ДВУХПУЧКОВЫЙ ИОННЫЙ ИСТОЧНИК Российский патент 2010 года по МПК H01J27/02 H01J37/30 

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к источникам получения пучка ионов, и может быть использовано в ионно-лучевых технологиях для модификации поверхностей изделий и для нанесения на них тонких пленок SiC, AIN, твердых растворов на их основе и т.д.

Известна схема устройства для осаждения тонких пленок (Г.Д.Кузнецов, А.Р.Кушхов, Б.А.Билалов. Элионная технология в микро- и наноиндустрии. Москва. Издательский Дом МИСиС, 2008, стр.22-24), которую можно выбрать в качестве прототипа. Устройство содержит ионные источники, вакуумную камеру, вращающийся механизм, на гранях которого закреплены сменные мишени, подложкодержатель с нагревателем. В состав двухпучковой системы входят два ионных источника. Один из них служит для распыления одной или нескольких мишеней, а второй ионный источник направлен на подложку с растущей пленкой. С помощью источников создаются независимые пучки различных ионов с контролируемой энергией для бомбардировки мишени и подложки под различными углами.

Недостатком предложенной технологической схемы является необходимость использования в процессе нанесения пленок одновременно двух источников ионов, что сказывается на себестоимости получения тонких пленок и конструктивно усложняет саму установку. Кроме того, возникают нежелательные эффекты при пересечении двух ионных пучков друг с другом.

Техническая задача, решаемая предложенным изобретением, заключается в создании конструкции единого ионного источника, предназначенного для выработки двух независимых и не пересекающихся пучков, разнесенных в разные стороны.

Техническая задача решается путем разделения корпуса общим катодом на две соосные изолированные газоразрядные камеры, а каждая газоразрядная камера снабжена своим анодом и системой подачи рабочего газа, причем общий катод электрически связан с корпусом.

Устройство двухпучкового ионного источника приведено на чертеже.

Устройство содержит заземленный кольцевой корпус 1, разделенный на две соосные, изолированные друг от друга катодом 2 газоразрядные камеры А и В. Катод электрически связан с корпусом 1. Газоразрядная камера В предназначена для формирования ионного пучка кольцевой геометрии для распыления материала мишени, а камера А - для обработки поверхности подложки и ассистирования. В газоразрядной камере А на керамических изоляторах 3 установлен анод 4, к которому подведено анодное напряжение U1. В газоразрядной камере В на изоляторах 5 установлен водоохлаждаемый полый анод 6 со штуцером 7 для подачи воды (второй штуцер не показан). К штуцеру также подведено анодное напряжение U2. К камере В примыкает пустотелый катод 8, который охлаждается водой, подаваемой через штуцер 9 (второй штуцер не показан). Газоразрядные камеры снабжены системой подачи рабочего газа. В газоразрядную камеру В подается рабочий газ через трубку 10, соединенную с газораспределителем 11, снабженным каналами 12, которые сообщаются с газоразрядной камерой В. В газоразрядную камеру А подается рабочий газ через трубку 13 и каналы 14, выполненные в корпусе 1 и сообщающиеся с данной камерой. Между катодом 2 и элементами корпуса предусмотрены кольцевые зазоры 15 и 16 для выхода пучка ионов. На внешней поверхности корпуса 1 установлена магнитная система 17, обеспечивающая необходимую напряженность магнитного поля в рабочих зазорах, выполненная на базе постоянных магнитов. 18 - подложка с нагревателем, 19 - мишень, установленная на поворотном мишенном узле.

Двухпучковый ионный источник работает следующим образом:

Устройство двухпучкового ионного источника устанавливают внутри вакуумной камеры (на чертеже не показана). Соосно устройству с двух противоположных сторон на пути ионных пучков устанавливают поворотный мишенный узел с мишенями 19 и подложку 18 с нагревателем. При подаче на аноды 4 и 6 анодного высокого напряжения и рабочего газа (Аr, N₂ и их смеси) в газоразрядных камерах А и В возникает электрическое поле, которое ускоряет имеющиеся в газе свободные электроны. Ускоренные электрическим полем электроны, сталкиваясь с атомами рабочего газа, ионизируют их, вследствие чего образуются дополнительно выбитые электроны и т.д. Процесс образования электронов идет лавинообразно. Ионизированные атомы рабочего газа ускоряются электрическим полем и вылетают через кольцевые зазоры 15 и 16, образуя пучки ионов с определенной энергией, которая зависит от приложенного анодного напряжения. Для увеличения эффекта ионизации электронами рабочего газа и удержания разряда в газоразрядной камере применена магнитная система 17, создающая магнитное поле, перпендикулярное электрическому полю.

Технологический цикл выращивания тонких пленок начинают с ионной очистки поверхности подложки 18. При этом пучок ионов, образованный в камере А, пройдя через кольцевой зазор 16, бомбардирует поверхность подложки, очищая ее. После этого при помощи поворотного устройства мишенного узла устанавливают напротив кольцевого зазора 15 под необходимым углом ко второму ионному пучку нужную мишень для распыления. Выбитые ионным пучком с поверхности мишени атомы, пройдя сквозь полость катода 2, осаждаются на подложке 18. Одновременно, путем подбора рабочего газа и анодного напряжения (режим ассистирования) формируется пучок ионов в газоразрядной камере А. Режим ассистирования необходим для облучения поверхности растущей многослойной пленки низкоэнергетическим потоком ионов рабочего газа (Аr, N₂ и их смеси). Это способствует получению более совершенных по структуре пленок.

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к источникам получения пучка ионов, и может быть использовано в ионно-лучевых технологиях для модификации поверхностей изделий и для нанесения на них тонких пленок SiC, AIN, твердых растворов на их основе и т.д. Двухпучковый ионный источник состоит из корпуса, в котором размещены два независимых источника пучка ионов, формирующих два независимых и не пересекающихся пучка, разнесенных в разные стороны. Конструктивно корпус разделен общим катодом на две соосные изолированные газоразрядные камеры, а каждая газоразрядная камера снабжена своим анодом и системой подачи рабочего газа, причем общий катод электрически связан с корпусом. Технический результат - создание двух независимых и непересекающихся пучков, разнесенных в разные стороны в едином ионном источнике. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Двухпучковый ионный источник, включающий вакуумную камеру, подложкодержатель с нагревателем, поворотный мишенный узел с мишенями, корпус, аноды, катод, магнитную систему, трубки для подачи рабочего газа, штуцеры для подачи воды, отличающийся тем, что корпус ионного источника разделен общим катодом на две соосные изолированные газоразрядные камеры, а каждая газоразрядная камера снабжена своим анодом и системой подачи рабочего газа.

2. Двухпучковый ионный источник по п.1, отличающийся тем, что общий катод электрически связан с корпусом.