RU2223570C1 - Устройство для микроволновой вакуумно-плазменной с электронно-циклотронным резонансом обработки поверхности - Google Patents
Устройство для микроволновой вакуумно-плазменной с электронно-циклотронным резонансом обработки поверхности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2223570C1 RU2223570C1 RU2002127839/15A RU2002127839A RU2223570C1 RU 2223570 C1 RU2223570 C1 RU 2223570C1 RU 2002127839/15 A RU2002127839/15 A RU 2002127839/15A RU 2002127839 A RU2002127839 A RU 2002127839A RU 2223570 C1 RU2223570 C1 RU 2223570C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- microwave
- magnetic
- cyclotron resonance
- reactor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32192—Microwave generated discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3266—Magnetic control means
- H01J37/32678—Electron cyclotron resonance
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
Abstract
Использование: вакуумно-плазменная обработка потоками частиц поверхности материалов микроэлектроники, металлов и сплавов. Техническим результатом изобретения является создание устройства для ионной обработки поверхности материалов с высокой степенью однородности и значительным диапазоном плотностей потока частиц. Сущность изобретения: открытый низкодобротный резонатор в форме усеченного конуса, согласующий импедансы плазмы нагрузки и генератора СВЧ-мощности, формирует переменное электромагнитное поле с рабочей модой E01 направленного в область электронно-циклотронного резонанса и вместе с магнитной системой формирует однородный направленный поток ионов плазмы на обрабатываемую поверхность. 3 ил.
Description
Изобретение относится к вакуумно-плазменной обработке (очистке, осаждению, травлению и т.д.) потоками ионов, атомов молекул и радикалов молекулярных газов слоев и пленочных материалов в электронике.
Известно устройство для микроволновой плазменной обработки с электронно-циклотронным резонансом (ЭЦР) поверхностей материалов [1], в котором реализуется преобразование мод из моды Т10 в передающем волноводе в моду ТМ0n, а затем происходит передача энергии излучения СВЧ в область плазмообразования. Генерация плазмы производится в круглом волноводе, который отделен от передающего волновода кварцевым окном. Для создания ЭЦР в плазме используется магнитное поле электромагнитов.
Недостатком описанного устройства является то, что вблизи ввода СВЧ-плазмы образуется скин-слой, и дальнейшее увеличение мощности не приводит к увеличению концентрации заряженных частиц из-за отражения СВЧ-электромагнитной волны от этого участка.
Наиболее близким по технической сущности, принятым за прототип, является источник СВЧ-плазмы, снабженный сеткой, при подаче на которую определенного потенциала формируется направленный поток частиц [2].
Недостатком описанной конструкции является использование электромагнитных катушек, создающих магнитное поле для ЭЦР эффекта, напряженность которого медленно падает при удалении от области плазмообразования, что приводит к снижению интенсивности потока частиц на образец. Это связано с увеличением габаритов и массы магнитной системы, что влияет на стоимость оборудования.
Другим недостатком является использование электрода в виде сетки с подключенным к нему генератором радиочастотных импульсов в качестве устройства для вытягивания ионов. При этом происходит распыление материала сетки, и атомы неконтролируемой примеси попадают на подложку образца.
Технической задачей изобретения является создание устройства для вакуумно-плазменной обработки материалов электронной техники, повышающего степень ионизации плазмы и формирующего направленный однородный поток заряженных частиц с помощью постоянных кольцевых магнитов, расположенных на поверхности, вне вакуумной камеры.
Достигается это тем, что устройство для микроволновой вакуумно-плазменной с электронно-циклотронным резонансом обработки поверхности твердого тела, включающее микроволновой генератор, реактор и магнитную систему, снабжено открытым низкодобротным СВЧ-резонатором, выполненным в виде усеченного конуса, который автоматически согласует импедансы плазмы - нагрузки и микроволнового генератора, формирует рабочую моду Е010 и направляет излучение СВЧ в область плазмообразования, при этом для создания направленного потока ионов высокой плотности на обрабатываемую поверхность используется магнитная система, магнитные полюса которой разной полярности, замкнутые магнитопроводом с наружной стороны реактора, создают внутри него магнитное поле, контур силовых линий которого формируется за счет незамкнутых полюсов магнитной системы, причем используется только нижняя составляющая магнитного поля, образованного верхним кольцом магнитов, прилегающих к резонатору.
