ИСТОЧНИК НИЗКОЭНЕРГЕТИЧНЫХ ИОННЫХ ПУЧКОВ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЙ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ Российский патент 2009 года по МПК H01J27/24 

Изобретение относится к устройствам для получения ионных пучков и управления ими и может быть использовано в качестве ключевого элемента как существующих, так и новых промышленных технологий наноэлектроники таких, например, как безрезистивная нанолитография, имплантация, размерное легирование, ионно-химическое сухое травление, ионная микроскопия, устранение дефектов литографических масок, получение тонких пленок с уникальными новыми свойствами (техника ионно-пучковой эпитаксии), микро- и наномеханическая обработка тонких пленок субмикронной толщины (так называемое «фрезерование» ионными пучками), прямое «рисование» микросхем на подложке с управлением от компьютера.

Известна техника, в которой ионы получаются при облучении вещества мишени сфокусированным лучом лазера (так называемая лазерная абляция). На фиг.1 представлена схема устройства ионного источника с использованием лазерной абляции, предложенная нобелевским лауреатом 1990 года по химии R.Smalley [1]. Данный источник ионных пучков состоит из сверхзвукового сопла 1; мишени 3, выполненной в виде стержня (или проволоки), подаваемого в источник перпендикулярно плоскости фиг.1; импульсного клапана 9 для подачи буферного газа-носителя 4; луча лазера 5, проходящего в источник ионов через входное окно 10; скиммера 11; двух ступеней вакуумной откачки 7 и 8.

Работает данный источник ионов следующим образом. Буферный газ-носитель 4 (аргон или гелий) высокой чистоты через импульсный клапан 9, открытие которого синхронизировано с лазерным импульсом, попадает в дозвуковую часть сопла 1, где он обдувает мишень 3. Сфокусированный луч лазера 5 вызывает испарение и ионизацию вещества мишени 3. Получаемые таким образом ионы с энергиями в области нескольких сотен эВ (энергетический спектр ионов при лазерной абляции определяется величиной плотности потока излучения лазера в импульсе) замедляются в буферном газе-носителе до тепловых скоростей за счет многократных ион-атомных столкновений. Так как используется буферный газ высокой чистоты, то нейтрализации ионов в этом газе не происходит, потому что потенциалы ионизации атомов благородных газов (аргон, гелий) выше, чем потенциалы ионизации атомов практически всех возможных веществ мишени. Затем медленные ионы подхватываются газовым потоком и выносятся из сопла 1 сверхзвуковой газовой струей. Отметим, что режим сверхзвукового истечения буферного газа из сопла 1 обеспечивается с помощью вакуумной откачки 7. Скиммер 11, являющийся конусной диафрагмой с острой кромкой входного отверстия, вырезает из сверхзвуковой струи ее приосевую часть вместе с термализованными в ней ионами. Таким образом, ионы, прошедшие через скиммер 11, в виде пучка выводятся из источника в условия высокого вакуума, который обеспечивается с помощью откачки 8.

Недостатком описанного источника ионов [1] является низкая эффективность использования вещества мишени, так как, во-первых, значительная часть образованных при лазерной абляции ионов теряется на стенках сопла при их замедлении в буферном газе-носителе, а, во-вторых, даже для идеально изготовленного и оптимально установленного скиммера не более 1% ионов, вынесенных сверхзвуковой струей из сопла, может пройти через скиммер в виде ионного пучка (это прямо следует из того, что скиммер вырезает из струи лишь ее небольшую приосевую часть).

