Устройство для микроволновой вакуумно-плазменной с электронно-циклотронным резонансом обработки поверхности

Авторы патента:

H05H1/46 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)
H01L21 - Способы и устройства для изготовления или обработки полупроводниковых приборов или приборов на твердом теле или их частей (способы и устройства, специально предназначенные для изготовления и обработки приборов, относящихся к группам H01L 31/00- H01L 49/00, или их частей, см. эти группы; одноступенчатые способы изготовления, содержащиеся в других подклассах, см. соответствующие подклассы, например C23C,C30B; фотомеханическое изготовление текстурированных поверхностей или поверхностей с рисунком, материалы или оригиналы для этой цели; устройства, специально предназначенные для этой цели вообще G03F)[2]

 

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.

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)в/4, (1) где в - длина волны в вакууме, р = 2, 3 и т.д.

Возможный диапазон перестройки резонатора удовлетворяет соотношениям 2,7R3,2R. (2) Принимая значения R1 = в/3,2, R2 = в/2,7, , получаем резонансный контур (фиг.2) с добротностью Q0=940. 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 [ЕВ].

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.

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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.03.2007

Извещение опубликовано: 20.03.2007        БИ: 08/2007




 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для генерации плазмоидов, близких по своим свойствам к шаровым молниям и имеющих возможность автономного существования в свободном пространстве

Изобретение относится к конструкции электродуговых плазмотронов с межэлектродными вставками (МЭВ), предназначенных для нанесения покрытий или плазменной закалки в труднодоступных местах, например для нанесения защитных покрытий на внутренние поверхности труб, диаметр которых в свету соизмерим с дистанциями, принятыми для напыления (100-300 мм)

Изобретение относится к технике высокотемпературной плазмы и может быть использовано при разработке мощных источников рентгеновского излучения

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, более конкретно к устройствам обработки материалов с помощью плазмотронов

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, более конкретно к устройствам обработки материалов с помощью плазмотронов

Изобретение относится к физике плазмы, преимущественно к физике и технике моделирования высокоскоростных потоков микрочастиц, и может быть использовано, в частности, при имитации воздействия на поверхность оптических и конструкционных материалов космического приборостроения потоков микрометеоритов и мелкодисперсных частиц антропогенного загрязнения космического пространства на низких околоземных орбитах

Изобретение относится к физике плазмы, преимущественно к физике и технике моделирования высокоскоростных потоков микрочастиц, и может быть использовано, в частности, при имитации воздействия на поверхность оптических и конструкционных материалов космического приборостроения потоков микрометеоритов и мелкодисперсных частиц антропогенного загрязнения космического пространства на низких околоземных орбитах

Изобретение относится к физике плазмы, преимущественно к физике и технике моделирования высокоскоростных потоков микрочастиц, и может быть использовано, в частности, при имитации воздействия на поверхность оптических и конструкционных материалов космического приборостроения потоков микрометеоритов и мелкодисперсных частиц антропогенного загрязнения космического пространства на низких околоземных орбитах

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к электроразрядным устройствам с жидким электродом, и может быть применено в плазмохимии, а также в других отраслях производства, в частности, для очистки воздуха от вредных примесей, таких как окислы серы, азота и др

Изобретение относится к области космической техники, а именно к источникам плазмы для снятия электростатического потенциала космического аппарата и плазменного контактора в электродинамических тросовых системах

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике

Изобретение относится к микромеханике, преимущественно к технологии изготовления микропрофилированных интегральных механоэлектрических тензопреобразователей, и может быть использовано при разработке и производстве интегральных датчиков механических величин или микроэлектромеханических систем, содержащих трехмерные кремниевые микроструктуры

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в технологиях изготовления как дискретных полупроводниковых приборов, так и интегральных микросхем в процессе позиционирования исходных полупроводниковых пластин-подложек (например, на основе монокристаллического кремния) перед операцией их разделения на отдельные структуры ("ЧИП"ы)

Изобретение относится к получению пористых пленок из полипараксилилена и его замещенных, имеющим низкую диэлектрическую константу и высокую термостойкость, и полупроводниковому прибору, в котором эта пленка используется в качестве изолирующего слоя

Изобретение относится к изолирующим пленкам, которые применяются в области электроники и электронных приборов, к процессу получения этих пленок и к полупроводниковому прибору, в котором эта пленка применяется

Изобретение относится к структуре, ориентированной на радиосвязь, в частности, к структуре КМОП-микросхем для цифрового приемопередатчика радиосвязи

Изобретение относится к области производства и эксплуатации интегральных схем и может быть использовано для их отбраковки с наличием загрязнений кристаллов в загерметизированных ИС, приводящих со временем к коррозии алюминиевой металлизации на кристалле

Изобретение относится к устройствам нанесения покрытий посредством центрифугирования и может быть использовано, в частности, для создания светочувствительного слоя на полупроводниковых пластинах и фотошаблонах

Изобретение относится к процессам электрохимической обработки полупроводниковых пластин и может быть использовано для создания кремниевых подложек с поверхностями, применимыми в качестве эмиттеров ионов в аналитических приборах, в частности масс-спектрометрах
Наверх