RU2030807C1 - Источник ионов с замкнутым дрейфом электронов - Google Patents
Источник ионов с замкнутым дрейфом электронов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2030807C1 RU2030807C1 SU5028137A RU2030807C1 RU 2030807 C1 RU2030807 C1 RU 2030807C1 SU 5028137 A SU5028137 A SU 5028137A RU 2030807 C1 RU2030807 C1 RU 2030807C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- anode
- gap
- source
- closed
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/08—Ion sources; Ion guns using arc discharge
- H01J27/14—Other arc discharge ion sources using an applied magnetic field
- H01J27/143—Hall-effect ion sources with closed electron drift
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Использование: получение ленточных пучков ионов для ионно-лучевого и реактивного ионно-лучевого травления материалов, очистки активации и полировки поверхностей деталей, а также для нанесения покрытий в вакууме. Сущность изобретения: эмиссионная щель источника ионов с замкнутым дрейфом электронов образована в магнитопроводящем корпусе, служащем катодом, двумя параллельными прямолинейными участками, замкнутыми на концах криволинейными участками щели. Длина L и ширина щели Δ выбраны из условия L/Δ > 3. Анод установлен на расстоянии n=(0,2-0,4)Δ от ближайшей к нему поверхности полюсного наконечника магнитопровода. Анод может быть выполнен с полостью прямоугольной или клиновидной формы, расположенной симметрично напротив эмиссионной щели. Противолежащие полюсные наконечники с элементами магнитопроводящего корпуса могут быть электроизолированы друг от друга и заземлены через приборы, регистрирующие ток. Изобретение позволяет снизить распыление полюсных наконечников и как следствие повысить чистоту покрытий или обрабатываемых поверхностей. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к ионно-плазменной технике и может быть использовано для получения ленточных пучков ионов, применяемых для ионно-лучевого и реактивного ионно-лучевого травления материалов, очистки, активации и полировки поверхности деталей, а также для нанесения пленок в вакууме.
Известны источники ионов для реактивного ионно-лучевого травления и нанесения пленок, формирующие пучки ионов в скрещенных электрических и магнитных полях, каждый из которых включает систему формирования скрещенных электрических и магнитных полей в выходной щели с осевой симметрией, систему подачи рабочего газа, источник электропитания, анод, источник магнитодвижущей силы [1]. Недостатком известных источников ионов является невозможность контроля параметров работы источников в части распыления материалов катодов (ускоряющих электродов) пучков ионов и загрязнение продуктами распыления обрабатываемой поверхности или напыляемой пленки.
Известен также источник ионов, содержащий магнитопроводящий корпус с выходной эмиссионной щелью, служащей катодом, источник магнитодвижущей силы, анод, установленный в полости корпуса симметрично эмиссионной щели, систему подачи рабочего газа и источник электропитания. В ускоряющем промежутке - зазоре между катодом и анодом - создается радиальное магнитное поле. Электроны, совершая замкнутый холловский дрейф в скрещенных электрическом и магнитном полях, ионизируют атомы рабочего газа, в результате чего происходит формирование трубчатого ионного пучка, который, выходя из кольцевой щели, распространяется вдоль оси источника. При этом рабочее давление составляет 2-8 х 10-2 Па, диапазон энергий ионов 800 - 3000 ЭВ, максимальная плотность пучка менее 10 А/см2, плотность зоны обработки около 500 см2 [2].
К недостаткам известного источника ионов относятся следующие: при использовании пучка ионов с осевой симметрией затруднительно обрабатывать с заданной равномерностью объекты большой протяженности и площади; при определенных условиях формирования пучка ионов имеет место распыление материала ускоряющих электродов и, как следствие, загрязнение осаждаемых покрытий или обрабатываемых поверхностей; затруднен контроль управления формой и параметрами пучка ионов.
Изобретение направлено на решение задачи создания источника ионов, формирующего напряженный ленточный пучок ионов, позволяющий обрабатывать с заданной равномерностью объекты большой протяженности, а также обеспечивающего возможность контроля формы и параметров пучка ионов за счет снижения распыления электродов-наконечников.