Другим недостатком источника ионных пучков, схематически представленного на фиг.1, является ограниченный срок его службы. Дело в том, что при работе данного источника часть испаренного лазерным лучом 5 вещества мишени 3 неминуемо осаждается на поверхности входного окна 10, что со временем приводит к потере его прозрачности для лазерного луча 5. Значительная часть ионов и нейтральных атомов, испаренных лазерным лучом из мишени 3 и затем вынесенных сверхзвуковой струей из сопла 1, осаждается на наружной поверхности скиммера 11, что постепенно приводит к притуплению острой кромки его входного отверстия и даже его «зарастанию». В результате данных негативных процессов осаждения вещества мишени установка источника ионов выходит из режима нормального и полноценного функционирования, и для продолжения эксплуатации требуется ее остановка с целью замены и/или очистки (когда это возможно) входного окна 10 и скиммера 11. Кроме того, недостатком рассматриваемого источника ионов [1] является также необходимость использования достаточно мощной вакуумной откачки 7 для достижения необходимых параметров сверхзвукового потока буферного газа перед входным отверстием скиммера 11, что приводит к увеличению размеров и стоимости установки.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому изобретению является источник ионных пучков [2], конструктивная схема которого представлена на фиг.2.

Данный источник ионов состоит из аксиально-симметричного сопла Лаваля 1, имеющего на оси трубку 2, проходящую через дозвуковую сужающуюся часть сопла 1 в область сверхзвукового расширения буферного газа-носителя (расширяющаяся часть сопла) и мишени 3 в виде стержня (или проволоки), подаваемого в сопло через трубку 2 (см. фиг.2). Буферный газ-носитель 4 подается в сопло 1 через отверстие в стенке дозвуковой части сопла, а лазерный луч 5 фокусируется на торец стержня мишени 3, выступающего из поддерживающей его трубки 2.

Работает этот источник ионов следующим образом. При истечении в вакуум буферного газа-носителя (это может быть, например, водород, гелий, неон, азот, аргон, криптон или ксенон) через сопло 1 образуется сверхзвуковая струя газа, которая обтекает трубку 2 и смыкается за торцом мишени 3. Взаимодействие лазерного луча 5, сфокусированного на торец мишени 3, вызывает испарение и ионизацию вещества мишени, аналогично тому, как это происходит в описанном выше источнике ионов [1]. Образованные при лазерной абляции ионы замедляются при столкновениях с атомами буферного газа-носителя, происходит их термализация с газом-носителем, и в результате формируется пучок ионов, имеющий скорость и температуру (характеризующую разброс ионов по скоростям), равные скорости и статической температуре сверхзвуковой струи, соответственно. Так как в описании изобретения ионного источника [2] отсутствуют какие-либо указания на устройство, с помощью которого ионный пучок выводится из газовой струи в условия высокого вакуума, мы вправе считать, что для этой цели авторами предполагалось использовать скиммер, потому что использование скиммеров для формирования молекулярных и ионных пучков из сверхзвуковых газовых потоков было в то время, а это был 1987 год, общепринятой практикой. Отметим, что один из авторов описанного источника ионных пучков [2] является также и автором предлагаемого изобретения.

Источник ионов [2] имеет общие с описанным выше источником ионов [1] недостатки - это низкая эффективность использования вещества мишени, ограниченный срок службы источника (из-за «зарастания» входного отверстия скиммера осаждающимся веществом мишени) и необходимость использования мощной вакуумной откачки для сверхзвуковой струи буферного газа-носителя. Кроме того, недостатком источника ионов [2] является необходимость относительно большого расхода дорогого буферного газа высокой чистоты. Напомним, что в источнике [1] уменьшение среднего расхода буферного газа достигается за счет использования импульсного режима работы клапана 11 (см. фиг.1).

Целью настоящего изобретения является уменьшения потерь вещества мишени, расхода буферного газа-носителя, габаритов установки источника при одновременном уменьшении ее стоимости, а также увеличение срока службы.

Поставленная цель достигается тем, что в источнике ионных пучков, содержащем сверхзвуковое сопло Лаваля с установленной на его оси трубкой, через которую мишень в виде стержня (или проволоки) подается в сверхзвуковую часть сопла, и имеющем сфокусированный на торец мишени лазерный луч, осуществляющий испарение и ионизацию вещества мишени, он дополнительно снабжен электромагнитной ионной воронкой, установленной на оси сопла за его выходным срезом для очистки ионного пучка от основной массы истекающего из сопла буферного газа-носителя, его фокусировки и вывода в условия высокого вакуума.