Четвертьволновой резонатор, являющийся устройством ввода СВЧ-энергии, представляет собой полую конструкцию в виде усеченного конуса, выполненного из меди или ее сплавов. Из условия резонанса следует, что геометрические размеры резонатора определяются по формуле
lрез = 2R = (2p-1)λв/4, (1)
где λв - длина волны в вакууме,
р = 2, 3 и т.д.
lрез = 2R = (2p-1)λв/4, (1)
где λв - длина волны в вакууме,
р = 2, 3 и т.д.
Возможный диапазон перестройки резонатора удовлетворяет соотношениям
2,7R≤λ≤3,2R. (2)
Принимая значения
R1 = λв/3,2, R2 = λв/2,7, ,
получаем резонансный контур (фиг.2) с добротностью Q0=9÷40. При изменении проводимости плазмы и ее импеданса, являющегося нагрузкой открытого резонатора, изменяется его добротность. С увеличением проводимости плазмы добротность падает, что приводит к автоматическому регулированию передачи СВЧ-излучения.
2,7R≤λ≤3,2R. (2)
Принимая значения
R1 = λв/3,2, R2 = λв/2,7, ,
получаем резонансный контур (фиг.2) с добротностью Q0=9÷40. При изменении проводимости плазмы и ее импеданса, являющегося нагрузкой открытого резонатора, изменяется его добротность. С увеличением проводимости плазмы добротность падает, что приводит к автоматическому регулированию передачи СВЧ-излучения.
На фиг. 1 приведено устройство для микроволновой вакуумно-плазменной с ЭЦР обработки поверхности твердого тела.
На фиг.2 показана структура электромагнитных полей открытого резонатора.
На фиг.3 показана структура магнитных силовых линий.
Устройство представляет собой микроволновый генератор СВЧ 1, расположенный непосредственно на открытом коническом резонаторе 2, прилегающем к реактору 3 через кварцевое вакуумно-плотное окно 8. В верхней части реактора 3 расположено магнитное кольцо 4, замкнутое с внешней стороны с нижним магнитным кольцом 5, магнитопроводом 6. Обрабатываемая пластина 7 расположена в нижней части реактора, 9 - система откачки газов, 10 - система напуска газа.
Микроволновое излучение с рабочей модой Е010 [3] (напряженности электромагнитного поля аксиально-симметричны) поступает через кварцевое окно в зону плазмообразования реактора 3, производя ионизацию рабочего газа. Причем вектор электрической составляющей электромагнитной волны с модой Е010 и прикладываемое магнитное поле в зоне плазмообразования реактора образуют ортогональную систему, в которой реализуется ЭЦР. Вместе с тем в скрещенных полях происходит дрейф электронов в направлении, ортогональном [Е•В].
В этом случае электрон, вращаясь вокруг силовых линий магнитного поля по циклотронным орбитам, одновременно дрейфует по спирали к оси симметрии системы [4], что приводит к увеличению траектории движения электрона, повышая тем самым количество столкновений с частицами, а следовательно, и степень ионизации рабочего газа. Затем электрон покидает зону плазмообразования, следуя магнитным силовым линиям (фиг.3). Образованный в результате ухода электронов избыток ионов создает своим пространственным зарядом потенциал положительного знака, который, воздействуя на ионы, создает их направленный поток [5] на обрабатываемую поверхность.
Источники информации
1. Патент Японии 63-273408 от 28.10.88.
1. Патент Японии 63-273408 от 28.10.88.
2. Патент США 5399830 от 21.03.1995.
3. А.М. Чернушенко и др. Конструкция экранов и СВЧ-устройств, М.: Радио и связь, 1990.
4. В.Е. Голант и др. Основы физики плазмы, М.: Атомиздат, 1977.
5. Е. А. Петров и др. Источник ионнного потока и СВЧ-плазмы низкого давления, Физика плазмы, т.17, вып.11, 1991, 1369-1382.