Это достигается тем, что в источнике ионов, содержащем магнитопроводящий корпус с выходной эмиссионной щелью, служащий катодом, источник магнитодвижущей силы, анод, установленный в полости корпуса симметрично эмиссионной щели, систему подачи рабочего газа и источник электропитания в отличие от известного эмиссионная щель образована двумя параллельными прямолинейными участками, замкнутыми на концах криволинейными участками щели, с соотношением их длины L к ширине Δ щели L/Δ > 3, а анод установлен на расстоянии h = (0,2N0,4) Δ от ближайшей к нему поверхности полюсного наконечника магнитопровода.
Анод выполнен с полостью, обращенной в сторону эмиссионной щели, которая может быт прямоугольной формы с максимальной стороной полости d = (1,2N1,5) Δ при Δ < d и h < Δ , либо клинообразной формы, причем угол α , образующий клинообразную полость, может выполняться в диапазоне от 30 до 120о, при этом Δ≅ d и h < Δ .
Поверхности образующих эмиссионную щель деталей торцовой стенки корпуса изолированы друг от друга и заземлены через приборы, регистрирующие ток.
Выполнение корпуса источника ионов с выходной эмиссионной щелью, образованной двумя параллельными прямолинейными участками, замкнутыми на концах криволинейными участками щели с соотношением длины L прямолинейных участков к ширине Δ щели больше трех, с электрически изолированными друг от друга образующими эмиссионную щель деталями торцовой стенки корпуса, подобранные геометрические размеры при юстировке электромагнитной оптики источника ионов, обеспечивающие оптимальный режим работы источника, позволяют получить ленточный пучок ионов в источнике и обеспечить равномерность обработки деталей большой напряженности, возможность контроля и управления формой и параметрами пучка ионов, исключить распыление материала ускоряющих электродов.
Выполнение анода с различной формой полости, обращенной в сторону эмиссионной щели, улучшает стабильность работы источника ионов за счет обеспечения перпендикулярности электрического и магнитного полей в зазоре в каждой точке ускоряющего анодного слоя.
На фиг. 1, 2 изображена принципиальная схема предлагаемого источника ионов; на фиг. 3, 4, 5 - различные формы анода и взаимное расположение анода относительно внутренней поверхности полюсного наконечника магнитопровода.
Источник ионов содержит магнитопроводящий корпус 1 с торцовыми стенками 2, 3, в торцовой стенке 2 которого, появляющейся одновременно ускоряющим электродом и катодом, выполнена по периметру корпуса выходная эмиссионная щель 4, образованная двумя параллельными участками, замкнутыми на концах криволинейными участками щели с соотношением их длины L к ширине Δ более чем три. В торцовой стенке 3 корпуса выполнен ввод 5 для напуска рабочего газа в источник ионов. Постоянные магниты 6 служат для создания магнитного поля в зазоре щели 4.
В полости корпуса 1 симметрично эмиссионной щели 4 расположен анод 7 на расстоянии h (фиг. 3, 4, 5) величиной порядка (0,2N0,4) Δ от ближайшей к нем внутренней поверхности полюсного наконечника магнитопровода. Анод 7 подключен к положительному полюсу источника электропитания 8, отрицательный полюс источника электропитания соединен с корпусом вакуумной установки (не показана). Обращенная в сторону эмиссионной щели 4 полость анода 7 может быт выполнена прямоугольной формы (фиг. 4), либо клинообразной (фиг. 5) формы. Угол α, образующий полость клинообразной формы, может быт выполнен в диапазоне от 30 до 120о. Максимальная ширина полости анода d равна (1,2N1,5) Δ , при этом для прямоугольной формы полости анода 7 - Δ < d и h < Δ , а для клинообразной - Δ≅ d и h < Δ.. С помощью изолятора 9 поверхности образующих эмиссионную щель 4 деталей торцовой стенки 2 изолированы друг от друга и заземлены через миллиамперметры 10, регистрирующие ток.
