RU2468465C2 - High-speed neutral particle source - Google Patents
High-speed neutral particle source Download PDFInfo
- Publication number
- RU2468465C2 RU2468465C2 RU2010153005/07A RU2010153005A RU2468465C2 RU 2468465 C2 RU2468465 C2 RU 2468465C2 RU 2010153005/07 A RU2010153005/07 A RU 2010153005/07A RU 2010153005 A RU2010153005 A RU 2010153005A RU 2468465 C2 RU2468465 C2 RU 2468465C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- source
- channel
- neutral
- neutralization
- separator electrodes
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике получения пучков быстрых нейтральных частиц и может быть использовано для получения пучков нейтральных атомов, радикалов и молекул.The invention relates to techniques for producing beams of fast neutral particles and can be used to obtain beams of neutral atoms, radicals and molecules.
Известен источник быстрых нейтральных частиц [1], в котором имеется канал нейтрализации, обеспечивающий нейтрализацию потока быстрых положительно заряженных атомных и молекулярных частиц с помощью механизмов резонансной перезарядки и поверхностной нейтрализации. Недостатком указанного источника является относительно низкая эффективность процессов нерезонансной перезарядки, которая имеет место при формировании пучков ионов сложного химического состава.A known source of fast neutral particles [1], in which there is a channel of neutralization, which ensures the neutralization of the flow of fast positively charged atomic and molecular particles using the mechanisms of resonant charge exchange and surface neutralization. The disadvantage of this source is the relatively low efficiency of non-resonant recharging processes, which takes place during the formation of ion beams of complex chemical composition.
В качестве прототипа рассмотрим источник быстрых нейтральных частиц с холодным катодом и замкнутым дрейфом электронов [2]. В данном источнике, состоящем из щелевого катода, замкнутого анода, источника магнитного поля и канала нейтрализации, обеспечивается эффективная генерация пучков быстрых частиц с высокой степенью нейтральности. Недостатком данного источника является относительно низкая эффективность процессов нерезонансной перезарядки в газовой фазе, которая имеет место при формировании ионных пучков сложного химического состава, что снижает технологические возможности источника.As a prototype, consider a source of fast neutral particles with a cold cathode and a closed electron drift [2]. In this source, consisting of a gap cathode, a closed anode, a magnetic field source and a neutralization channel, efficient generation of beams of fast particles with a high degree of neutrality is provided. The disadvantage of this source is the relatively low efficiency of non-resonant recharging in the gas phase, which occurs during the formation of ion beams of complex chemical composition, which reduces the technological capabilities of the source.
Целью данного изобретения является увеличение степени нейтрализации выходного пучка сложного химического состава практически до 100%. Поставленная цель в базовой конструкции достигается применением специального устройства, названного сепаратором, выводящего остаточные быстрые ионы из пучка и выполненного в виде электродов определенной длины и конфигурации, размещенных за выходным сечением канала нейтрализации.The aim of this invention is to increase the degree of neutralization of the output beam of a complex chemical composition to almost 100%. The goal in the basic design is achieved by using a special device called a separator that removes residual fast ions from the beam and is made in the form of electrodes of a certain length and configuration located behind the output section of the neutralization channel.
В отличие от известных источников быстрых нейтральных частиц предлагаемый источник обладает следующими преимуществами:In contrast to the known sources of fast neutral particles, the proposed source has the following advantages:
(1) практически полное устранение заряженной компоненты из выходного пучка;(1) almost complete elimination of the charged component from the output beam;
(2) возможность установки минимальной величины напряжения на сепараторе, достаточного для его эффективной работы при заданных значениях энергии и заряда ионов и в то же время не вызывающего возникновения паразитных электрических разрядов между элементами конструкции и распыления электродов;(2) the ability to set the minimum voltage on the separator, sufficient for its effective operation at given values of energy and ion charge and at the same time not causing spurious electrical discharges between structural elements and sputtering of electrodes;
(3) возможность уменьшения распыления пластин сепаратора путем придания им специальной формы;(3) the ability to reduce the atomization of the separator plates by giving them a special shape;
(4) возможность покрытия пластин сепаратора материалами, не взаимодействующими с ионами пучка;(4) the ability to cover separator plates with materials not interacting with beam ions;
(5) простота конструкции и эксплуатации.(5) simplicity of design and operation.
Изобретение иллюстрируется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 представлен источник быстрых нейтральных частиц.Figure 1 shows the source of fast neutral particles.
На фиг.2 представлено сечение А-А (фиг.1) - вариант.Figure 2 presents a section aa (figure 1) - option.
