ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ИСТОЧНИК ИОНОВ Советский патент 1995 года по МПК H01J27/16 

Изобретение относится к области получения скомпенсированных по току и объемному заряду ионных пусков в вакууме и может быть использовано для обработки изделий в вакууме ионами инертных и химически активных газов при производстве изделий микроэлектроники.

Целью изобретения является повышение экономичности источника путем уменьшения потерь ионов, вносимых электродами-сетками ионно-оптической системы (ИОС), повышение стабильности параметров источника, срока его службы и чистоты обработки материалов за счет исключения из него катода-нейтрализатора, а также подвергающихся тепловым деформациям и электрическим пробоям электродов-сеток ИОС, находящихся под постоянным потенциалом и установленных на изоляторах в вакууме.

На чертеже изображена общая схема источника ионов.

Источник состоит из диэлектрической разрядной камеры 1, ВЧ-индуктора 2, охватывающего снаружи камеру, ВЧ-генератора (не показан), питающего индуктор, источника 3 ВЧ-напряжения, подключенного к потенциальному электроду 4 через разделительную емкость 5, и заземленного и охлаждаемого электрода-сетки 6 ИОС.

Источник работает следующим образом.

После предварительной откачки камеры 1 и напуска рабочего газа путем подачи ВЧ-напряжения генератора на индуктор 2 в камере возбуждается ВЧ индукционный разряд. При подаче ВЧ-напряжения от источника 3 через емкость 5 на потенциальный электрод 4 на поверхности электрода 4 и заземленного электрода-сетки 6 формируются ВЧ диодные слои. Стационарные падения потенциала плазмы в этих слоях распределяются обратно соотношению площадей электродов. Поскольку площадь электрода-сетки согласно изобретению меньше площади потенциального электрода, основное падение потенциала (примерно равное амплитуде ВЧ-напряжения на потенциальном электроде) сосредоточено на слое у поверхности электрода-сетки. Ионы, ускоренные из плазмы в этом ВЧ диодном слое в направлении сетки до энергий, равных падению стационарного потенциала, проникают через отверстия в ней в область транспортировки в виде параллельного пучка ионов. Ток пучка при этом ограничивается прозрачностью только одной, в данном случае заземленной, сетки-электрода. Благодаря наличию в цепи электрода 4 разделительной емкости 5 постоянный ток в цепи электродов черед плазму отсутствует. Разделение разноименных зарядов в ускоряющем ионы ВЧ диодном слое, следовательно, не происходит, и в область транспортировки поступает скомпенсированный электронами плазмы по току и объемному заряду пучок ионов. Поскольку ИОС источника ионов содержит только один заземленный электрод-сетку, а благодаря соотношению площадей электродов источника ионов на его поверхности со стороны плазмы сосредоточена основная часть стационарного падения потенциала ВЧ диодной природы, снижаются потери ионов при прохождении ИОС и затраты мощности на их ускорение, т. е. повышается экономичность источника. Благодаря отсутствию в источнике ионов потенциальных электродов-сеток ИОС, установленных на изоляторах в вакууме, отсутствует нестабильность параметров источника, связанная с их тепловой деформацией, запылением и пробоями диэлектрических зазоров между ними. Разрушение потенциальных электродов ИОС источника ионов и катода-нейтрализатора не ограничивает срока его службы, а продукты их разрушения не загрязняют образец в процессе обработки.

Проводились испытания источника, имеющего стаканообразный электрод, разрезанный вдоль оси с четырех сторон. Параметры источника следующие: внутренний диаметр кварцевой разрядной камеры 110 мм, ее длина 80 мм, индуктор состоит из двух витков медной трубки диаметром 4 мм с шагом 10 мм, диаметр витков индуктора 130 мм, часть электрода, имеющая форму цилиндра длиной 40 мм, имеет наружный диаметр 105 мм, часть электрода, имеющая форму диска, имеет толщину 7 мм, диаметр 60 мм. ИОС источника представляет собой заземленный металлический стакан, к днищу которого прикреплен диск из молибдена толщиной 2 мм и диаметром 80 мм с отверстиями диаметром 1 мм, общая площадь которых составляла 40% площади диска. Рабочими газами являлись аргон, азот, четырехфтористый углерод. При давлении в разрядной камере 4 ˙10^-3 мм рт. ст., ВЧ-мощности в разряде 200-300 Вт на частоте 13,56 МГц в диапазоне ВЧ-напряжений на потенциальном электроде 100-400 В ток пучка на мишень диаметром 80 мм, расположенной на расстоянии 200 мм от источника, составил 50-100 мА. Однородная часть пучка имела диаметр 60 мм, Энергетический разброс ионов составил 20-30%. Энергия ионов примерно совпадала со значением амплитуды ВЧ-напряжения, подаваемого на потенциальный электрод. Экономичность источника составила 0,3 мА/Вт. Нарушений стабильности работы и запыления внутренней поверхности камеры за время эксплуатации источника не менее 200 ч не обнаружено.

Изобретение относится к области получения пучков ионов и может быть использовано для обработки материалов в вакууме при производстве изделий микроэлектроники. Целью изобретения является повышение экономичности источника путем уменьшения потерь ионов, вносимых электродами-сетками ионно-оптической системы (ИОС), повышение стабильности параметров, срока службы источника и чистоты обработки материалов за счет исключения из него катода-нейтрализатора и электродов-сеток ИОС, находящихся под постоянным потенциалом. Источник содержит диэлектрическую разрядную камеру 1, ВЧ-индуктор 2, охватывающий камеру снаружи, источник 3 ВЧ-напряжения, потенциальный электрод 4, расположенный в камере и подключенный через разделительную емкость 5 к источнику ВЧ-напряжения, заземленный электрод-сетку 6, отделяющий объем камеры от области транспортировки пучка, причем площадь потенциального электрода 4 больше площади электрода-сетки. 1 ил.

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ИСТОЧНИК ИОНОВ, содержащий диэлектрическую разрядную камеру, ВЧ-индуктор, охватывающий камеру снаружи, потенциальный электрод, расположенный в объеме камеры, и ионно-оптическую систему, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности работы, потенциальный электрод соединен с источником ВЧ-напряжения через разделительный конденсатор, а ионно-оптическая система источника состоит из одного заземленного электрода сетки, причем площадь потенциального электрода больше площади электрода сетки.