999B2 - 異符号に帯電した粒子の準中性ビームを形成するための装置 - Google Patents
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Description
− チャンバと、
− このチャンバ中でイオン−電子プラズマを形成するための手段のセットと、
− プラズマの帯電粒子を抽出し、前記ビームを形成することができるチャンバの外に加速させるための手段であって、前記抽出及び加速手段は、チャンバの一方の端部に位置決めされた少なくとも2つのグリッドのセットを含む、手段と、
− 無線周波数が信号のためにイオンのプラズマ周波数と電子のプラズマ周波数の間に含まれる、その信号を発生するように適応させる無線周波数交流電圧源であって、前記無線周波数電圧源は、コンデンサと直列に位置付けられ、その出口の1つを通じて、且つこのコンデンサを通じて、少なくとも2つのグリッドの前記セットのグリッドの少なくとも1つに接続され、少なくとも2つのグリッドの前記セットの少なくとも他方の1つのグリッドが、基準電位に設定される、又は無線周波数電圧源の出口の他の1つに接続される、のどちらかである、無線周波数交流電圧源とを含む。
− イオン−電子プラズマを形成するための手段のセットは、無線周波数交流電圧源から給電される1つ又はいくつかのコイルを含む、
− 前記又は各コイルを給電する無線周波数電圧源は、2つのグリッドの少なくとも1つに接続されるコンデンサと直列の無線周波数電圧源と同じものであり、装置は、一方では前記又は各コイルに向けて、他方では少なくとも1つのグリッドに向けて前記源によって提供される信号を取り扱うための手段をさらに含む、
− チャンバ中でイオン−電子プラズマを形成するための手段のセットは、少なくとも1つの電気陽性ガスを含むタンクを含む、
− グリッドは、円形オリフィスを有し、その直径が0.5mmと10mmの間に、たとえば1mmと2mmの間に含まれる、
− グリッドの両方の間の距離が、0.5mmと10mmの間に、たとえば1mmと2mmの間に含まれる、
− グリッドは、形状がスロットであるオリフィスを有する、
− イオン及び電子のビームの電気的中性は、無線周波数交流電圧源からの正電位及び/又は負電位の印加期間を調節することによって、少なくとも部分的に得られる、
− イオン及び電子のビームの電気的中性は、無線周波数交流電圧源からの正電位及び/又は負電位の振幅を調節することによって、少なくとも部分的に得られる、
− 無線周波数交流電圧源は、矩形信号を生成するように設計される、
− 無線周波数交流電圧源は、サイン波信号を生成するように設計される。
− 本発明による、イオン及び電子の準中性ビームを形成するための装置と、
− チャンバ中でイオン−イオン・プラズマを形成するための手段のセットであって、前記セットは、電子をフィルタで除去するための手段を含む、セットと、
− 無線周波数が信号のためにイオンのプラズマ周波数より低い又はそれと等しい、その信号を発生するように適応させる、いわゆる低周波数交流電圧源と、
− イオン−イオン・ビームを形成するために、電子をフィルタで除去するための手段を作動させる間、低周波数電圧源に、又はイオン−電子ビームを形成するために、電子をフィルタで除去するための手段を停止させる間、コンデンサと直列な無線周波数電圧源に、どちらかにグリッドの1つを接続することができる手段とを含む。
− イオン−イオン・ビームの電気的中性が、低周波数交流電圧源から生じる正電位及び/又は負電位の印加期間を調節することによって、少なくとも部分的に得られる、
− イオン−イオン・ビームの電気的中性が、低周波数交流電圧源から生じる正電位及び/又は負電位の振幅を調節することによって、少なくとも部分的に得られる、
− 低周波数交流電圧源は、矩形信号を生成するように設計される、
− チャンバ中でイオン−イオン・プラズマを形成するための手段のセットは、少なくとも1つの電気陰性ガスを含むタンクを含む。
は、電子のプラズマ角周波数であり、
は、陽イオンのプラズマ角周波数である、なお、
e0は電子の電荷、
ε0は真空誘電率、