На фиг.3 представлено сечение А-А (фиг.1) - вариант.Figure 3 presents a section aa (figure 1) - option.
На фиг.4 представлен многоканальный источник быстрых нейтральных частиц.Figure 4 presents a multichannel source of fast neutral particles.
На фиг.5 представлен источник быстрых нейтральных частиц со сходящимся пучком.Figure 5 presents a source of fast neutral particles with a converging beam.
На фиг.6 представлен источник быстрых нейтральных частиц с расходящимся пучком.Figure 6 shows the source of fast neutral particles with a diverging beam.
На фиг.7 представлен источник быстрых нейтральных частиц с наклонным каналом и сходящимся пучком.7 shows a source of fast neutral particles with an inclined channel and a converging beam.
На фиг.8 представлен источник быстрых нейтральных частиц с наклонным каналом и расходящимся пучком.On Fig presents a source of fast neutral particles with an inclined channel and a diverging beam.
На фиг.9 представлен источник быстрых нейтральных частиц с радиально расходящимся пучком.Figure 9 shows a source of fast neutral particles with a radially diverging beam.
На фиг.10 представлен вариант геометрии электродов сепаратора (фиг.9) в плане.Figure 10 presents a variant of the geometry of the electrodes of the separator (figure 9) in plan.
На фиг.11 представлен вариант геометрии электродов сепаратора (фиг.9) в плане.Figure 11 presents a variant of the geometry of the electrodes of the separator (figure 9) in plan.
На фиг.12 представлен источник быстрых нейтральных частиц с радиально сходящимся пучком.12 shows a source of fast neutral particles with a radially converging beam.
На фиг.13 представлен вариант геометрии электродов сепаратора (фиг.12) в плане.On Fig presents a variant of the geometry of the electrodes of the separator (Fig) in plan.
На фиг.14 представлен вариант геометрии электродов сепаратора (фиг.12) в плане.On Fig presents a variant of the geometry of the electrodes of the separator (Fig) in plan.
На фиг.15 представлен источник быстрых нейтральных частиц с радиально сходящимися пучками.On Fig presents a source of fast neutral particles with radially converging beams.
На фиг.16 представлен источник быстрых нейтральных частиц с радиально расходящимися пучками.On Fig presents a source of fast neutral particles with radially diverging beams.
Предлагаемый источник (фиг.1) содержит источник быстрых нейтральных частиц 1, описанный ранее [2] и заканчивающийся каналом нейтрализации 2, отрицательный (или заземленный) внешний электрод сепаратора 4, заземленный (или положительный) внутренний электрод сепаратора 7, установочные изоляторы 3 и 8.The proposed source (Fig. 1) contains a source of fast
В результате прохождения пучка быстрых частиц через канал сепаратора 5 ионная составляющая этого пучка 9 полностью отклоняется, и в результате на выходе из источника получается практически нейтральный пучок 6 быстрых частиц.As a result of the passage of the beam of fast particles through the channel of the
Источник работает следующим образом. Пучок быстрых частиц, выходящий из канала нейтрализации, попадает в канал сепаратора, в котором с помощью электродов определенной геометрии создано электрическое поле с сильной поперечной составляющей. В результате за время пролета канала сепаратора остаточные ионы, присутствующие в пучке, приобретают поперечную составляющую скорости.The source works as follows. A beam of fast particles exiting the neutralization channel enters the separator channel, in which an electric field with a strong transverse component is created using electrodes of a certain geometry. As a result, during the passage of the separator channel, the residual ions present in the beam acquire a transverse velocity component.
При определенной геометрии сепаратора и разности напряжений на его электродах можно обеспечить такое отклонение траекторий остаточных ионов, чтобы все они перехватывались электродами. При заданных значениях длины электродов l и расстояния между электродами d напряжение, требуемое для удаления из пучка быстрых частиц ионов с кинетической энергией, соответствующей ускоряющему напряжению V, определяется формулой:With a certain geometry of the separator and the voltage difference across its electrodes, it is possible to provide such a deviation of the trajectories of the residual ions so that they are all intercepted by the electrodes. For given values of the length of the electrodes l and the distance between the electrodes d, the voltage required to remove ions from the beam of fast particles with kinetic energy corresponding to the accelerating voltage V is determined by the formula:
Придавая электродам сепаратора специальную форму, можно полностью устранить распыления пластин сепаратора.By giving the separator electrodes a special shape, atomization of the separator plates can be completely eliminated.
