К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 38
Текст из файла (страница 38)
2.3Д, е), если увеличить концентрацию плазмы, а, следовательно, в соответствии с выражением (рис. 2.3.2) н плотность сформированного пучка ионов. Кроме того, эффект компенсации уменьшает расходимость ионного пучка под действием собственного объемного зари да, что таюхе способствует фактическому увеличению силы тока пучка на обрабатываемом обьекте. Эффект компенсации позволжт повысить силу тока сформированного ионного пучка в десятки раз по сравненщо с силой тока при бескомпенсационном рюкиме.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ИОНОВ Коиегрувцви теююлегичесяих источвиюю ионов. По технологическим возможностям источники ионов можно ращвлить на две сруппм: источники ионов инертных газов и источники ионов химически ахтивныс веществ. К первой группе относятся источники, в которых для поддержания разряда использован накаливаемый катод. В технологических источниках ионов с накалив аемым катодом эмитюром яюиется газоразрядная плазма, образующаяся в разрядах различного типа: магнетронном, с двойным контрагированием лсмзмы, с инжекцией плазмы в вакуум и др. От типа разряда зависит эффективность ионизизии рабочего пюа, однородность плазмы вблизи поверхности отбора ионов, содержание посторонних примесей в плазме, а также долговечность работы источника ионов.
Наиболее недолговечным элементом в источнике яюиется накаливаемый катод, эмъптирусощий электроны в разряд. Катод цодвершется постоянной бомбардировке н распылению ионами, отбираемыми из плазмы, имеющей положительный отноокгельно катода потенциал. Кроме того, накавиваемый катод активно взаимодействует о химически анги внымн газами, появляющимися в разрядной камере.вследствие ее ншрева илк из примеси рабочего газа. Поэтому в технологических источниках ионов с целью увеличения их срока службы устанавливаются несколько катодов или примеюпстся полые катоды. Для повышения эффективности ионизацин рабочего газа и управления распределением концентрации плазмы на ее границе (в области эмиссии ионов) испсльзуютоя магнитные логос различных напряженности и конфигурации. В источниках с магнетронным разрядом, например источниках Кауфмана, индукции продольного магнитного поли составлжт около 3-10 з Тл, а для управления распределением концентрации плазмы в радиальном направлении вблизи стенки разрядной камеры создается локальное магнитнс)е лоле с чередующимся направлекием (мультиполе).
В дуоплазматроне магнитное поле с индухцкей порядка 310-с Тл создается для контрагирования плазмы вблизи эмиссионной поверхности. В источниках с инжекцией плазмы в вакуум ющукцня продольного магнитного поля составгыет около 310 т Тл и служит для анизотропной диффузии плазмы в область отбора ионов. Разрядная камера имеет полохапельный относительно земли потенциал, значение которого определяет энерпцо ионов в пучке, поскольку обрабатываемые подложки или мишень находятся под потенциалом земли. Ионно-оптнчесюш система обеспечивает отбор ионов с границы плазмы и ускорение их до достижения заданной энергии.
Обычно ионно-оптическая система состоит из трек сеток (или электродов). Первая сетка имеет потенциал разрядной камеры и служит для формированги границы плазмы, являющейся эмитгером ионов. Вторая сетка имеет потенциал, отрицательный относительно земли, и предназначена шш отбора и ускорения ионов. Третья сетка имеет потенциал земли, а разность потенциалов между второй и третьей сетками препятствует попаданшо электронов в разрядную камеру. Источником вторичных электронов служит пучковая плазма, образующаяся при прохождении пучка ионов в промежупсе "источник ионов - подложка", или поток элекгронов, возникающих при попадании ионов на поверхность электродов или стенок технологической камеры.
В некоторых источниках, формирующих пучки ионов средних энергий (несколько сотен элехтронвольт), для упрощения конструкции вторая сепса отсутствует (двухсесочнью источники ионов). В односеточных источншсах граница плазмы образуется вблизи поверхности сетки. Разноси» потенциалов между ними определяется вырюкенкем (2.3.3). Если размеры отверстия в сетке не превышают размер дебаевского слоя, то ионы будут ускораться с границы плазмы в сторону сетки и формировать кизкоэнергетичиый лучок. Обычно энергия ионов не превышает 100 эВ.
Если энерпи ионов определяет качество обработки, то от интенсивности пучка ионов зависит производительность процесса. Имеются два способа увеличения его интенсивности. Первый - повьппеиие интенсивности пучка ионов достигается за счет увеличения плоШади эмиссии ионов. При этом сохраняется ограничение плотности тока ионов законом ЧайльлаЛенгмюра. Этот вариант реализуется, например, в источниках Кауфмана.
