RU2817406C1 - Источник быстрых атомов для равномерного травления плоских диэлектрических подложек - Google Patents

Источник быстрых атомов для равномерного травления плоских диэлектрических подложек Download PDF

Info

Publication number
RU2817406C1
RU2817406C1 RU2023126554A RU2023126554A RU2817406C1 RU 2817406 C1 RU2817406 C1 RU 2817406C1 RU 2023126554 A RU2023126554 A RU 2023126554A RU 2023126554 A RU2023126554 A RU 2023126554A RU 2817406 C1 RU2817406 C1 RU 2817406C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hollow cathode
source
grid
fast
atoms
Prior art date
Application number
RU2023126554A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Сергеевич Метель
Сергей Николаевич Григорьев
Марина Александровна Волосова
Юрий Андреевич Мельник
Энвер Серверович Мустафаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН")
Application granted granted Critical
Publication of RU2817406C1 publication Critical patent/RU2817406C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области обработки изделий ускоренными ионами или быстрыми атомами и предназначено для получения изделий с повышенными характеристиками за счет удаления дефектного поверхностного слоя пучком быстрых атомов. Технический результат - повышение надежности и срока службы источника пучка быстрых атомов аргона при равномерном травлении плоских диэлектрических подложек за счет снижения диэлектрических загрязнений на электродах источника. Источник быстрых атомов для равномерного травления плоских диэлектрических подложек содержит газоразрядную камеру, цилиндрический полый катод внутри камеры, анод внутри полого катода и перекрывающую выходное отверстие полого катода круглую вогнутую сетку. Напротив сетки установлен экран, проходящий через ее фокальную точку, с отверстием в области фокальной точки. Снаружи газоразрядной камеры установлен соленоид для создания внутри полого катода осевого магнитного поля. 1 ил.