В сечении А-А конструкция источника быстрых нейтральных частиц (фиг.1) может иметь несколько вариантов, например круговое сечение (фиг.2) или вытянутое сечение (фиг.3), что обеспечивает формирование нейтральных пучков различной пространственной протяженности.In section AA, the design of the source of fast neutral particles (Fig. 1) can have several options, for example, a circular section (Fig. 2) or an elongated section (Fig. 3), which ensures the formation of neutral beams of various spatial extent.
Экспериментальные исследования предлагаемого источника быстрых нейтральных частиц были осуществлены при использовании источника, формирующего ленточный пучок. Длина канала сепаратора составляла 100-230 мм. При изменении напряжения на внешнем электроде от 0 до 150 В ионная составляющая выходного пучка уменьшалась практически до нуля. При использовании различных рабочих газов были достигнуты следующие скорости травления двуокиси кремния: 12 нм/мин (CF4), 8.0 нм/мин (C3F8), 15 нм/мин (SF6), а при использовании углеводородов (c-C6H5) получены скорости нанесения алмазоподобной пленки (АПП) и скорости травления АПП пучком кислорода до 40 нм/мин и 50 нм/мин соответственно.Experimental studies of the proposed source of fast neutral particles were carried out using a source forming a ribbon beam. The length of the separator channel was 100-230 mm. When the voltage at the external electrode changed from 0 to 150 V, the ionic component of the output beam decreased almost to zero. Using various working gases, the following etching rates of silicon dioxide were achieved: 12 nm / min (CF 4 ), 8.0 nm / min (C 3 F 8 ), 15 nm / min (SF 6 ), and when using hydrocarbons (cC 6 H 5 ) the rates of deposition of a diamond-like film (APP) and the etching rate of the APP with an oxygen beam up to 40 nm / min and 50 nm / min, respectively, were obtained.
Для улучшения равномерности выходного пучка предлагается многоканальная конструкция источника (фиг.4). По сравнению с источником быстрых нейтральных частиц (фиг.1) эта конструкция содержит несколько щелевых источников быстрых нейтральных частиц, снабженных электродами сепаратора 4 и 7. Конструкция позволяет улучшить равномерность выходного нейтрального пучка за счет перекрывания угловых диаграмм отдельных пучков, причем эффект зависит от расстояния источник - обрабатываемая поверхность.To improve the uniformity of the output beam, a multi-channel source design is proposed (Fig. 4). Compared to the source of fast neutral particles (Fig. 1), this design contains several slotted sources of fast neutral particles equipped with
Для фокусировки выходного пучка в некоторую область предлагается конструкция со сходящимся пучком (фиг.5). По сравнению с источником быстрых нейтральных частиц (фиг.1) эта конструкция содержит наклонно направленный канал нейтрализации и соосные с ним электроды сепаратора 4 и 7. Конструкция обеспечивает получение сфокусированного нейтрального пучка 6 для повышения производительности процессов обработки, причем эффект фокусировки зависит как от угла наклона, так и от расстояния источник - обрабатываемая поверхность.To focus the output beam in a certain area, a design with a converging beam is proposed (Fig. 5). Compared to the source of fast neutral particles (Fig. 1), this design contains an obliquely directed neutralization channel and
Для управления равномерностью обработки поверхностей сложного профиля предлагается конструкция с расходящимся пучком (фиг.6). По сравнению с источником быстрых нейтральных частиц (фиг.1) эта конструкция содержит канал нейтрализации с отрицательным наклоном и соосные с ним электроды сепаратора 4 и 7. Конструкция обеспечивает получение расходящегося нейтрального пучка 6, причем эффект расфокусировки зависит как от угла наклона, так и от расстояния источник - обрабатываемая поверхность.To control the uniformity of surface treatment of complex profiles, a design with a diverging beam is proposed (Fig.6). Compared with the source of fast neutral particles (Fig. 1), this design contains a neutralization channel with a negative slope and coaxial electrodes of the
Для увеличения эффективности нейтрализации на стенках канала нейтрализации и фокусировки выходного пучка в некоторую область предлагается конструкция с наклонным каналом и электродами сепаратора и сходящимся пучком (фиг.7). По сравнению с источником быстрых нейтральных частиц (фиг.1) эта конструкция содержит наклонный к направлению ионного пучка канал нейтрализации 2 и соосные с ним электроды сепаратора 4 и 7. Угол наклона может изменяться в диапазоне 0-15°. При таких углах резко возрастает эффективность нейтрализации ионного пучка на стенках канала, что существенно увеличивает коэффициент использования ионного пучка. Одновременно конструкция обеспечивает фокусировку выходного пучка, что повышает производительность обработки материалов.To increase the efficiency of neutralization on the walls of the channel of neutralization and focusing of the output beam to a certain area, a structure with an inclined channel and separator electrodes and a converging beam is proposed (Fig. 7). Compared to the source of fast neutral particles (Fig. 1), this design contains a