Источник ионов работает следующим образом. После вакуумной откачки источника ионов до давления ≈ 10-3 Па (на фиг. 1 вакуумная откачка условно не показана) в корпус 1 через ввод 5 в торцовой стенке 3 на- пускается рабочий газ до давления 1 х х10-1 Па, подается напряжение от источника электропитания 8, в результате чего в эмиссионной щели 4 между анодом 7 и ускоряющими электродами-наконечниками создаются скрещенные электрическое и магнитное поля, происходит ионизация рабочего газа и формируется протяженный ленточный пучок ионов, который, выходя из выходной эмиссионной щели 4, повторяет ее форму и распространяется перпендикулярно плоскости торцовой стенки 2 корпуса 1 источника ионов. При этом миллиамперметры 10 фиксируют минимальный ток ускоряющих электродов-наконечников, характеризующий количество положительных ионов, вызывающих распыление материала электродов.
Исследования показали, что ток пучка ионов увеличивается за счет повышения эффективности ионизации рабочего вещества в ускоряющем промежутке и снижения доли пучка ионов, попадающих на торцовую стенку 2, если анод выполнен с прямоугольной (фиг. 4) или клиновидной (фиг. 5) полостью, обращенной в сторону эмиссионной щели в силу того, что лучше обеспечивается перпендикулярность скрещенных электрического и магнитного полей.
Юстировка электромагнитной оптики источника ионов при этом осуществляется таким образом, что величина тока заряженных частиц, прибывающих на ускоряющие электроды-наконечники магнитодвижущей силы при работе источника, ионов близка к нулю или является отрицательной и характеризует минимум поступления положительных ионов, вызывающих распыление материалов электродов. Если прибор, подключенный к детали, образующей внешнюю поверхность выходной щели, регистрирует ток положительно заряженных частиц, а прибор, подключенный к детали, образующей внутреннюю поверхность выходной щели, регистрирует ток отрицательных частиц, то пучок является расходящимся для данной юстировки источника. Если токи на приборах обратные, то ионный пучок сходящийся. Сходящийся или расходящийся пучок ионов можно получить перемещая торцовые стенки 2 друг относительно друга параллельно плоскости торцовой поверхности анода и контролируя ток ионов, приходящих на торцовые стенки 2, с помощью миллиамперметров 10.
Для ионной обработки объектов большой протяженности был создан источник ионов с ленточным пучком шириной 1400 мм, позволяющий обрабатывать объекты указанной ширины при их перемещении относительно пучка ионов.
При напряжении на аноде от 1 до 3 кВ на разных рабочих газах были получены пучки ионов с токами от 0,5 до 1 А на расстоянии 150 мм от плоскости выходной щели. При этом средняя энергия ионов составляла от 400 до 1500 эВ, скорость травления кварца ≈3 нм/c при использовании рабочего газа СF4, а неравномерность травления по ширине пучка ионов не превышала ± 5% (при ширине обрабатываемого объекта 1400 мм).
Claims (3)
1. ИСТОЧНИК ИОНОВ С ЗАМКНУТЫМ ДРЕЙФОМ ЭЛЕКТРОНОВ, содержащий магнитопроводящий корпус, служащий катодом, с полюсными наконечниками, образующими выходную эмиссионную щель, источник магнитодвижущей силы и анод, установленный в полости корпуса симметрично относительно эмиссионной щели, при этом полость корпуса соединена с системой подачи рабочего газа, отличающийся тем, что эмиссионная щель образована двумя параллельными прямоугольными участками, замкнутыми на концах криволинейными участками щели, с соотношением их длины L к ширине Δ, выбранном из условия L/Δ >3, причем анод установлен на расстоянии h = (0,2-0,4)Δ от ближайшей к нему поверхности полюсного наконечника магнитопровода.
2. Источник по п.1, отличающийся тем, что анод выполнен с полостью, симметрично расположенной напротив эмиссионной щели.
3. Источник по п.2, отличающийся тем, что полость выполнена прямоугольной формы, при этом ширина полости d выбрана из условия d = (1,2-1,5)Δ.