Description

Изобретение относится к вакуумно-плазменной технике, а именно к источникам быстрых нейтральных атомов, преимущественно к источникам пучков большого поперечного сечения быстрых нейтральных атомов для травления и нагрева изделий в рабочей вакуумной камере, в том числе перед нанесением на них покрытий с целью повышения адгезии и качества покрытий.
Известен источник пучка ионов диаметром 50 см, позволяющий очищать от загрязнений и нагревать изделия перед нанесением на них покрытий в вакууме (Hayes A.V., Kanarov V., Vidinsky В. Fifty centimeter ion beam source. // Rev. Sci. Instrum., 1996, v. 67, No 4, p. 1638-1641). В нем плазменный эмиттер ионов аргона получают в газоразрядной камере источника с помощью разряда между цилиндрическим анодом и четырьмя блоками накаленных катодов из толстой вольфрамовой проволоки в магнитном поле, создаваемом соленоидами, при давлении аргона 0,02-0,04 Па. Ионно-оптическая система (ИОС) источника состоит из двух сеток: плазменной и ускоряющей. При ускоряющем напряжении между ними 300 В ток пучка составляет 0,5-1 А, а при 500 В его величину можно изменять от 1 А до 2,2 А. При энергии ионов 800-900 эВ ток пучка достигает 4-5 А, что соответствует максимальной плотности тока 2,5 мА/см2. С уменьшением энергии ниже 300 эВ плотность тока падает до 0,1 мА/см2. Недостатком данного источника является использование накаленных катодов, которые отравляются в среде химически активных газов и быстро выходят из строя.
Известен источник ускоренных частиц, содержащий газоразрядную камеру с холодным катодом, анодом и источником питания газового разряда, корпус с фланцем для герметичного и электрического соединения с рабочей вакуумной камерой, внутри которого установлена газоразрядная камера, ускоряющую сетку между газоразрядной камерой и прилегающей к фланцу частью корпуса, а также источник ускоряющего напряжения, положительный полюс которого соединен с являющимся одним из электродов газоразрядной камеры холодным катодом, а отрицательный полюс соединен с фланцем корпуса (Метель А.С. Источники пучков заряженных частиц большого сечения на основе тлеющего разряда с холодным полым катодом. В сб. Плазменная эмиссионная электроника, тез. докл. Улан-Удэ: Бурятский институт естественных наук СО АН СССР, 1991, с. 77-81, рис. 2).
Образованные в газоразрядной камере ионы ускоряются разностью потенциалов, приложенной между образованным в газоразрядной камере плазменным эмиттером и прямоугольной ускоряющей сеткой, и через отверстия сетки пролетают в рабочую вакуумную камеру. Источник обрабатывает изделия ионами и быстрыми атомами.
Недостатком данного источника является низкая доля ионов, извлекаемых из плазменного эмиттера.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранный в качестве прототипа источник быстрых атомов, содержащий газоразрядную камеру с цилиндрическим полым катодом, перекрытым плоской круглой ускоряющей сеткой диаметром 18 см, и анодом внутри полого катода (Григорьев С.Н., Мельник Ю.А., Метель А.С., Панин В.В. Источник широкого пучка быстрых атомов, получаемых при перезарядке ионов, ускоряемых между двумя областями, заполненными плазмой // Приборы и техника эксперимента. 2009. №4. С. 166-172). При напряжении 400-500 В между анодом и полым катодом и напряжении до нескольких киловольт между полым катодом и ускоряющей сеткой, соединенной через резистор с рабочей вакуумной камерой, полый катод при давлении аргона ~ 0,2 Па заполняется однородной плазмой тлеющего разряда, ионы из плазмы ускоряются сеткой и через ее отверстия влетают в рабочую вакуумную камеру. При столкновениях с атомами газа в рабочей вакуумной камере они отдают им свой заряд и на расстоянии от сетки более 10 см формируется пучок быстрых нейтральных атомов с пренебрежимо малым содержанием ускоренных ионов. Диаметр пучка вблизи ускоряющей сетки примерно равен ее диаметру 18 см, а на расстоянии 60 см от сетки из-за столкновений с атомами газа он заметно возрастает. Тем не менее, неоднородность травления поверхности атомами аргона с энергией 1,5 кэВ на расстоянии 40 см от сетки в зоне диаметром 20 см не превышает 10%. При токе пучка 0,8 А этот источник обеспечивает равномерное травление плоских медных подложек диаметром 20 см со скоростью 5 мкм/ч.
Недостатком известного источника при обработке диэлектрических подложек, в том числе технической проблемой является загрязнение ускоряющей сетки и расположенного за ней полого катода диэлектрическим материалом распыляемых быстрыми атомами аргона подложек, приводящее к электрическим пробоям и выходу источника из строя.
Задачей предложенного решения является снижение потока в источник материала диэлектрических подложек, распыляемого быстрыми атомами.
Технический результат - повышение надежности и срока службы источника пучка быстрых атомов аргона при равномерном травлении плоских диэлектрических подложек за счет снижения диэлектрических загрязнений на электродах источника.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в источнике быстрых атомов, содержащем газоразрядную камеру, цилиндрический полый катод внутри камеры, анод внутри полого катода и перекрывающую выходное отверстие полого катода круглую сетку, сетка выполнена вогнутой, напротив сетки установлен проходящий через ее фокальную точку экран с отверстием в области последней, а снаружи газоразрядной камеры установлен соленоид для создания внутри полого катода осевого магнитного поля.
Изобретение поясняется чертежом - Фиг. 1 - на котором изображена схема источника быстрых атомов.
Источник быстрых атомов содержит газоразрядную камеру 1, цилиндрический полый катод 2 внутри камеры 1, анод 3 внутри полого катода 2, перекрывающую выходное отверстие полого катода 2 круглую сетку 4, причем сетка 4 выполнена вогнутой, проходящий через фокальную точку сетки 4 экран 5 с отверстием в области фокальной точки и соленоид 6 для создания внутри полого катода 2 осевого магнитного поля.
Кроме того, на Фиг. 1 обозначены - источник питания разряда 7, положительный полюс которого соединен с анодом 3 газоразрядной камеры 1, а отрицательный полюс соединен с полым катодом 2, источник ускоряющего напряжения 8, положительный полюс которого соединен с анодом 3 газоразрядной камеры 1, а отрицательный полюс соединен с сеткой 4, подключенной через резистор 9 к рабочей вакуумной камере 10 для размещения обрабатываемых подложек 11, разрядная плазма 12, слой положительного объемного заряда 13, ионы 14 и 15 и быстрые нейтральные атомы 16 и 17.
Устройство работает следующим образом.
При напряжении 400-500 В между анодом 3 и полым катодом 2 и напряжении до нескольких киловольт между анодом 3 и ускоряющей сеткой 4, подключенной через резистор 9 к рабочей вакуумной камере 10, полый катод 2 при давлении аргона ~ 0,2 Па заполняется однородной разрядной плазмой 12, ионы 14 и 15 из плазмы 12 ускоряются в слое положительного объемного заряда 13 сеткой 4 и через отверстия сетки 4 влетают в рабочую вакуумную камеру 10. Так как разрядная плазма 12 достаточно однородна, ширина слоя 13 постоянна на всей поверхности сетки 4 и ускоренные ионы 14 и 15 пролетают через сетку 4 по нормалям к ее поверхности. Поэтому траектории всех быстрых атомов 16 и 17, образованных в результате перезарядки ускоренных ионов 14 и 15 на пути от сетки 4 до экрана 5, сходятся в фокальной точке сетки 4 и через отверстие в экране 5 летят на поверхность обрабатываемой диэлектрической подложки 11. При площади распыляемой поверхности подложки ~ 100 см2 и диаметре отверстия в экране 1 см поток диэлектрического материала на ускоряющую сетку 4 источника снижается в сотни раз за счет его осаждения на поверхности экрана 5. Это уменьшает вероятность электрических пробоев в источнике и повышает его надежность.
Из-за увеличения угла падения быстрых атомов на подложку с расстоянием от ее центра скорость травления на периферии подложки снижается. Повышая ток соленоида 6 и индукцию осевого магнитного поля внутри полого катода 2, можно увеличить концентрацию плазмы 12 у цилиндрической стенки полого катода 2 и, соответственно, плотность тока ускоренных ионов 14 и 15 на периферии сетки 4 и скорость травления быстрыми атомами 16 и 17 периферии подложки 11. Регулировка тока соленоида 6 позволяет добиться максимальной однородности травления поверхности подложки 11.
По сравнению с прототипом, заявляемый источник быстрых атомов для равномерного травления плоских диэлектрических подложек, позволяет повысить надежность и срок службы источника пучка за счет снижения диэлектрических загрязнений на электродах источника.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в независимом пункте формулы изобретения, обеспечивает получение заявленного технического результата - повышения надежности и срока службы источника пучка быстрых атомов аргона при равномерном травлении плоских диэлектрических подложек за счет снижения диэлектрических загрязнений на электродах источника.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для равномерного травления плоских диэлектрических подложек быстрыми атомами аргона;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Claims (1)

