Источник ионов

 

(19)RU(11)1144548(13)C(51)  МПК ⁶    _H01J27/04Статус: по данным на 17.01.2013 - прекратил действиеПошлина: учтена за 1 год с 29.06.1993 по 28.06.1994

(54) ИСТОЧНИК ИОНОВ

Изобретение относится к устройствам для получения ионных пучков и может быть использовано для получения тонких пленок различных материалов, для ионного и ионно-химического травления и очистки поверхностей. Известен источник ионов, содержащий разрядную камеру, ускорительную ступень, магнитную систему. Разрядная камера содержит катоды и анод-парораспределитель. Ускоряющая ступень состоит из ускоряющего электрода и верхнего катода газоразрядной камеры. Газоразрядная камера и ускоряющая ступень имеют кольцевые щели для извлечения потока ионов. Магнитная система создает магнитное поле в кольцевом зазоре полюсных наконечников. Величина магнитного поля регулируется изменением тока, протекающего через магнитную катушку. Ионы, образованные в газоразрядной камере в скрещенных Е и Н полях, через кольцевую щель попадают в ускоряющую ступень и через ускоряющую щель покидают источник. Ионный пучок, извлекаемый из источника, имеет четко выраженную трубчатую форму. Недостатком известного источника является невозможность управления распределением плотности ионов в поперечном сечении пучка в связи с определенной (кольцевой) конфигурацией системы формирования ионного пучка. Ближайшим техническим решением к предлагаемому является источник ионов с холодным катодом, содержащий газоразрядную камеру с расположенными в ней цилиндрическими анодом, торцевым катодом и перфорированным катодом, магнитную систему и систему формирования ионного пучка. В известном источнике используется разряд Пеннинга с холодным катодом, что позволяет ионизовать в нем широкий круг веществ, в том числе и химически активные вещества. Однако наблюдается значительный градиент концентрации плазмы поперек магнитного поля, что предопределяет высокую неоднородность пучка ионов по радиусу. Для выравнивания распределения плотности тока в известном источнике используют перфорированный катод переменной по площади прозрачности. Однако заданное таким образом распределение невозможно изменить в процессе работы источника без замены перфорированного катода. Целью изобретения является регулирование распределения плотности ионного тока по его сечению. Эта цель достигается тем, что в источнике ионов с холодным катодом, содержащем газоразрядную камеру с расположенными в ней цилиндрическим анодом, торцевым катодом и перфорированным катодом, магнитную систему и систему формирования ионного пучка, в газоразрядной камере со стороны торцевого катода соосно аноду установлен цилиндрический электрод с возможностью его продольного перемещения и введены средства независимого поддержания на нем электрического потенциала по отношению к аноду и катоду газоразрядной камеры. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез источника. Источник ионов содержит цилиндрический катод 1, торцевой катод 2, перфорированный катод 3, систему формирования пучка, включающую ускоряющий электрод 4. Внутрь газоразрядной камеры со стороны торцевого катода 2 введен цилиндрический электрод 5, установленный с возможностью продольного перемещения. Магнитная система выполнена, например, в виде соленоида 6. Введено также средство поддержания потенциала на электроде 5 источник 7 потенциала. Рабочий газ подается по трубке 8. Катушка магнитного поля 6 представляет собой соленоид на железном каркасе из магнитомягкого материала. Магнитная система создает внутри газоразрядной камеры продольное магнитное поле напряженностью до 500 Э. Соотношение между радиусом r_a анода 1 и радиусом r_д.э. электрода 5 подчиняется выражению r_a-r_д.э.>r_л.е., где r_л.е. ларморовский радиус электронов, для того, чтобы обеспечить возможность образования прианодного дрейфового слоя электронов в газоразрядной камере и повысить эффективность ионизации рабочего газа. Источник работает следующим образом. Вакуумный объем, к которому пристыковывается источник, откачиваетcя до рабочего давления. Через трубку подачи газа 8 в газоразрядную камеру подается рабочий газ. Через соленоид 6 пропускается электрический ток. В газоразрядной камере создается продольное магнитное поле. На анод 1 и катоды 2, 3 через электрические вводы подается разрядное напряжение. На анод 1, кроме того, подается положительное относительно ускоряющего электрода 4 ускоряющее напряжение. Ускоряющий электрод заземлен. На электрод 5 от источника питания 7 подается регулируемое напряжение от -500 до +500 В. В разрядной камере, образованной электродами 1, 2, 3, создается радиальное электрическое поле. В скрещенных Е и Н полях в газоразрядной камере возникает разряд. Ионы этого разряда движутся на катоды 2 и 3. Через отверстие перфорированного катода 3 они покидают газоразрядную камеру. В ускоряющем промежутке ионы ускоряются и извлекаются из источника через отверстие в ускоряющем электроде. При изменении положения электрода 5 по оси газоразрядной камеры в процессе работы источника регулируется распределение ионного тока по радиусу. Изменением потенциала, приложенного к электроду 5 относительно электродов газоразрядной камеры, также регулируется распределение плотности ионного тока по радиусу пучка. В экспериментах вакуумный объем установки УРМ.327.90.37 откачивали до давления 10^-5 мм рт. ст. Через трубку напуска газа 8 в источник подавали рабочий газ аргон, воздух до установления в вакуумном объеме установки УРМ давления 2˙10^-4 мм рт. ст. Через соленоид 6 пропускали электрический ток величиной I= 3 A, внутри газоразрядной камеры создавалось магнитное поле напряженностью Н-500 Э. На анод подавалось напряжение U_a=500 B, на катоды U_к= -500 В. Ускоряющее напряжение U_уск=3 кВ. В разрядной камере зажигался разряд с разрядным током I=300 мА. Ионный ток пучка при этом составлял 70 мА. На электрод 5 не подавалось напряжение от источника питания 7. Изменяя положение электрода 5 по оси газоразрядной камеры, получали ионные пучки с различным распределением ионной плотности по радиусу. На электрод 5 подавалось регулируемое напряжение от источника питания 7 относительно электродов газоразрядной камеры от -500 до +500 В. При этом плотность ионного тока по радиусу изменялась в значительных пределах. Таким образом, благодаря введению внутрь газоразрядной камеры дополнительного электрода 5 с возможностью его продольного перемещения вдоль оси газоразрядной камеры, гальванически развязанного от электродов газоразрядной камеры с возможностью поддержания на нем необходимого потенциала, создан источник с управляемым профилем распределения плотности ионов по радиусу ионного пучка в процессе его работы. Использование изобретения обеспечивает сокращение времени обработки мишеней и возможность оперативного регулирования профиля обработки мишеней.

Формула изобретения

ИСТОЧНИК ИОНОВ с холодным катодом, содержащий газоразрядную камеру с расположенными в ней цилиндрическим анодом, торцевым катодом и перфорированным катодом, магнитную систему и систему формирования ионного пучка, отличающийся тем, что, с целью регулирования распределения плотности ионного тока пучка по его сечению, в газоразрядной камере со стороны торцевого катода соосно аноду установлен цилиндрический электрод с возможностью его продольного перемещения и введены средства независимого поддержания на нем электрического потенциала по отношению в аноду и катодам газоразрядной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 29.06.1994

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2002

Извещение опубликовано: 27.12.2002        

---