close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11305

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 01J 27/00
ИОННЫЙ ИСТОЧНИК
(21) Номер заявки: a 20070640
(22) 2007.05.28
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Новицкий Николай Николаевич; Пашкевич Михаил Викторович; Стогний Александр Иванович (BY)
BY 11305 C1 2008.10.30
BY (11) 11305
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(56) СТОГНИЙ А.И. и др. Приборы и техника эксперимента. - 2000. - № 6. - С. 64-67.
RU 2299489 C1, 2007.
SU 1245152 A2, 1995.
SU 854192 A, 1983.
US 4847476 A, 1989.
EP 0232651 A1, 1987.
Стогний А.И. и др. // Журнал технической физики. - 2003. - Т. 73. - Вып. 9. С. 64-65.
(57)
Ионный источник, содержащий полый катод, закрытый сверху фланцем с выполненным в последнем осевым контрагирующим отверстием, в котором размещен анод с осевым отверстием для напуска рабочего газа; эмиссионный электрод, внутреннюю
магнитную систему, размещенную в корпусе и осесимметрично расположенную внутри
полого катода напротив фланца, первую и вторую внешние магнитные системы, размещенные по наружной боковой поверхности полого катода и ориентированные одноименными полюсами к центру последнего, причем одноименные полюса первой внешней
магнитной системы и внутренней магнитной системы ориентированы навстречу друг другу, отличающийся тем, что содержит ускоряющий электрод и дополнительный электрод,
выполненный в виде цилиндра из сетки из немагнитной стали и расположенный внутри
полого катода с зазором между их боковыми поверхностями, составляющим от 2 до 6 мм,
причем эмиссионный и ускоряющий электроды выполнены с отверстиями для отбора ионов в пучок и откачки рабочего газа.
Фиг. 1
BY 11305 C1 2008.10.30
Изобретение относится к газоразрядным устройствам для получения интенсивных
широкоапертурных пучков ионов различных газов равномерной по поперечному сечению
плотности и предназначено к использованию в ионно-лучевых технологиях и для научных
исследований в вакууме, в том числе в опто- и микроэлектронной промышленности, в частности для проведения операций травления покрытий обрабатываемых деталей и напыления тонких пленок.
Известен ионный источник, содержащий анод, промежуточный электрод с кольцевой
контрагирующей щелью, магнитную систему броневого типа, источник питания, положительный вывод которого соединен с анодом, полый катод [1].
Этот ионный источник обладает недостатком, заключающимся в том, что газовый разряд имеет сравнительно высокое напряжение, что приводит к более интенсивному распылению электродов ионного источника, особенно в области контрагирующей щели, что,
в свою очередь, ускоряет износ деталей. Кроме того, ионный источник не обеспечивает
широких пучков равномерной плотности.
Известен также ионный источник, содержащий анод и катод тлеющего разряда, экранный ускоряющий и замедляющий электроды ионно-оптической системы, тепловой
экран, газовый ввод, нейтрализатор, кольцевые сборки из постоянных магнитов [2].
Этот ионный источник имеет недостатки, заключающиеся в сложности конструкции,
а также в том, что он не позволяет получать пучок однородных ионов диаметром больше
70 мм.
Эти недостатки частично устранены в ионном источнике, включающем анод, полый
катод, ускоряющий электрод, эмиссионный электрод, внутреннюю магнитную систему,
заключенную в корпус и осесимметрично расположенную внутри полого катода возле
верхнего фланца, внешнюю магнитную систему и дополнительную магнитную наружную
систему [3].
Однако этот ионный источник имеет также недостатки, заключающиеся в том, что при
увеличении тока разряда более 0,5 А равномерность плотности тока пучка по сечению
ухудшается из-за большей концентрации плазмы в анодной области.
Задачей заявляемого изобретения является обеспечение получения широких пучков
ионов кислорода диаметром до 300 мм с равномерной плотностью по поперечному сечению независимо от значения тока разряда.