npはプラズマ密度、
miはイオン質量、及び
meは電子の質量
である。
と並列のダイオード
によって表わしてもよい。ブロックB2が、プラズマと第2のグリッド54の間に形成されるシースの効果を表し、それは、キャパシタンス
と並列のダイオード
と関連付けてもよい。
及び
は、互いに極めて異なる、というのは装置中のグリッド51、54のレイアウトのためである。確かに、プラズマ中に存在する陽イオン又は電子の観点からすると、第1のグリッド51に対して下流にあり、ビーム60の伝搬方向に比較的向いている第2のグリッド54は、有効表面積
が、第1のグリッド51の有効表面積
より極めて狭い、というのは第2のグリッド54は、第1のグリッド51のオリフィスを通じてプラズマだけに対して見えるだけである、すなわち
であるからである。したがって、これは、同一のグリッド51、54についてでさえ、不等式
によって表現される。したがって、実際面では、両方のグリッド51、54のセットによって、表面が非対称のコンデンサを形成する可能性がもたらされる。
として表現される、というのは、
であるからである、ただし、
は、シース中でプラズマと第1のグリッド51の間に形成される電位差を表し、
は、シース中でプラズマと第2のグリッド54の間に形成される電位差を表す。
は、シースがそれより低いと消滅する(シース崩壊)閾値φCRより低い。
ただし、
sはシースがグリッドのオリフィスの寸法より小さくなるシースの厚さ、
ε0は真空の誘電率、
e0は電子の電荷、
miはイオンの質量、及び
jiはイオンの電流密度
である。
− プラズマ・スラスタ(軌道を修正するための人工衛星に、宇宙プローブに、などに適用)、
− ターゲット上に粒子を付着させるための装置(蒸着、たとえばマイクロエレクトロニクスの分野)、
− ターゲットをエッチングするための装置、
− ポリマを処理するための装置、又は目標とする表面を活性化するためのさらなる装置、
のために使用してもよい。
Claims (17)
- イオン及び電子の準中性ビームを形成するための装置(100)において、
前記装置は、
チャンバ(20)と、
前記チャンバ(20)中でイオン−電子プラズマを形成するための手段(31、30、40、58)のセットと、
前記プラズマの帯電粒子を抽出し、前記ビームを形成することが可能な前記チャンバ(20)の外に加速させるための手段(50)であって、前記抽出及び加速手段(50)は、前記チャンバの一方の端部に位置決めされた少なくとも2つのグリッド(51、54)のセットを含む、手段(50)と、
信号を発生するように適応させる無線周波数交流電圧源(52、58’)であって、その無線周波数は、前記イオンのプラズマ周波数と前記電子のプラズマ周波数の間に含まれ、前記無線周波数電圧源(52、58’)は、コンデンサ(53)と直列に位置付けられ、その出口の1つを通じ、前記コンデンサ(53)を介して、前記少なくとも2つのグリッド(51、54)のセットの前記グリッドの少なくとも1つに接続され、前記少なくとも2つのグリッド(51、54)のセットの少なくとも1つの他のグリッドが、基準電位に設定される、又は前記無線周波数電圧源(52、58’)の前記出口の他の1つに接続される、のどちらかである、無線周波数交流電圧源(52、58’)とを含むことを特徴とする、装置(100)。 - 前記イオン−電子プラズマを形成するための前記手段(31、30、40、58)のセットは、無線周波数交流電圧源(58’;52)から給電される1つ又はいくつかのコイルを含む、請求項1に記載の装置(100)。
- 前記又は各コイル(40)を給電する前記無線周波数電圧源(58’)は、前記2つのグリッド(51、54)の少なくとも1つに接続される前記コンデンサと直列の前記無線周波数電圧源(52)と同じであり、
前記装置は、前記源(58’)から、一方では前記又は各コイルに向けて、他方では前記少なくとも1つのグリッドに向けて提供される前記信号を取り扱うための手段(59)をさらに含む、請求項1から2までに記載の装置(100)。 - 前記チャンバ(20)中で前記イオン−電子プラズマを形成するための前記手段(31、30、40、58)のセットは、少なくとも1つの電気陽性ガスを含むタンク(31)を含む、請求項1から3までの一項に記載の装置(100)。