4. Источник по п.2, отличающийся тем, что полость выполнена клинообразной формы, при этом угол α при вершине полости выбран в диапазоне 30 - 120o, а наибольшая ширина полости d выбрана из условия d≥ Δ
5. Источник по п.1, отличающийся тем, что противолежащие полюсные наконечники с элементами магнитопроводящего корпуса электроизолированы друг от друга и заземлены через приборы, регистрирующие ток.
4. Источник по п.2, отличающийся тем, что полость выполнена клинообразной формы, при этом угол α при вершине полости выбран в диапазоне 30 - 120o, а наибольшая ширина полости d выбрана из условия d≥ Δ
5. Источник по п.1, отличающийся тем, что противолежащие полюсные наконечники с элементами магнитопроводящего корпуса электроизолированы друг от друга и заземлены через приборы, регистрирующие ток.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5028137 RU2030807C1 (ru) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | Источник ионов с замкнутым дрейфом электронов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5028137 RU2030807C1 (ru) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | Источник ионов с замкнутым дрейфом электронов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2030807C1 true RU2030807C1 (ru) | 1995-03-10 |
Family
ID=21597288
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5028137 RU2030807C1 (ru) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | Источник ионов с замкнутым дрейфом электронов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2030807C1 (ru) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6002208A (en) * | 1998-07-02 | 1999-12-14 | Advanced Ion Technology, Inc. | Universal cold-cathode type ion source with closed-loop electron drifting and adjustable ion-emitting slit |
US6037717A (en) * | 1999-01-04 | 2000-03-14 | Advanced Ion Technology, Inc. | Cold-cathode ion source with a controlled position of ion beam |
US6130507A (en) * | 1998-09-28 | 2000-10-10 | Advanced Ion Technology, Inc | Cold-cathode ion source with propagation of ions in the electron drift plane |
US6147354A (en) * | 1998-07-02 | 2000-11-14 | Maishev; Yuri | Universal cold-cathode type ion source with closed-loop electron drifting and adjustable ionization gap |
US6153067A (en) * | 1998-12-30 | 2000-11-28 | Advanced Ion Technology, Inc. | Method for combined treatment of an object with an ion beam and a magnetron plasma with a combined magnetron-plasma and ion-beam source |
US6214183B1 (en) | 1999-01-30 | 2001-04-10 | Advanced Ion Technology, Inc. | Combined ion-source and target-sputtering magnetron and a method for sputtering conductive and nonconductive materials |
US6238526B1 (en) * | 1999-02-14 | 2001-05-29 | Advanced Ion Technology, Inc. | Ion-beam source with channeling sputterable targets and a method for channeled sputtering |
US6242749B1 (en) | 1999-01-30 | 2001-06-05 | Yuri Maishev | Ion-beam source with uniform distribution of ion-current density on the surface of an object being treated |
US6246059B1 (en) | 1999-03-06 | 2001-06-12 | Advanced Ion Technology, Inc. | Ion-beam source with virtual anode |
WO2002093987A2 (en) * | 2001-05-16 | 2002-11-21 | Alekseev Valery V | Ion sorces |
WO2005048286A1 (fr) * | 2003-11-14 | 2005-05-26 | Mikhail Antonovich Parfenenok | Source de faisceaux d'ions |
EP2057300A4 (en) * | 2006-07-18 | 2010-10-27 | Guardian Industries | IONIC SOURCE WITH REPEAT IN ELECTRODE |
RU2630426C2 (ru) * | 2015-12-30 | 2017-09-07 | Акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" | Ионный источник |
-
1992
- 1992-02-20 RU SU5028137 patent/RU2030807C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Данилин Б.С., Киреев В.Ю. Применение низкотемпературной плазмы для травления и очистки материалов. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с.182, рис.9.2(г). * |