Второй способ увеличения интенсивности пучка ионов состоит в компенсации положительного объемного заряда ионов внутри ускоряющего промежутка источника ионов. Компенсация достигается отрицательным объемным зарядом электронов, удерживаемых в скрещенных электрическом и магнитном полях при ширине ускоряющего промежупса порядха одного дар моро вского радиуса электрона. Этот метод реализован в источниках ионов "Луч". Основные характеристики источников ионов с накалнваемым катодом приведены в табл. 2.3.2.
Первым был разработан дуоплазматрон (рис. 2.3.5). В источнике применен разряд с двойным ко игр агированием плазмы. Отбор ионов осуществляется нз отверстия малой площади(оксло 0,05 смт), что обеспечило высокую газовую экономичность (около 90 %). Такие источники позволяют получать пучки ионов аргона с сютой тока 40 — 60 мА при энергии ионов 5 кэВ. Сила тока ионного луч- Глав 23. ИОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА 110 2.3.2. Характеристики источников ионов ннергвых газов (аргевв) Рве.
2З.5. Луевлазмвврею 1- катод; 3- анод; 3- соленовд; 4- рюрвдьмв камера; 5- ускорюошнй вмвпрод Рве. 2.3дй Иегечввк ваюв с алмаввмм аучвом: 1- катод", 3- анод; 3- рвзряднвв камера; 4- ускорюошвй электрод кв ограничена малым эмиссионным отверстием. Это приводит к возникновеншо сильных электрических полей вблизи ускоряющего электрода, вызванных объемным зарядом ионного пучка. При повьплении интенсивности пучка напряженность электрического поля возрастает, по приводит к пробою ускоряющего промежутка.
Схема источника с более интенсивным пучком (снла тока пучка ионов аргона до 350 мА при энергии 10 кэВ) показана на рис. 2.3,6. Увеличение силы тока пучхв досппнуто эв счет формирования кольцевого лучка большого диаметра (около 220 мм) и предельно малого зазора между разрядной камерой и ускорвющим электродом (оксло 1 мм).
Из-эа большого диаметра ионного пучка обають применения источника ограничивается мишенями большой площади. Недостатком источника яюшстся также отсутствие электрода, удерживающего вторичные электроны из пучковой плазмы. Для ИЛО эа рубежом широкое распространение получили источники Кауфмана (рис. 2.3.7). В этих источниках плазма соэлзетоя разрядом мапютронного типа между накаливаемым катодом и анодом. Осевое магнитное поле имеет индукцию 0,003 - 0,005 Тл, а напряжение на разряде составляет 100 В.
Вытягивание и ускорение ионов до требуемой энергии осуществляются многосеточной системой. Разработан ряд источников Кауфмана с диаметром пучка 30 - 500 мм. В источниках "Луч" о повьпленной интеншшностью пучка (рнг,. 2.3.8, 2.3.9) увеличение силы тока достигается компенсацией положительного объемного заряда пучка зарядом электронов, удерживаемых внутри ускоряющего промежутка в скрещенных электрическом и мшнитном полях. Источники формируют пучки ионов с силой тока ст 215 мА при энергии ионов 0,5 кэВ до 700 мА при энергии 5 кзВ. с ваемым катодом следующие: Рве. 2.3.7.
Источввв возов Кабаева! 1- одр- дз- д; 4- разрядила камора; 5- ванно-оптвческва система ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ИОНОВ Рва. 2З.В. Истечввк аавев е авмвевззавзй ебьамвмв заряда вгчка ("Лэм"): 1- катод, 3- анод; 3 - соленоид; 4- хариус рзэрзлнай камеры; 5- уакарюащий электрод; 6- кзгад- найтрэлиэагар; 7- канал наауака газа Рвс. 2.3.9. Истечввк зевав "Луч" практически моноэнергетичность лучка ионов, так как отбор их происходит с границы плазмы, а температура ионов в плазме не превышаат нескольких электронвольт; более высоющ, чем в источниках а холодным катодом, газовая и энергстичесющ экономичность. Газовая экономичность может состюрщть 90 %, и при этом расходустая меньше энергии на образование одного иона.
К недостаткам источников а накаливаемым катодом относится трудность использования химически активных рабочих веществ, что существенно ограничивает их техналопгческие возможности. Например, применение в источниках Кауфмана а прямонаквливземым катодом в качестве рабочих веществ фторсодержащих соединений уменьшает срок службы источника а ФО до 2 ч. С целью устранения отмеченных недостатков применяют источники ионов химически активных соединений, в которых нзющиваемый катод отсутствует, например, бесссточные источники ионов, в которых области образования ионов и их ускорения совмещены, и источники ионов, в которых газоразряднзя плазма образуется в ВЧ- или СВЧ-полях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