Для увеличения эффективности нейтрализации на стенках канала и обработки поверхностей сложного профиля предлагается конструкция с наклонным каналом и электродами сепаратора и расходящимся пучком (фиг.8). По сравнению с источником быстрых нейтральных частиц (фиг.1) эта конструкция содержит наклонный от направления ионного пучка канал нейтрализации 2 и соосные с ним электроды сепаратора 4 и 7. Угол наклона может изменяться в диапазоне 0-15°. При таких углах резко возрастает эффективность нейтрализации ионного пучка на стенках канала, что существенно увеличивает коэффициент использования ионного пучка. Одновременно конструкция обеспечивает получение расходящегося нейтрального пучка.To increase the efficiency of neutralization on the walls of the channel and processing surfaces of complex profiles, a structure with an inclined channel and separator electrodes and a diverging beam is proposed (Fig. 8). Compared to the source of fast neutral particles (Fig. 1), this design contains a
Для обработки внутренних поверхностей предлагается источник быстрых нейтральных частиц с радиально расходящимся пучком (фиг.9). По сравнению с источником быстрых нейтральных частиц (фиг.1) эта конструкция содержит источник быстрых нейтральных частиц с радиально расходящимся пучком и электроды сепаратора 4 и 7. Конструкция обеспечивает получение радиально расходящегося нейтрального пучка 6 для обработки внутренних поверхностей объектов.For processing internal surfaces, a source of fast neutral particles with a radially diverging beam is proposed (Fig. 9). Compared with the source of fast neutral particles (Fig. 1), this design contains a source of fast neutral particles with a radially diverging beam and the
В плане конструкция источника быстрых нейтральных частиц с радиально расходящимся пучком (фиг.9) может иметь несколько вариантов, например круговое сечение (фиг.10) или вытянутое сечение (фиг.11), что обеспечивает формирование нейтрального пучка 6 различной пространственной протяженности.In terms of design, the source of fast neutral particles with a radially diverging beam (Fig. 9) can have several options, for example, a circular section (Fig. 10) or an elongated section (Fig. 11), which ensures the formation of a
Для обработки внешних поверхностей объектов предлагается источник быстрых нейтральных частиц с радиально сходящимся пучком (фиг.12). По сравнению с источником быстрых нейтральных частиц (фиг.1) эта конструкция содержит источник быстрых нейтральных частиц с радиально сходящимся пучком и электроды сепаратора 4 и 7. Конструкция обеспечивает получение радиально сходящегося нейтрального пучка 6 для обработки внешних поверхностей, например, перемещающегося вдоль оси стержня (фиг.13) или пластины (фиг.14).To process the external surfaces of objects, a source of fast neutral particles with a radially converging beam is proposed (Fig. 12). Compared to the source of fast neutral particles (Fig. 1), this design contains a source of fast neutral particles with a radially converging beam and the
В плане конструкция источника быстрых нейтральных частиц с радиально сходящимся пучком (фиг.12) может иметь несколько вариантов, например круговое сечение (фиг.13) или вытянутое сечение (фиг.14), что обеспечивает формирование нейтрального пучка 6 различной пространственной протяженности.In terms of design, the source design of fast neutral particles with a radially converging beam (Fig. 12) can have several options, for example, a circular section (Fig. 13) or an elongated section (Fig. 14), which ensures the formation of a
Для равномерной обработки внешних поверхностей объектов предлагается источник быстрых нейтральных частиц с радиально сходящимися пучками (фиг.15). По сравнению с источником быстрых нейтральных частиц (фиг.1) эта конструкция содержит источник быстрых нейтральных частиц с радиально сходящимися пучками 6 и электродами сепаратора 4 и 7. Конструкция обеспечивает равномерную обработку протяженных участков внешней поверхности различных объектов.For uniform processing of the external surfaces of objects, a source of fast neutral particles with radially converging beams is proposed (Fig. 15). Compared to the source of fast neutral particles (Fig. 1), this design contains a source of fast neutral particles with radially converging
Для равномерной обработки внутренних поверхностей предлагается источник быстрых нейтральных частиц с радиально расходящимися пучками (фиг.16). По сравнению с источником быстрых нейтральных частиц (фиг.1) эта конструкция содержит источник быстрых нейтральных частиц с радиально расходящимися пучками 6 и электродами сепаратора 4 и 7. Конструкция обеспечивает равномерную обработку протяженных участков внутренней поверхности различных объектов.For uniform processing of internal surfaces, a source of fast neutral particles with radially diverging beams is proposed (Fig. 16). Compared to the source of fast neutral particles (Fig. 1), this design contains a source of fast neutral particles with radially diverging
ЛитератураLiterature
1. Revell P.J., Evans A.C. Ion beam etching using saddle field sources. Thin Solid Films, 1981, v.86, №2/3, p.117-124.1. Revell P.J., Evans A.C. Ion beam etching using saddle field sources. Thin Solid Films, 1981, v. 86, No. 2/3, p. 117-124.