На фиг.3 представлена конструктивная схема, поясняющая работу предлагаемого источника низкоэнергетичных ионных пучков для технологий наноэлектроники. Так же как и описанный выше ионный источник [2] (см. фиг.2) предлагаемый источник содержит аксиально-симметричное сопло Лаваля 1, имеющее на оси трубку 2, проходящую через дозвуковую сужающуюся часть сопла 1 в область сверхзвукового расширения буферного газа-носителя (расширяющаяся часть сопла) и мишень 3 в виде стержня (или проволоки), подаваемого в струю газа-носителя через трубку 2 в сопле 1. Буферный газ-носитель 4 также поступает в сопло 1 через отверстие в стенке дозвуковой части сопла, и лазерный луч 5 фокусируется на торец стержня мишени 3, выступающего из поддерживающей его трубки 2. Дополнительными по сравнению с прототипом (см. фиг.2) элементами конструкции предлагаемого источника являются электромагнитная ионная воронка 6, установленная на оси сопла за его выходным срезом, и дополнительная ступень вакуумной откачки 8. Электромагнитная ионная воронка 6 состоит их стопки тонких кольцевых металлических электродов с уменьшающимися в направлении струи диаметрами центральных отверстий. К кольцевым электродам воронки приложено радиочастотное электрическое напряжение таким образом, что соседние электроды находятся в противофазе. Для проводки луча лазера 5 к мишени 3 сквозь тело электромагнитной воронки 6 в некоторых кольцевых электродах имеются соответствующие отверстия, как это показано на фиг.3. Несколько последних кольцевых электродов воронки 6 располагаются в области высоковакуумной откачки 8 (см. фиг.3), и к этим электродам дополнительно могут быть приложены постоянные электрические напряжения, создающие внутри этой части воронки 6 небольшое ускоряющее ионы электрическое поле.

Предлагаемый источник низкоэнергетичных ионов работает следующим образом. Ионы, произведенные в результате ионизации вещества мишени 3 лазерным лучом 5, замедляются и охлаждаются при столкновениях с нейтральными атомами газа-носителя до скорости и статической температуры газовой струи, соответственно. По выходе из сопла 1 ионы транспортируются газовым потоком внутри электромагнитной ионной воронки 6. Радиочастотное напряжение, приложенное к электродам воронки 6, создает внутри воронки 6 эффективное электрическое поле, отталкивающее ионы к оси и удерживающее их внутри воронки 6. В то же время, нейтральный буферный газ-носитель свободно истекает из воронки 6 через зазоры между кольцевыми электродами за счет вакуумной откачки 7. В результате, очищенный от основной массы газа-носителя и сфокусированный электромагнитной воронкой 6 ионный пучок попадает в условия высокого вакуума 8, для поддержания которого достаточно использовать вакуумный насос небольшой производительности. При переходе из области откачки 7 в высоковакуумную область 8 давление буферного газа внутри воронки 6 уменьшается по направлению к ее выходу. Таким образом, в области последних кольцевых электродов воронки 6, расположенных в области откачки 8, длина свободного пробега ионов в остаточном буферном газе становится больше, чем диаметры центральных отверстий в электродах воронки 6, а также расстояния между соседними электродами. Поэтому, для улучшения условий транспортировки ионов через эту конечную часть воронки 6 к электродам, расположенным в высоковакуумной части откачки 8, дополнительно могут быть приложены постоянные напряжения, создающие вдоль оси этой части воронки 6 небольшое постоянное ускоряющее ионы электрическое поле (например, как показали приведенные ниже результаты компьютерных экспериментов, электрического поля 0.75 В/см оказывается достаточным для эффективной экстракции ионного пучка из источника при использования разных буферных газов-носителей и для ионов разной массы).