  1. Источник быстрых атомов для равномерного травления плоских диэлектрических подложек, содержащий газоразрядную камеру, цилиндрический полый катод внутри камеры, анод внутри полого катода и перекрывающую выходное отверстие полого катода круглую сетку, отличающийся тем, что сетка выполнена вогнутой, напротив сетки установлен проходящий через ее фокальную точку экран с отверстием в области последней, а снаружи газоразрядной камеры установлен соленоид для создания внутри полого катода осевого магнитного поля.
RU2023126554A 2023-10-17 Источник быстрых атомов для равномерного травления плоских диэлектрических подложек RU2817406C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2817406C1 true RU2817406C1 (ru) 2024-04-16

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040219789A1 (en) * 2003-02-14 2004-11-04 Applied Materials, Inc. Cleaning of native oxide with hydrogen-containing radicals
RU2373603C1 (ru) * 2008-07-23 2009-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ГОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") Источник быстрых нейтральных атомов
US20100107980A1 (en) * 2003-12-12 2010-05-06 Semequip Method and apparatus for extracting ions from an ion source for use in ion implantation
US9793098B2 (en) * 2012-09-14 2017-10-17 Vapor Technologies, Inc. Low pressure arc plasma immersion coating vapor deposition and ion treatment
RU2726187C1 (ru) * 2019-11-28 2020-07-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "СТАНКИН") Устройство для обработки изделий быстрыми атомами
RU2752877C1 (ru) * 2020-12-11 2021-08-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Устройство для обработки диэлектрических изделий быстрыми атомами

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040219789A1 (en) * 2003-02-14 2004-11-04 Applied Materials, Inc. Cleaning of native oxide with hydrogen-containing radicals
US20100107980A1 (en) * 2003-12-12 2010-05-06 Semequip Method and apparatus for extracting ions from an ion source for use in ion implantation
RU2373603C1 (ru) * 2008-07-23 2009-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ГОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") Источник быстрых нейтральных атомов
US9793098B2 (en) * 2012-09-14 2017-10-17 Vapor Technologies, Inc. Low pressure arc plasma immersion coating vapor deposition and ion treatment
RU2726187C1 (ru) * 2019-11-28 2020-07-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "СТАНКИН") Устройство для обработки изделий быстрыми атомами
RU2752877C1 (ru) * 2020-12-11 2021-08-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Устройство для обработки диэлектрических изделий быстрыми атомами

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4581118A (en) Shaped field magnetron electrode
US5022977A (en) Ion generation apparatus and thin film forming apparatus and ion source utilizing the ion generation apparatus
US4574179A (en) Ion beam machining device
US6664739B1 (en) Enhanced electron emissive surfaces for a thin film deposition system using ion sources
US4541890A (en) Hall ion generator for working surfaces with a low energy high intensity ion beam
JP2013524467A (ja) 改良型イオン源
JPS5845892B2 (ja) スパツタ蒸着装置
US5138169A (en) Method and apparatus for irradiating low-energy electrons
RU2373603C1 (ru) Источник быстрых нейтральных атомов
RU2817406C1 (ru) Источник быстрых атомов для равномерного травления плоских диэлектрических подложек
JP4078084B2 (ja) イオン化成膜方法及び装置
RU2817564C1 (ru) Источник быстрых атомов для травления диэлектриков
WO2013099044A1 (ja) イオンビーム処理装置および中和器
JP3529775B2 (ja) アークダウンを防止するための接地されたシールドを有する電子ビームガン
TW201941240A (zh) 用於離子束蝕刻之電漿橋引式中和器
TWI803098B (zh) 離子源裝置
RU2716133C1 (ru) Источник быстрых нейтральных молекул
US20050092935A1 (en) Electron beam treatment apparatus
JP3064214B2 (ja) 高速原子線源
JP3556069B2 (ja) イオン打ち込み装置
Sinclair et al. Dramatic reduction of DC field emission from large area electrodes by plasma-source ion implantation
RU2702623C1 (ru) Источник быстрых нейтральных молекул
JP3363040B2 (ja) 高速原子線源
RU2752877C1 (ru) Устройство для обработки диэлектрических изделий быстрыми атомами
RU2796652C1 (ru) Устройство для формирования пучка кластерных или атомарных ионов газа