Источник ионов Советский патент 1985 года по МПК H01J27/04 

Устройство относится к ионным источникам, вакуумной плазменной технологии, корпускулярной диагностики и может использоваться для травления поверхностей и ионной имплантации. Известен ионный источник, содержащий ускррительные сетчатые электроды, горячий катод. Источник работает в диапазоне энергий от нескольких кштозлектровольт и вьше. Ускорение ионов производится между сетчатыми ускорительными электродами, а приготовление плазмы (ионов) осуществляется.путем зажигания вспомогательного дугового разряда при наличии горячего катода flj , Недостатками такого источника являются сложность конструкции и энергопитания, большие габариты, высокий нижний предел энергии ионов Непригодный во многих случаях для плазменной технологии, Наиболее, близким техническим решением к изобретению является источ ник, ионов, содержа;щий газоразрядную (Камеру, в которой установлены анод, контрагирующая диафрагма и плоский катод с эмиссионным отверстием, а также систему прдачи рабочего га- з.а 2 . . В известном источнике осуществля ется контрагирование разряда отверстием в контрагирующей диафрагме, .установленной между аноДом и катодом, за счет падения потенциала на диафрагме, формируются направленные потоки ионов .и электронов, что сни- жает потери энергии на стенках газо разрядной камеры. Однако потери заряженных частиц велики, особенно на катодных поверхностях источника. Узок диапазон устойчивой работы ис точника по напряжению. Цель изобретения - повышение КПД и устойчивости работы. Цель, достигается тем, что в источнике ионов, содержащем газоразрядную камеру, в которой установлены анод, контрагирующая диафрагма и плоский катод с эмиссионным отверстием, а также систему подачи рабочего газа, введена магнитная система создания продольного магнитног поля, газоразрядная камера и контра гирующая диафрагма выполнены из диэлектрического материала, а анод в виде полого тора с отверстиями в 831 стенке, оси которых направлены навстречу друг к другу, при этом полость соединена с системой подачи рабочего газа. Кроме того, магнитная система может Йлть выполнена из основного соленоида, установленного на газоразрядной камере, и дополнительного со леноида меньщего, чем основной, ус- тановленного за анодом. На чертеже схематически показан источник ионов. Ионный источник содержит газоразрядную камеру 1, в которой установлены плоский катод 2 с эмиссионным отверстием 3, диэлектрическую контрагирующую диафрагму 4, анод 5,. выполненньй в виде полого тора (например, прямоугольного сечения), в стенке которого выполнены отверстия 6, оси которых направлены навстречу друг к другу (к главной оси тора) Полость анода соединена с системой поДачи рабочего газа (на чертеже не показана) трубкой 7. Система подвода газа изолирована вкладышем 8. Магнитная система источника содержит основной соленоид 9, установленный на газоразрядной камере 1, а также дополнительный соленоид 10 меньшего диаметра, установленный за анодом, например, на трубке подвода газа 7. Источник работает следующим образом. Создают разность потенциалов между катодом 2 и анодом 5 и одновременно пускают рабочий газ через трубку 7 и ток в соленоиды 9 и 10. При увеличении анодного напряжения возникает разряд. Под действием электрического поля происходит движение заряженных частиц. Движение электронов и ионов в различных частях газоразрядной камеры 1 различно. В прикатодной о.бласти электрон, эмиттированный катодом ,2, движется вдоль магнитнсэй силавйй линии и достигает прианодной полости, которую можно назвать ионизационной. Здесь он попадает в область действия скрещенйых магнитного и электрического полей и совершает сложное движение на пути к аноду 5, вызывая ионизацию рабочего газа, вытекающего из отверстий 6 в аноде 5. Образовавшийся ион движется в радиальном направлении к оси источника, где подхватывается продольным электрическим по3

леи и, ускорившись в прикатодной полости, вылетает через эмиссионное отверстие 3 в катоде 2 Часть ионов не попадает в отверстие и, ударяясь о катод 2, вызывает вторичную электронную эмиссию. Эти электроны обеспечивают нейтрализацию пучка ионов, а часть Из них поступает описанньм путем на анод 5.

В экспериментах был испытан источник диаметром 60 мм в диапазоне 0,5-2 кВ работающий ня аргоне. При потребляемой мощности 50 Вт ионный ток составил 200 мкА при плотности тока (y 1 мА/см . Исследование вольтамперных характеристик показало, что источник устойчиво работает в указанном диапазоне напряжений при расходах газа 0,1-0,3 .

834

Испытывались катоды с различной формой эмиссионного отверстия. Характеристики источника повышались с использованием дополнительного соленоида 10, создакщего более высокое магнитное поле в полости ионизации источника.

Предлагаемое устройство позволя.ет повысить плотность ионного тока в 2-3 раза и тем самым повысить КПД источника, расширить диапазон устойчивой работы по напряжению до 0,5 кэВ. Конструкция источника проста.

Йри использовании источника для травления стекол бьти получены приемлимые для практики скорости травления.

1. ИСТОЧНИК ИОНОВ, содержащий газоразрядную каиеру, в которой установлены анод, контрагирующая диафрагма и плоский катод с эмиссионным отверстием, а также систему подачи рабочего газа, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повы.9 шения КПД источника и устойчивости работы, введена магнитная система создания продольного магнитного поля, газоразрядная камера и контра- гирующая диафрагма .выполнены из ди-. электрического материала, а анод в виде полого тора. с отверстиями в стенке, оси которых направлены навстречу друг другу, при этом полость анода соединена с системой подачи рабочего газа. 2. Источник по п. 1, о т л и ч ающ и и с я тем,что,с целью повышения коэффициента ионизации рабочего газа, магнитная система выполнена в виде основного соленоида, установленного (Л на газоразрядной камере, и дополнительного соленоида меньшего, чем основной, диаметра, установленного за анодом. 10 4i СП 00 00 со