Именно такая неизвестная ранее оригинальная комбинация газодинамического ионного источника [2] (прототип) с электромагнитной ионной воронкой 6 (см. фиг.3) позволяет достичь заявленной цели. Тот факт, что эффективное электрическое поле, создаваемое приложенным к кольцевым электродам воронки 6 радиочастотным напряжением, отталкивает ионы к оси воронки 6, позволяет практически без потерь вывести из источника все ионы, полученные при облучении лучом лазера 5 вещества мишени 3. Кольцевые электроды электромагнитной воронки 6 препятствуют осаждению распыленного лазерным лучом 5 вещества мишени 3 на поверхности фокусирующей лазерный луч оптики (на фиг.3 оптика не показана), что значительно повышает срок непрерывной работы предлагаемого источника ионов. Более того, в конструкции предлагаемого источника отсутствует скиммер, из-за которого нормальная работа ионного источника могла бы быть также нарушена за счет осаждения на его поверхности вещества мишени 3.

Так как в отличие от условий работы ионного источника [2] (прототип), здесь при транспортировке ионов через электромагнитную воронку 6 нет необходимости в поддержании режима сверхзвукового течения буферного газа-носителя, то оптимальные условия работы предлагаемого источника низкоэнергетичных ионов обеспечиваются при значительно меньших расходах буферного газа-носителя через сопло 1. В частности, это означает, что для работы установки предлагаемого источника ионов можно использовать вакуумные насосы значительно меньшей производительности, и, вследствие этого, общие габариты и цена оборудования для установки предлагаемого источника низкоэнергетичных ионов становятся значительно меньше.

Для того чтобы еще больше уменьшить необходимую скорость откачки вакуумных насосов, можно разделить электромагнитную ионную воронку 6 на две раздельно откачиваемые части. Конструктивная схема такого варианта источника представлена на фиг.4. Как видно из фиг.4, электромагнитная ионная воронка здесь состоит из двух частей 6а и 6б, и вакуумная система состоит теперь не из двух (как на фиг.3), а из трех ступеней дифференциальной откачки 7а, 7б и 8.

Особенность работы данного варианта ионного источника заключается в том, что давление буферного газа снаружи первой части воронки 6а (см. фиг.4), поддерживаемое откачкой 7а, в несколько раз выше, чем давление газа снаружи второй части воронки 6б, поддерживаемое вакуумной откачкой 7б (фиг.4). В результате этого эффективная работа предлагаемого источника низкоэнергетичных ионов обеспечивается в данном его варианте двумя небольшими форвакуумными насосами, откачивающими обе части электромагнитной воронки (см. фиг.4). Причем суммарная скорость откачки этих насосов значительно меньше, чем производительность вакуумного оборудования, необходимого для откачки электромагнитной воронки 6 в случае источника ионов, схема которого представлена на фиг.3.

С целью проверки работы предлагаемого источника ионов и исследования его характеристик мы выполнили детальное численное моделирование процессов газодинамического охлаждения и формирования в источнике низкоэнергетичных ионных пучков. С помощью имеющейся у нас оригинальной программы, основанной на решении полной системы время-зависимых уравнений Навье-Стокса, моделировались как дозвуковые, так и сверхзвуковые течения буферного газа-носителя. Результаты этих газодинамических расчетов использовались в качестве исходных данных другой программой, которая на основе метода Монте-Карло осуществляла траекторные расчеты ионов в электромагнитных воронках (см. фиг.3 и фиг.4) при совместном на них действии газодинамических и электрических полей. Фактически, это были компьютерные эксперименты, позволившие нам подробно исследовать работу предлагаемого источника ионов. Описание указанных компьютерных программ, результаты их тщательного тестирования, а также результаты других компьютерных экспериментов в области молекулярных и ионных пучков можно найти, например, в наших работах [3] и [4].

В качестве примера реализации предлагаемого источника низкоэнергетичных ионов рассмотрим устройство источника (фиг.3) со следующими основными геометрическими параметрами:

1. Сопло Лаваля 1

- сужающаяся и расширяющаяся конусные части имеют углы раствора 90°;

- диаметр критического сечения (горловина сопла) - 1.0 мм;

- длина сверхзвуковой части - 3.6 мм;

- длина дозвуковой части - 2.0 мм;

- диаметр выходного среза - 8.0 мм.