Машиев Ю.П. Источники ионов для реактивного ионнолучевого травления и нанесения пленок. Сб.Электронная промышленность, - М., 1990, вып.5, с.15-18. * |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6147354A (en) * | 1998-07-02 | 2000-11-14 | Maishev; Yuri | Universal cold-cathode type ion source with closed-loop electron drifting and adjustable ionization gap |
US6002208A (en) * | 1998-07-02 | 1999-12-14 | Advanced Ion Technology, Inc. | Universal cold-cathode type ion source with closed-loop electron drifting and adjustable ion-emitting slit |
US6130507A (en) * | 1998-09-28 | 2000-10-10 | Advanced Ion Technology, Inc | Cold-cathode ion source with propagation of ions in the electron drift plane |
US6153067A (en) * | 1998-12-30 | 2000-11-28 | Advanced Ion Technology, Inc. | Method for combined treatment of an object with an ion beam and a magnetron plasma with a combined magnetron-plasma and ion-beam source |
US6037717A (en) * | 1999-01-04 | 2000-03-14 | Advanced Ion Technology, Inc. | Cold-cathode ion source with a controlled position of ion beam |
US6242749B1 (en) | 1999-01-30 | 2001-06-05 | Yuri Maishev | Ion-beam source with uniform distribution of ion-current density on the surface of an object being treated |
US6214183B1 (en) | 1999-01-30 | 2001-04-10 | Advanced Ion Technology, Inc. | Combined ion-source and target-sputtering magnetron and a method for sputtering conductive and nonconductive materials |
US6238526B1 (en) * | 1999-02-14 | 2001-05-29 | Advanced Ion Technology, Inc. | Ion-beam source with channeling sputterable targets and a method for channeled sputtering |
US6246059B1 (en) | 1999-03-06 | 2001-06-12 | Advanced Ion Technology, Inc. | Ion-beam source with virtual anode |
WO2002093987A2 (en) * | 2001-05-16 | 2002-11-21 | Alekseev Valery V | Ion sorces |
WO2002093987A3 (en) * | 2001-05-16 | 2003-03-13 | Valery V Alekseev | Ion sorces |
WO2005048286A1 (fr) * | 2003-11-14 | 2005-05-26 | Mikhail Antonovich Parfenenok | Source de faisceaux d'ions |
EP2057300A4 (en) * | 2006-07-18 | 2010-10-27 | Guardian Industries | IONIC SOURCE WITH REPEAT IN ELECTRODE |
RU2630426C2 (ru) * | 2015-12-30 | 2017-09-07 | Акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" | Ионный источник |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6812648B2 (en) | Method of cleaning ion source, and corresponding apparatus/system | |
EP1554412B1 (en) | Plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus | |
KR940008368B1 (ko) | 마이크로파로 생성한 플라즈마를 사용하는 플라즈마 처리장치 | |
RU2030807C1 (ru) | Источник ионов с замкнутым дрейфом электронов | |
US20090032393A1 (en) | Mirror Magnetron Plasma Source | |
JPH0770532B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
JP2005504880A (ja) | ペニング放電プラズマ源 | |
KR20010024503A (ko) | 입자의 흐름을 발생하기 위하여 플라즈마 밀도그레디언트를 활용하는 장치 및 방법 | |
JPS61190070A (ja) | スパツタ装置 | |
US6246059B1 (en) | Ion-beam source with virtual anode | |
US6987364B2 (en) | Floating mode ion source | |
JPH0812856B2 (ja) | プラズマ処理方法および装置 | |
US6242749B1 (en) | Ion-beam source with uniform distribution of ion-current density on the surface of an object being treated | |
Sanders et al. | Magnetic enhancement of cathodic arc deposition | |
JPH0770512B2 (ja) | 低エネルギイオン化粒子照射装置 | |
US4931698A (en) | Ion source | |
JPH0535537B2 (ru) | ||
RU2101383C1 (ru) | Способ катодного распыления | |
JP3213135B2 (ja) | 高速原子線源 | |
RU2032766C1 (ru) | Магнетронное распылительное устройство | |
RU1818358C (ru) | Магнетронное распылительное устройство | |
RU2082255C1 (ru) | Способ получения пучка ионов и устройство для его осуществления | |
RU2109367C1 (ru) | Способ получения отрицательных ионов в поверхностно-плазменных источниках | |
JPH03129652A (ja) | イオン源装置 | |
RU2214016C2 (ru) | Мультикасповый источник ионов с двухступенчатым электрическим разрядом |