Claims (1)
- Устройство для микроволновой вакуумно-плазменной с электронно-циклотронным резонансом обработки поверхности твердого тела, включающее микроволновой генератор, реактор и магнитную систему, отличающееся тем, что устройство снабжено открытым низкодобротным СВЧ-резонатором, выполненным в виде усеченного конуса, который автоматически согласует импедансы плазмы - нагрузки и микроволнового генератора, формирует рабочую моду Е010 и направляет излучение СВЧ в область плазмообразования, при этом для создания направленного потока ионов высокой плотности на обрабатываемую поверхность используется магнитная система, магнитные полюса которой разной полярности, замкнутые магнитопроводом с наружной стороны реактора, создают внутри него магнитное поле, контур силовых линий которого формируется за счет незамкнутых полюсов магнитной системы, причем используется только нижняя составляющая магнитного поля, образованного верхним кольцом магнитов, прилегающих к резонатору.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002127839/15A RU2223570C1 (ru) | 2002-10-18 | 2002-10-18 | Устройство для микроволновой вакуумно-плазменной с электронно-циклотронным резонансом обработки поверхности |
PCT/RU2003/000425 WO2004039132A2 (fr) | 2002-10-18 | 2003-10-01 | Procede destine au traitement de surface par micro-ondes et par le plasma a vide utilisant la resonance electronique cyclotronique |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002127839/15A RU2223570C1 (ru) | 2002-10-18 | 2002-10-18 | Устройство для микроволновой вакуумно-плазменной с электронно-циклотронным резонансом обработки поверхности |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2223570C1 true RU2223570C1 (ru) | 2004-02-10 |
RU2002127839A RU2002127839A (ru) | 2004-04-20 |
Family
ID=32173370
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002127839/15A RU2223570C1 (ru) | 2002-10-18 | 2002-10-18 | Устройство для микроволновой вакуумно-плазменной с электронно-циклотронным резонансом обработки поверхности |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2223570C1 (ru) |
WO (1) | WO2004039132A2 (ru) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9136794B2 (en) | 2011-06-22 | 2015-09-15 | Research Triangle Institute, International | Bipolar microelectronic device |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0216731A (ja) * | 1988-07-05 | 1990-01-19 | Mitsubishi Electric Corp | プラズマ反応装置 |
RU2106716C1 (ru) * | 1992-04-27 | 1998-03-10 | Равиль Кяшшафович Яфаров | Установка для микроволновой вакуумно-плазменной обработки конденсированных сред |
JPH06224154A (ja) * | 1993-01-25 | 1994-08-12 | Mitsubishi Electric Corp | プラズマ処理装置 |
RU2120681C1 (ru) * | 1996-04-16 | 1998-10-20 | Равиль Кяшшафович Яфаров | Устройство для микроволновой вакуумно-плазменной с электронно-циклотронным резонансом обработки конденсированных сред |
-
2002
- 2002-10-18 RU RU2002127839/15A patent/RU2223570C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-10-01 WO PCT/RU2003/000425 patent/WO2004039132A2/ru not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2004039132A3 (fr) | 2004-07-01 |
WO2004039132A2 (fr) | 2004-05-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0648069B1 (en) | RF induction plasma source for plasma processing | |
US4960073A (en) | Microwave plasma treatment apparatus | |
US6876154B2 (en) | Plasma processing apparatus | |
US7863582B2 (en) | Ion-beam source | |
EP0450061B1 (en) | Improved resonant radio frequency wave coupler apparatus using higher modes | |
US6899054B1 (en) | Device for hybrid plasma processing | |
JP4073174B2 (ja) | 中性粒子ビーム処理装置 | |
JP3912993B2 (ja) | 中性粒子ビーム処理装置 | |
CA1311214C (en) | Dual plasma microwave apparatus and method for treating a surface | |
US8590485B2 (en) | Small form factor plasma source for high density wide ribbon ion beam generation | |
TWI467615B (zh) | 離子源與調整離子束均一性的方法 | |
JPH02103932A (ja) | 粒子発生源 | |
JPH01283745A (ja) | プラズマ発生装置及びプラズマ元素分析装置 | |
JPH0732072B2 (ja) | プラズマ励起装置および方法ならびにプラズマ発生装置 | |
JP2002134049A (ja) | 質量分析装置、イオン注入装置、およびイオンビームの封じ込め方法 | |
KR101095602B1 (ko) | 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 생성장치 | |
KR101092511B1 (ko) | 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 생성장치 | |
JP3561080B2 (ja) | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 | |
WO1998001599A9 (en) | Microwave applicator for an electron cyclotron resonance plasma source | |
WO1999035302A1 (en) | Coaxial resonant multiport microwave applicator for an ecr plasma source | |
WO1998001599A1 (en) | Microwave applicator for an electron cyclotron resonance plasma source | |
US8698400B2 (en) | Method for producing a plasma beam and plasma source | |
GB2387964A (en) | Plasma processing apparatus | |
KR20090037343A (ko) | 자화된 유도결합형 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 발생방법 | |
RU2223570C1 (ru) | Устройство для микроволновой вакуумно-плазменной с электронно-циклотронным резонансом обработки поверхности |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051019 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20070320 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121019 |