2. Трубка 2 в сопле и стержень мишени 3

- длина сверхзвуковой части стержня мишени - 3.6 мм;

- диаметр стержня мишени - 0.4 мм;

- длина сверхзвуковой части трубки в сопле - 3.0 мм;

- диаметр трубки в сопле - 0.6 мм.

3. Электромагнитная ионная воронка 6

- толщина кольцевых электродов - 0.1 мм;

- зазор между соседними кольцевыми электродами - 0.3 мм;

- внутренний входной диаметр - 8.0 мм;

- внутренний выходной диаметр - 1.0 мм;

- число электродов в области откачки 7-111 шт., включая

39 шт. во входной цилиндрической части и 72 шт. в конусной части;

- число электродов в области высоковакуумной откачки 8-10 шт.

Для указанной геометрии источника ионов и комнатной температуры сопла были выполнены газодинамические компьютерные расчеты при следующих давлениях гелия и аргона, которые использовались в качестве буферных газов-носителей:

- давление торможения (в дозвуковой части сопла) - 120 мбар;

- давление в области откачки 7-1.0 мбар;

- давление в области откачки 8-2·10^-4 мбар.

Так, в качестве иллюстрации на фиг.5 приведены результаты газодинамических расчетов для поля скоростей гелия. Черными линиями со стрелками показаны направления газовых потоков, значения величин скорости газа указаны черными цифрами на белом фоне. Цвет на фиг.5 служит для отображения величин скоростей в газовом потоке: красный - максимальная скорость, синий - минимальная. На фиг.6 результаты тех же расчетов, что и на фиг.5, представлены более подробно для области сверхзвуковой части сопла и входной части электромагнитной ионной воронки 6. Здесь ясно видна вихревая структура газового потока при вязком обтекании трубки 2 в сопле и конца стержня мишени 3.

Оказалось, что для данного примера реализации предлагаемого ионного источника расход гелия через сопло 1 равен 27.8 мбар·л/с, что для давления газа 1.0 мбар в области 7 (см. фиг.3) соответствует скорости откачки форвакуумного насоса 27.8 л/с. При этом натекание гелия в область высоковакуумной откачки 8 составляет всего 0.06 мбар·л/с, и, следовательно, сравнительно небольшой турбомолекулярный насос со скоростью откачки 300 л/с сможет поддерживать в этой области вакуум 2·10^-4 мбар (отметим, что при этом вакууме длина свободного пробега в гелии порядка 1 м).

Аналогичные газодинамические расчеты, выполненные для буферного газа-носителя аргона, показали, что для поддержания в области 7 заданного давления аргона 1.0 мбар в этом случае будет достаточно форвакуумного насоса со скоростью откачки 9 л/с.

Результаты указанных газодинамических расчетов (поля температуры, плотности и компонент скорости буферного газа-носителя) были использованы далее в траекторных расчетах ионных пучков с использованием метода Монте-Карло. Траекторные расчеты были выполнены для ионов, испаряемых лазерным лучом из медной и золотой мишеней и формируемых в ионные пучки внутри электромагнитной ионной воронки 6 (фиг.3) в потоках гелия и аргона. Оказалось, что приложенного к кольцевым электродам воронки 6 напряжения U=10 В при частоте F=2 МГЦ достаточно для 100% экстракции ионных пучков в область высоковакуумной откачки 7 (фиг.3).

Численные оценки максимально возможного ионного тока, выполненные с учетом негативного влияния объемного заряда ионного пучка, показали, что через рассматриваемую в настоящем примере электромагнитную воронку 6 может быть без потерь пропущен пучок с током 0.5 мкА.