- 前記グリッド(51、54)は、円形オリフィスを有し、その直径が、0.5mmと10mmの間に、たとえば1mmと2mmの間に含まれる、請求項1から4までの一項に記載の装置(100)。
- 前記グリッド(51、54)の両方の間の距離が、0.5mmと10mmの間に、たとえば1mmと2mmの間に含まれる、請求項1から5までの一項に記載の装置(100)。
- 前記グリッド(51、54)は、スロット形状のオリフィスを有する、請求項1から4までの一項に記載の装置(100)。
- 前記イオン及び電子のビームの電気的中性は、前記無線周波数交流電圧源(RF、52、58’)から生じる正電位及び/又は負電位の印加期間を調節することによって少なくとも部分的に得られる、請求項1から7までの一項に記載の装置(100)。
- 前記イオン及び電子のビームの電気的中性は、前記無線周波数交流電圧源(RF、52、58’)から生じる正電位及び/又は負電位の振幅を調節することによって少なくとも部分的に得られる、請求項1から7までの一項に記載の装置(100)。
- 前記無線周波数交流電圧源(RF、52、58’)は、矩形信号を生成するように設計される、請求項1から9までの一項に記載の装置(100)。
- 前記無線周波数交流電圧源(RF、52、58’)は、サイン波信号を生成するように設計される、請求項1から7までの一項に記載の装置(100)。
- 異符号に帯電した粒子の準中性ビームを形成するための装置において、
前記装置は、
請求項1から11までの一項に記載の、イオン及び電子の準中性ビームを形成するための装置(100)と、
前記チャンバ(20)中でイオン−イオン・プラズマを形成するための手段(32、30、40、58、80)のセットであって、前記セットは、前記電子をフィルタで除去するための手段(80)を含む、手段(32、30、40、58、80)のセットと、
信号を発生するように適応させる、いわゆる低周波数交流電圧源(LF、56)であって、その無線周波数が前記イオンの前記プラズマ周波数より低い、又はそれと等しい、低周波数交流電圧源(LF、56)と、
イオン−イオン・ビームを形成するために前記電子をフィルタで除去するために前記手段(80)を作動させる間、前記低周波数電圧源(LF;56)に、すなわちイオン−電子ビームを形成するために前記電子をフィルタで除去するために前記手段(80)を停止させる間、前記コンデンサ(53)と直列の前記無線周波数電圧源(52、58)に、のどちらかに前記グリッド(51、54)の1つを接続することが可能な手段(57)とを含むことを特徴とする、装置。 - 前記イオン−イオン・ビームの電気的中性は、前記低周波数交流電圧源(LF、56)から生じる正電位及び/又は負電位の印加期間を調節することによって少なくとも部分的に得られる、請求項1から12までの一項に記載の装置(100’)。
- 前記イオン−イオン・ビームの電気的中性は、前記低周波数交流電圧源(LF、56)から生じる正電位及び/又は負電位の振幅を調節することによって少なくとも部分的に得られる、請求項12又は13の一項に記載の装置(100’)。
- 前記低周波数交流電圧源(LF、56)は、矩形信号を生成するように設計される、請求項1から14までの一項に記載の装置(100’)。
- 前記チャンバ(20)中でイオン−イオン・プラズマを形成するための前記手段(32、30、40、58、80)のセットは、少なくとも1つの電気陰性ガスを含むタンク(32)を含む、請求項12から15までの一項に記載の装置(100’)。
- 使用してもよい前記ガスは、それらの電気陽性度又は電気陰性度に従って、アルゴン(Ar)、ヒドラジン(N2H4)、キセノン(Xe)、四フッ化炭素(CF4)、六フッ化硫黄(SF6)、二ヨウ素(I2)、二窒素(N2)又は二水素(H2)の中から選択される、請求項1から16までの一項に記載の装置(100、100’)。
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