2. Маишев Ю.П., Шевчук С.Л., Терентьев Ю.П., Кудря В.П. Патент на изобретение №2395133 "Источник быстрых нейтральных частиц". Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений РФ 20 июля 2010 г. Приоритет изобретения от 10 марта 2009 г.2. Maishev Yu.P., Shevchuk S.L., Terentyev Yu.P., Kudrya V.P. Patent for invention No. 2395133 "Source of fast neutral particles." Registered in the State Register of Inventions of the Russian Federation on July 20, 2010. Priority of the invention of March 10, 2009
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010153005/07A RU2468465C2 (en) | 2010-12-27 | 2010-12-27 | High-speed neutral particle source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010153005/07A RU2468465C2 (en) | 2010-12-27 | 2010-12-27 | High-speed neutral particle source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010153005A RU2010153005A (en) | 2012-07-10 |
| RU2468465C2 true RU2468465C2 (en) | 2012-11-27 |
Family
ID=46848002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010153005/07A RU2468465C2 (en) | 2010-12-27 | 2010-12-27 | High-speed neutral particle source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2468465C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU367475A1 (en) * | 1970-12-28 | 1973-01-23 | VACUUM DULAR CHAMBER | |
| 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 |
| RU2395133C1 (en) * | 2009-03-10 | 2010-07-20 | Учреждение РАН Физико-технологический институт РАН | Source of high-speed neutral particles |
-
2010
- 2010-12-27 RU RU2010153005/07A patent/RU2468465C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU367475A1 (en) * | 1970-12-28 | 1973-01-23 | VACUUM DULAR CHAMBER | |
| 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 |
| RU2395133C1 (en) * | 2009-03-10 | 2010-07-20 | Учреждение РАН Физико-технологический институт РАН | Source of high-speed neutral particles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010153005A (en) | 2012-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7389165B2 (en) | Multiple reflection time-of-flight mass spectrometer | |
| US20070187229A1 (en) | Filtered cathodic-arc plasma source | |
| TWI754700B (en) | Apparatus for extraction ion beam | |
| US20150380206A1 (en) | Single bend energy filter for controlling deflection of charged particle beam | |
| JP2015502649A (en) | First-order and second-order focusing using field-free regions in time of flight | |
| US8963081B2 (en) | Mass selector, and ion gun, ion irradiation apparatus and mass microscope | |
| KR20030074242A (en) | Ion beam mass separation filter, mass separation method thereof and ion source using the same | |
| JP4576467B2 (en) | Insulator-interposed plasma processing equipment | |
| RU2001115747A (en) | METHOD FOR PRODUCING FULLERY-CONTAINING SOOT AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| EP2405463A1 (en) | Laser-ablation ion source with ion funnel | |
| RU2653581C2 (en) | Method and device for directing neutral particles beam | |
| EP2036112B1 (en) | Apparatus for accelerating an ion beam | |
| RU2395133C1 (en) | Source of high-speed neutral particles | |
| JP6734874B2 (en) | Double bending ion guide and device using the same | |
| JP4690477B2 (en) | Anode wall multi-divided plasma generator and plasma processing apparatus | |
| RU2468465C2 (en) | High-speed neutral particle source | |
| JP4568768B2 (en) | Plasma generating apparatus and plasma processing apparatus | |
| CN103459652A (en) | Apparatus and method for surface processing | |
| JP2006253190A (en) | Neutral particle beam processing apparatus and method of neutralizing charge | |
| Nojima et al. | Mass separation of AuGe-LMIS using a new principle: Rotating electric fields | |
| Nojima | Printing clear annular patterns by mass separated ion using rotating electric fields | |
| US9431228B2 (en) | Ion lens for reducing contaminant effects in an ion guide of a mass spectrometer | |
| US20180012768A1 (en) | Plasma Processing Apparatus and Plasma Processing Method | |
| KR20130025224A (en) | Sputtering equipment using high density plasma and method thereof | |
| JPH07169597A (en) | Tandem electrostatic accelerator |