На фиг.7 и фиг.8 представлены результаты расчетов Монте-Карло для распределений продольных и радиальных компонент скорости ионных пучков меди (Cu⁺) и золота (Au⁺), выведенных из ионного источника в область высоковакуумной откачки 8. А на фиг.9 представлены результаты расчетов для кумулятивных распределений этих ионных пучков по радиусу.

Основные характеристики ионных пучков, полученных в результате описанных выше компьютерных экспериментов, представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 Основные характеристики ионных пучков, полученных с использованием гелия в качестве буферного газа-носителя Характеристика ионного пучка ⁶⁴Cu^{+ 197}Au⁺ Продольная скорость V=(м/с) 465 270 энергия Е=(эВ) 0.072 0.074 Разброс продольных скоростей ΔV=(м/с) 225 145 температура Т=(К) 196 251 Радиальная скорость V⊥(м/с) 250 130 энергия E⊥(эВ) 0.021 0.017 Разброс радиальных скоростей ΔV⊥(м/с) 170 107 температура T⊥(К) 112 137 Поперечный эмиттанс ε_x,y(π·мм·мрад) 98 89 Нормализованный поперечный эмиттанс (π·мм·мрад·[эВ]^1/2) 26.3 24.4

Как видно из таблиц 1 и 2, низкоэнергетичные ионные пучки, получаемые с помощью предлагаемого ионного источника, имеют очень маленький нормализованный поперечный эмиттанс ε^N _x,y и тепловой разброс ионов по скоростям. Поэтому, последующие их ускорение и фокусировка системой традиционных электростатических линз позволяют получать остро сфокусированные ионные пучки с диаметрами в несколько нанометров для их использования в различных промышленных технологиях наноэлектроники.

Таблица 2 Основные характеристики ионных пучков, полученных с использованием аргона в качестве буферного газа-носителя Характеристика ионного пучка ⁶⁴Cu^{+ 197}Au⁺ Продольная скорость V=(м/с) 690 410 энергия Е=(эВ) 0.16 0.17 Разброс продольных скоростей ΔV=(м/с) 300 182 температура Т=(К) 348 398 Радиальная скорость V⊥(м/с) 290 150 энергия E⊥(эВ) 0.028 0.023 Разброс радиальных скоростей ΔV⊥(м/с) 280 120 температура T⊥(К) 304 172 Поперечный эмиттанс ε_x,y(π·мм·мрад) 65.3 52 Нормализованный поперечный эмиттанс (π·мм·мрад·[эВ]^1/2) 26.1 21.4

Например, при дальнейшем ускорении ионов до энергий 50-100 кэВ (это обычные энергии ионных пучков, используемых в современных ионно-пучковых промышленных технологиях) и для угловой расходимости пучка (угол полураствора пучка) θ_1/2=20°=364 мрад будут получены ионные пучки с диаметрами 500-700 нанометров без потерь интенсивности (т.е. при ионных токах до 0.5 мкА). За счет дополнительного диафрагмирования ионного пучка, что, естественно, сопровождается соответствующими потерями его интенсивности, пучки с токами до 1 нА будут иметь диаметры 20-30 нанометров, а при токах до 10 пА - пучки с диаметрами 2-3 нанометра.

Приведенные размеры фокусированных ионных пучков и соответствующие им токи соответствует и зачастую даже превосходят требования современной промышленности в области создания приборов и элементной базы микро- и наноэлектроники.

Для того чтобы убедиться, что при работе источника ионов с электромагнитной воронкой, состоящей из двух раздельно откачиваемых частей 7а и 7б (см. фиг.4), достигается положительный эффект, состоящий в дополнительном уменьшении необходимой скорости откачки вакуумных насосов, мы выполнили детальные компьютерные эксперименты, аналогичные описанным выше численным исследованиям для основного варианта предлагаемого источника ионов (см. фиг.3). В расчетах задавались следующие величины давлений буферного газа-носителя гелия:

- давление торможения (в дозвуковой части сопла) - 120 мбар;

- давление в области откачки 7а - 5.0 мбар;

- давление в области откачки 7б - 1.0 мбар;

- давление в высоковакуумной области откачки 8 - 2·10^-4 мбар.