Ионный источник, содержащий полый катод, закрытый сверху фланцем с выполненным в последнем осевым контрагирующим отверстием, в котором размещен анод с осевым отверстием для напуска рабочего газа, эмиссионный электрод, внутреннюю
магнитную систему, размещенную в корпусе и осесимметрично расположенную внутри
полого катода напротив фланца, первую и вторую внешние магнитные системы, размещенные по наружной боковой поверхности полого катода и ориентированные одноименными полюсами к центру последнего, причем одноименные полюса первой внешней
магнитной системы и внутренней магнитной системы ориентированы навстречу друг
другу.
Новым, по мнению авторов, является то, что ионный источник содержит ускоряющий
электрод и дополнительный электрод, выполненный в виде цилиндра из сетки из немагнитной стали и расположенный внутри полого катода с зазором между их боковыми поверхностями, составляющим от 2 до 6 мм, причем эмиссионный и ускоряющий электроды
выполнены с отверстиями для отбора ионов в пучок и откачки рабочего газа.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
На фиг. 1 схематически изображен ионный источник.
На фиг. 2 изображен график радиального распределения плотности тока пучка ионов
прототипа (кривая 1) и ионного источника с дополнительным электродом (кривая 2) при
токе разряда Ip = 1,2 А и ускоряющем напряжении Uycк = 1 кВ.
Ионный источник содержит анод 1, полый катод 2, эмиссионный электрод 3, ускоряющей электрод 4, внешнюю магнитную систему 5 и дополнительную магнитную систему 6, дополнительный электрод 7, изолятор 8 между анодом 1 и фланцем 9 и изолятор 10
2
BY 11305 C1 2008.10.30
между дополнительным электродом 7 и фланцем 9. Со стороны анода 1 полый катод 2 закрыт фланцем 9 с осевым контрагирующим отверстием (на чертеже не показано), в которое введен анод 1. Внутри полого катода 2 расположена осесимметричная внутренняя
магнитная система 11, снабженная корпусом 12. Внешняя магнитная система 5 и дополнительная магнитная система 6 ориентированы одноименными полюсами к центру полого
катода 2. Внешняя магнитная система 5 и внутренняя магнитная система 11 ориентированы одноименными полюсами навстречу друг другу. Для обеспечения рабочих режимов
ионного источника магнитные системы достаточно собрать из ферритовых постоянных
магнитов (на чертеже не показаны) с величиной магнитной индукции каждого не менее 15
мТл и размерами, обеспечивающими объем в 1…2 см3 каждого, потом равномерно их
расположить друг от друга внутри каждой магнитной системы с зазорами между магнитами, не превышающими их характерного поперечного размера. Возле боковой стенки 13,
внутри полого катода 2, расположен дополнительный электрод 7 в виде цилиндра из мелкоячеистой сетки из немагнитной стали. Осевое отверстие в аноде 1 служит для напуска
рабочего газа (чаще всего кислорода). Эмиссионный 3 и ускоряющий 4 электроды изготовлены из листов титана, которые равномерно перфорированы отверстиями (на чертеже
не показаны), обеспечивающими прозрачность около 50 % каждого. Эти отверстия (на
чертеже не показаны) служат для отбора ионов в пучок и для откачки рабочего газа из
ионного источника. Эмиссионный электрод 3 и ускоряющий электрод 4 соединяются изолятором 14.
Ионный источник работает следующим образом.
Разряд возбуждается кратковременным увеличением расхода газа после подачи напряжения ≥ 400 В между анодом 1 и полым катодом 2, ≥ 100 В между полым катодом 2 и
ускоряющим электродом 4. В последующие 20-30 минут происходит стабилизация режима горения разряда, и корректируются рабочие значения расхода кислорода, тока разряда
и извлекающего напряжения. В ионном источнике разряд имеет неоднородную и характерную для двухкаскадного самостоятельного разряда низкого давления с холодным полым катодом 2 структуру. Разрядное напряжение сосредоточено, в основном, в области
катодного падения потенциала у стенок полого катода 2 (от 200 до 300В, в зависимости от
рабочего режима ионного источника) и в двойном электрическом слое (до 40 В). Двойной
электрический слой разделяет катодную и анодную плазмы. Генерация заряженных частиц в разряде происходит как в катодной, так и в анодной областях газоразрядной плазмы.