В результате расчетов для этого режима работы источника получились следующие величины газовых потоков в различных ступенях дифференциальной откачки установки ионного источника:

- расход гелия через сопло 1 (или полный расход) - 27.8 мбар·л/с;

- натекание гелия из области 7а в область 7б - 0.7 мбар·л/с;

- натекание гелия из области 7б в высоковакуумную область 8 - 0.06 мбар·л/с.

При этом необходимо отметить, что ионно-траекторные расчеты по методу Монте-Карло для приведенного режима работы данного варианта источника (см. фиг.4) показали, что ионы эффективно выводятся из источника в условия высокого вакуума, и характеристики получающихся ионных пучков близки к приведенным в таблицах 1 и 2 величинам.

Так как расход газа (выраженный в мбар·л/с) есть просто произведение давления на скорость откачки, то из приведенных выше давлений и расходов мы непосредственно получаем искомые величины для скоростей откачки насосов, обеспечивающих заданный режим работы источника:

- скорость откачки области 7а - 5.4 л/с;

- скорость откачки области 7б - 0.7 л/с;

- скорость откачки высоковакуумной области 8 - 300 л/с.

Из приведенных величин видно, что суммарная скорость откачки областей 7а и 7б составляет в этом случае 6.1 л/с, что в 4.5 раз меньше, чем необходимая скорость откачки области 7 в источнике, работающем по схеме фиг.3.

Источники информации

1. D.E.Powers, S.G.Hansen, M.E.Geusic, D.L.Michalopoulus and R.E.Smalley, J. Chem. Phys., vol.78, 1983, p.2866.

2. В.Л.Варенцов, А.А.Матышев, Источник ионных пучков, Роспатент №1463051, приоритет от 18.05.1987, зарегистрирован 25.03.1993 (прототип).

3. V.L.Varentsov, A.A.Ignatiev, Nucl. Instrum. and Meth., A 413 (1998) 447.

4. Victor Varentsov, Michiharu Wada, Nucl. Instrum. and Meth., A 532 (2004) 210.

Изобретение относится к области ионно-пучковой инженерии и может быть использовано в качестве ключевого элемента как существующих, так и новых промышленных технологий наноэлектроники. Источник низкоэнергетичных ионных пучков содержит сверхзвуковое сопло Лаваля с трубкой на оси, через которую подается мишень в виде стержня (или проволоки) в сверхзвуковую расширяющуюся часть сопла, где сфокусированный на торец мишени лазерный луч осуществляет испарение и ионизацию вещества мишени. Отличительной чертой предлагаемого источника является наличие электромагнитной ионной воронки, установленной на оси сопла за его выходным срезом и служащей для формирования и фокусировки ионного пучка, а также его очистки от основной массы истекающего из сопла буферного газа-носителя путем откачки. В результате работы источника достигается положительный эффект, состоящий в увеличении срока непрерывной работы источника, уменьшении потерь вещества мишени, расхода буферного газа-носителя и габаритов при одновременном уменьшении его стоимости. 1 з.п. ф-лы, 9 ил., 2 табл.

1. Источник низкоэнергетичных ионных пучков для технологий наноэлектроники, содержащий сверхзвуковое сопло Лаваля с трубкой на оси, через которую мишень в виде стержня (или проволоки) подается в сверхзвуковую расширяющуюся часть сопла, и имеющий сфокусированный на торец мишени лазерный луч, осуществляющий испарение и ионизацию вещества мишени, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь вещества мишени, расхода буферного газа-носителя, габаритов установки источника при одновременном уменьшении ее стоимости, а также увеличения срока службы, источник дополнительно снабжен электромагнитной ионной воронкой, установленной на оси сопла за его выходным срезом.

2. Источник по п.1, отличающийся тем, что, с целью дополнительного уменьшения необходимой скорости откачки вакуумных насосов, электромагнитная ионная воронка состоит из двух раздельно откачиваемых частей.