Формирование эмиссионной границы обуславливают два фактора: ионы из относительно
равномерной плазмы внутри полого катода 2 и неравномерный поток ионов из анодной
плазмы, ускоренный полем двойного слоя в направлении эмиссионной границы. По мере
роста тока разряда неоднородность анодной плазмы увеличивается и вместе с ней и неравномерность по сечению плотности тока пучка с максимумом по оси. Радиальное распределение плотности тока пучка измеряется при помощи подвижного зонда Ленгмюра.
Внутренняя магнитная система 10, внешняя магнитная система 5 и дополнительная магнитная система 6 предназначены для устранения этого недостатка. Однако по мере роста
тока разряда (≥ 0,5 А) такая конфигурация магнитных систем оказывается недостаточной
для формирования однородного по сечению пучка ионов (фиг. 2, кривая 1). При подаче
отрицательного потенциала < 40В относительно полого катода 2 на дополнительный электрод 7, выполненного в виде цилиндра из мелкоячеистой сетки из немагнитной стали,
происходит улучшение равномерности плотности тока пучка ионов. При увеличении отрицательного потенциала дополнительного электрода 7 до 50…60 В неоднородность
плотности тока по сечению ионного пучка уменьшается и не превышает 5 % (фиг. 2, кривая 2). Причем однородность плотности тока не зависит от зазора между дополнительным
электродом 7 и боковой стенкой 13 полого катода 2 и не зависит от значения тока разряда.
Однако зазор между дополнительным электродом 7 и боковой стенкой 13 не должен превышать половины значения зазора между ферритовыми магнитами внешней магнитной
системы 5. Тогда дополнительный электрод 7 из немагнитной стали находится в области
3
BY 11305 C1 2008.10.30
максимального мультипольного магнитного поля, задаваемого внешней магнитной системой 5, и не оказывает отрицательного влияния как на газоразрядные процессы в разряде
ионного источника прототипа, так и на конфигурацию его магнитных полей. На практике
этот зазор составляет от 2 до 6 мм. При увеличении отрицательного потенциала дополнительного электрода 7 до значений более 80 В в работе разряда наблюдаются неустойчивости. При дальнейшем увеличении отрицательного потенциала электрода 7 происходят
обрывы в горении разряда. При отрицательном потенциале более 90 В происходит перебрасывание разряда на дополнительный электрод 7, а эмиссия ионов из разряда резко
уменьшается по сравнению с прототипом. Дополнительный электрод 7 выполнен из мелкоячеистой сетки, т.к. он находится под отрицательным потенциалом относительно остальных электродов полого катода 2, в области сильного магнитного поля, создаваемого
внешней магнитной системой 5, и поэтому сам подвергается катодному распылению и
нам нем собираются продукты эрозии других электродов ионного источника. Продукты
эрозии и распыления имеют в подавляющем количестве магнитную природу и через ячейки в сетке дополнительного электрода 7 втягиваются магнитным полем в зазор между сеткой 7 и боковой стенкой 13, а потом скапливаются на последней. Этим предотвращается
накопление продуктов эрозии и распыления в рабочей зоне ионного источника, что при
длительной непрерывной эксплуатации приводило бы к изменению его режимов работы и
эмиссии.
Таким образом, наличие дополнительного электрода 7, выполненного в виде цилиндра
из мелкоячеистой сетки из немагнитной стали и находящегося под отрицательным потенциалом 50...60 В относительно полого катода 2, позволяет избавиться от необходимости
проведения оптимизации значений тока разряда Ip при формировании интенсивных однородных по сечению пучка ионов диаметром до 300 мм, что позволит использовать предлагаемый ионный источник для равномерного травления покрытий обрабатываемых деталей
в оптике и микроэлектронике.
Источники информации:
1. А.с. СССР 854192, МПК3 H 01L 3/04, H 01L 27/04.
2. Гаврилов Н.В., Емлин Д.Р., Радковский Г.В. Источник широких однородных пучков
низкоэнергетичных (~0,5 кэВ) газовых ионов // Приборы и техника эксперимента. - 2000. № 2. - С. 113-118.
3. Стогний А.И., Корякин С.В. Широкоапертурный источник ионов кислорода с холодным катодом и магнитными мультиполями // Приборы и техника эксперимента. - 2000. № 6. - С. 64-67 (прототип).
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
256 Кб
Теги
патент, by11305
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа