Широкоапертурный высокочастотный источник ионов низкой энергии с электронной компенсацией

Разработанный источник ионов позволяет управлять энергией и плотностью тока пучка. Полученные результаты можно использовать в технологиях производства производства опто- и микроэлектронных приборов....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2010
Hauptverfasser: Дудин, С.В., Рафальский, Д.В., Зыков, А.В.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2010
Schriftenreihe:Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Schlagworte:
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/51911
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Широкоапертурный высокочастотный источник ионов низкой энергии с электронной компенсацией / С.В. Дудин, Д.В. Рафальский, А.В. Зыков // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2010. — № 2. — С. 52-55. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-51911
record_format dspace
spelling irk-123456789-519112013-12-16T03:11:16Z Широкоапертурный высокочастотный источник ионов низкой энергии с электронной компенсацией Дудин, С.В. Рафальский, Д.В. Зыков, А.В. Технологические процессы и оборудование Разработанный источник ионов позволяет управлять энергией и плотностью тока пучка. Полученные результаты можно использовать в технологиях производства производства опто- и микроэлектронных приборов. 2010 Article Широкоапертурный высокочастотный источник ионов низкой энергии с электронной компенсацией / С.В. Дудин, Д.В. Рафальский, А.В. Зыков // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2010. — № 2. — С. 52-55. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 2225-5818 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/51911 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Технологические процессы и оборудование
Технологические процессы и оборудование
spellingShingle Технологические процессы и оборудование
Технологические процессы и оборудование
Дудин, С.В.
Рафальский, Д.В.
Зыков, А.В.
Широкоапертурный высокочастотный источник ионов низкой энергии с электронной компенсацией
Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description Разработанный источник ионов позволяет управлять энергией и плотностью тока пучка. Полученные результаты можно использовать в технологиях производства производства опто- и микроэлектронных приборов.
format Article
author Дудин, С.В.
Рафальский, Д.В.
Зыков, А.В.
author_facet Дудин, С.В.
Рафальский, Д.В.
Зыков, А.В.
author_sort Дудин, С.В.
title Широкоапертурный высокочастотный источник ионов низкой энергии с электронной компенсацией
title_short Широкоапертурный высокочастотный источник ионов низкой энергии с электронной компенсацией
title_full Широкоапертурный высокочастотный источник ионов низкой энергии с электронной компенсацией
title_fullStr Широкоапертурный высокочастотный источник ионов низкой энергии с электронной компенсацией
title_full_unstemmed Широкоапертурный высокочастотный источник ионов низкой энергии с электронной компенсацией
title_sort широкоапертурный высокочастотный источник ионов низкой энергии с электронной компенсацией
publisher Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate 2010
topic_facet Технологические процессы и оборудование
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/51911
citation_txt Широкоапертурный высокочастотный источник ионов низкой энергии с электронной компенсацией / С.В. Дудин, Д.В. Рафальский, А.В. Зыков // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2010. — № 2. — С. 52-55. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.
series Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv AT dudinsv širokoaperturnyjvysokočastotnyjistočnikionovnizkojénergiisélektronnojkompensaciej
AT rafalʹskijdv širokoaperturnyjvysokočastotnyjistočnikionovnizkojénergiisélektronnojkompensaciej
AT zykovav širokoaperturnyjvysokočastotnyjistočnikionovnizkojénergiisélektronnojkompensaciej
first_indexed 2025-07-04T14:08:45Z
last_indexed 2025-07-04T14:08:45Z
_version_ 1836725699503718400
fulltext Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2010, ¹ 2 52 ÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ 21.12 2009 ã. Îïïîíåíò ä. ò. í. À. À. ÄÐÓÆÈÍÈÍ (ÍÓ «Ëüâîâñêàÿ ïîëèòåõíèêà», ã. Ëüâîâ) Ê. ô.-ì. í. Ñ. Â. ÄÓÄÈÍ, Ä. Â. ÐÀÔÀËÜÑÊÈÉ, ê. ô.-ì. í. À. Â. ÇÛÊΠÓêðàèíà, Õàðüêîâñêèé íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò èì. Â. Í. Êàðàçèíà E-mail: stanislav_dudin@rambler.ru ØÈÐÎÊÎÀÏÅÐÒÓÐÍÛÉ ÂÛÑÎÊÎ×ÀÑÒÎÒÍÛÉ ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÈÎÍΠÍÈÇÊÎÉ ÝÍÅÐÃÈÈ Ñ ÝËÅÊÒÐÎÍÍÎÉ ÊÎÌÏÅÍÑÀÖÈÅÉ Ðàçðàáîòàííûé èñòî÷íèê èîíîâ ïîçâî- ëÿåò óïðàâëÿòü ýíåðãèåé è ïëîòíîñòüþ òîêà ïó÷êà. Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ìîæíî èñïîëüçîâàòü â òåõíîëîãèÿõ ïðî- èçâîäñòâà ïðîèçâîäñòâà îïòî- è ìèêðî- ýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ øèðîêîàïïåðòóðíûå èñòî÷íè- êè èîíîâ (ÈÈ) íèçêîé ýíåðãèè øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â ðàçëè÷íûõ òåõíîëîãèÿõ, â ÷àñòíîñòè äëÿ òðàâëåíèÿ ìèêðî- è íàíîñòðóêòóð ïðè ïðîèçâîäñòâå îïòîýëåêò- ðîííûõ óñòðîéñòâ, ìàãíèòíûõ ãîëîâîê, èíòåãðàëüíûõ ìèêðîñõåì è â äðóãèõ ìèêðî- è íàíîòåõíîëîãèÿõ [1, 2].  ïîñëåäíèå ãîäû âûñîêî÷àñòîòíûå èñòî÷íèêè èîíîâ áûñòðî âûòåñíèëè èñòî÷íèêè ñ íàêàëåííûì êàòîäîì (èñòî÷íèêè Êàóôìàíà) è èñòî÷íèêè ñ ïîëûì êàòîäîì, ïîñêîëüêó îíè ïðàêòè÷åñêè íå òðåáóþò îá- ñëóæèâàíèÿ è çíà÷èòåëüíî ëó÷øå ñîâìåñòèìû ñ õè- ìè÷åñêè àêòèâíûìè ãàçàìè [3, 4]. Íà ñåãîäíÿøíèé äåíü äëÿ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðèìåíåíèé ðàçðàáîòàíû è ñåðèéíî âûïóñêàþòñÿ Â× ÈÈ ñ äèàìåòðîì ïó÷êà äî 500 ìì [3�5], êîòîðûå, êàê ïðàâèëî, ðàáîòàþò â äè- àïàçîíå ýíåðãèé 50�1000 ýÂ.  îòäåëüíûé êëàññ ìîæíî âûäåëèòü Â× ÈÈ äëÿ íàêà÷êè ýíåðãèè â òåðìî- ÿäåðíûå óñòàíîâêè, êîòîðûå õàðàêòåðèçóþòñÿ ãîðàç- äî áîëüøèì ýíåðãîâêëàäîì â ïó÷îê (äîñòèãíóòû çíà- ÷åíèÿ òîêà ïó÷êà äî 90 À ïðè çíà÷åíèÿõ ýíåðãèè èîíîâ äåñÿòêè êèëîýëåêòðîíâîëüò). Âî âñåõ ïåðå÷èñëåííûõ ÈÈ â êà÷åñòâå ïëàçìîîá- ðàçóþùåé ñòóïåíè ïðèìåíÿåòñÿ Â×-ðàçðÿä èíäóêöè- îííîãî òèïà, à äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ïó÷êà èñïîëüçóåò- ñÿ ìíîãîñåòî÷íàÿ (êàê ïðàâèëî, òðåõñåòî÷íàÿ) èîí- íî-îïòè÷åñêàÿ ñèñòåìà (ÈÎÑ). Òàêàÿ ñèñòåìà ñîñòî- èò èç òîíêèõ ïåðôîðèðîâàííûõ ýëåêòðîäîâ (ñåòîê), ðàñïîëîæåííûõ íà ðàññòîÿíèè íåñêîëüêèõ ìèëëèìåò- ðîâ äðóã îò äðóãà, ê êîòîðûì ïðèëîæåíû çíà÷èòåëü- íûå, äî äåñÿòêîâ êèëîâîëüò, ïîòåíöèàëû. Ïîñêîëüêó ÈÎÑ èìåþò äîñòàòî÷íî áîëüøèå ïîïåðå÷íûå ðàçìå- ðû è ïîäâåðãàþòñÿ ñóùåñòâåííûì òåðìè÷åñêèì íà- ãðóçêàì, èçãîòîâëåíèå, þñòèðîâêà è ïîääåðæàíèå ãåî- ìåòðèè ñåòîê â ïðîöåññå ðàáîòû � âåñüìà ñëîæíûå çàäà÷è, à ñàìà èîííî-îïòè÷åñêàÿ ñèñòåìà ÿâëÿåòñÿ îä- íèì èç íàèáîëåå äîðîãîñòîÿùèõ óçëîâ ÈÈ. Ê òîìó æå, ïðèìåíåíèå òðåõñåòî÷íîé ÈÎÑ òðåáóåò ïðèìåíå- íèÿ äîïîëíèòåëüíîãî âûñîêîâîëüòíîãî èñòî÷íèêà ïè- òàíèÿ (äàæå ïðè íèçêîé ýíåðãèè èîíîâ) ñ íåîáõîäè- ìîñòüþ òùàòåëüíîé ïîäñòðîéêè íàïðÿæåíèÿ, à òàêæå ïîÿâëÿþòñÿ òàêèå ñïåöèôè÷åñêèå ïðîáëåìû êàê çà- ïûëåíèå èçîëÿòîðîâ è ìåæñåòî÷íûå ïðîáîè. Îò ýòèõ íåäîñòàòêîâ ñâîáîäíû îäíîñåòî÷íûå ÈÈ, â êîòîðûõ óñêîðåíèå èîíîâ ïðîèñõîäèò â ñëîå îáúåì- íîãî çàðÿäà ìåæäó ïëàçìîé è èçâëåêàþùåé ñåòêîé. Ïðèìåíåíèå òàêèõ èñòî÷íèêîâ öåëåñîîáðàçíî â òåõ- íîëîãèÿõ èîííî-õèìè÷åñêîãî òðàâëåíèÿ ñ íåâûñîêîé ýíåðãèåé èîíîâ (äî 300 ýÂ). Âîçìîæíà ðàáîòà ñ áî- ëåå âûñîêèìè çíà÷åíèÿìè ýíåðãèè (500 ý è âûøå), îäíàêî ïðè ýòîì ïðîèñõîäèò èíòåíñèâíîå ðàñïûëå- íèå ñåòêè, ÷òî ñíèæàåò åå ðåñóðñ è ïðèâîäèò ê çà- ãðÿçíåíèþ ïó÷êà ìåòàëëè÷åñêèìè èîíàìè. Îäíîñåòî÷- íûé ÈÈ, îïèñàíûé â [6], îñíîâàí íà ðàçðÿäå ñ íàêà- ëåííûì êàòîäîì, ÷òî îãðàíè÷èâàåò ðåñóðñ ïðè ðàáî- òå ñ õèìè÷åñêè àêòèâíûìè ãàçàìè. Êðîìå òîãî, äëÿ èîííî-ëó÷åâîé îáðàáîêè ïîâåðõíîñòåé ïðè ïîìîùè òàêîãî ÈÈ íåîáõîäèìà íåéòðàëèçàöèÿ êàê îáúåìíîãî çàðÿäà ïó÷êà, òàê è òîêà èîíîâ, îñîáåííî â ñëó÷àå îáðàáîòêè äèýëåêòðèêîâ. Îáû÷íî äëÿ ýòîé öåëè èñ- ïîëüçóåòñÿ èíæåêöèÿ ýëåêòðîíîâ â ïðîñòðàíñòâî òðàíñïîðòèðîâêè èîííîãî ïó÷êà ïðè ïîìîùè íåéòðà- ëèçàòîðà, êîòîðûé ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îòäåëüíîå óñòðîéñòâî, îñíîâàííîå ëèáî íà ýôôåêòå òåðìîýëåêò- ðîííîé ýìèññèè, ëèáî íà ãàçîâîì ðàçðÿäå. Íåéòðà- ëèçàòîð òðåáóåò èñïîëüçîâàíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ èñ- òî÷íèêîâ ïèòàíèÿ è çà÷àñòóþ èìååò îãðàíè÷åííûé ñðîê ýêñïëóàòàöèè.  òî æå âðåìÿ èçâåñòåí âûñîêî÷àñòîòíûé èñòî÷- íèê èîíîâ [7], îáëàäàþùèé óíèêàëüíîé ñïîñîáíî- ñòüþ îäíîâðåìåííî ãåíåðèðîâàòü ïîòîêè ïîëîæèòåëü- íûõ èîíîâ è ýëåêòðîíîâ [8]. Ïðèìåíåíèå äëÿ ïèòàíèÿ ÈÎÑ âûñîêî÷àñòîòíîãî íàïðÿæåíèÿ ïîçâîëÿåò íå òîëü- êî èçáàâèòüñÿ îò íåîáõîäèìîñòè ïðèìåíåíèÿ äîïîë- íèòåëüíîãî íåéòðàëèçàòîðà, íî è ïîâûñèòü ýôôåêòèâ- íîñòü èçâëå÷åíèÿ èîíîâ, à òàêæå èçáåæàòü îáðàçîâà- íèÿ ìèêðîäóã íà ñåòêå, îïàñíîñòü âîçíèêíîâåíèÿ êî- òîðûõ âñåãäà ïðèñóòñòâóåò ïðè èñïîëüçîâàíèè äëÿ óñêîðåíèÿ èîíîâ ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ âûøå 100 Â. Ïëàçìîîáðàçóþùàÿ ñòóïåíü èñòî÷íèêà îñíîâàíà íà Â×-ðàçðÿäå èíäóêöèîííîãî òèïà, ïðè÷åì, ïîñêîëüêó èíäóêöèîííûé ðàçðÿä âçàèìîäåéñòâóåò ñ âûñîêî÷à- ñòîòíûì íàïðÿæåíèåì, ïðèêëàäûâàåìûì ê ÈÎÑ äëÿ óñêîðåíèÿ èîíîâ, ìîæíî ãîâîðèòü î ñàìîñòîÿòåëü- íîì òèïå ãàçîâîãî ðàçðÿäà � êîìáèíèðîâàííîì èí- äóêöèîííî-åìêîñòíîì Â×-ðàçðÿäå [9]. Äàííàÿ ðàáîòà áûëà âûïîëíåíà ïðè ïîääåðæêå Ìèíèñòåðñòâà ïðî- ìûøëåííîé ïîëèòèêè Óêðàèíû (ÍÈÎÊÐ ¹ ã.ð. 0107U010814) Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2010, ¹ 2 53 ÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ Ñèñòåìàòè÷åñêèå èññëåäîâàíèÿ êîìáèíèðîâàííî- ãî èíäóêöèîííî-åìêîñòíîãî Â×-ðàçðÿäà è ôîðìèðî- âàíèÿ èíòåíñèâíûõ íèçêîýíåðãåòè÷íûõ ïîòîêîâ èîíîâ íà ïðîòÿæåíèè ìíîãèõ ëåò ïðîâîäÿòñÿ â Õàðüêîâ- ñêîì íàöèîíàëüíîì óíèâåðñèòåòå [10�16]. Ðåçóëüòà- òîì ýòèõ èññëåäîâàíèé ÿâèëàñü ðàçðàáîòêà öåëîãî ðÿäà âûñîêî÷àñòîòíûõ èñòî÷íèêîâ èîíîâ ñ äèàìåò- ðîì ïó÷êà îò 20 äî 250 ìì [12�16].  äàííîé ñòàòüå îïèñàí îäèí èç íèõ, à èìåííî � âûñîêî÷àñòîòíûé îäíîñåòî÷íûé èñòî÷íèê èîíîâ íèçêîé ýíåðãèè ñ äèà- ìåòðîì ïó÷êà 250 ìì. Ýêïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà Óñòðîéñòâî èñòî÷íèêà èîíîâ èëëþñòðèðóåò ðèñ. 1.  îñíîâíîì îáúåìå èñòî÷íèêà, öèëèíäðè÷åñêîé ãà- çîðàçðÿäíîé êàìåðå ñ âíóòðåííèì äèàìåòðîì 250 ìì è äëèíîé 80 ìì, ðàñïîëîæåí äâóõâèòêîâûé ýêðàíè- ðîâàííûé èíäóêòîð, îáåñïå÷èâàþùèé ãåíåðàöèþ ïëàç- ìû. Ê èíäóêòîðó ïîäâåäåíà Â×-ìîùíîñòü (13,56 ÌÃö) â äèàïàçîíå äî 1000 Âò ÷åðåç ñîãëàñóþùåå óñòðîé- ñòâî. Íà âûõîäå èñòî÷íèêà ðàñïîëîæåíà çàçåìëåí- íàÿ ìåòàëëè÷åñêàÿ ñåòêà òîëùèíîé 0,12 ìì ñ îòâåð- ñòèÿìè äèàìåòðîì 0,24 ìì. Ðàáî÷àÿ ïëîùàäü ñåòêè � 490 ñì2, åå îïòè÷åñêàÿ ïðîçðà÷íîñòü � 0,4. Ïðè âûïîëíåíèè ýêñïåðèìåíòîâ ïëîòíîñòü òîêà èîíîâ â ðàçðÿäå îïðåäåëÿëàñü ñ ïîìîùüþ ïëîñêîãî çîíäà, ðàñïîëîæåííîãî íà ñåòêå, íà êîòîðûé ïîäàâàëîñü ñìå- ùåíèå �25 Â. Ïîñòîÿííîå ëèáî Â×-íàïðÿæåíèå (0� 100 Â) ïðèêëàäûâàåòñÿ ìåæäó çàçåìëåííîé ñåòêîé è ýëåêòðîäîì, îãðàíè÷èâàþùèì ðàçðÿäíóþ êàìåðó. Â×- ñìåùåíèå ïîäêëþ÷åíî ÷åðåç ðàçäåëèòåëüíûé êîíäåí- ñàòîð, áëàãîäàðÿ ÷åìó íà ýëåêòðîäå, ïëîùàäü êîòî- ðîãî çíà÷èòåëüíî áîëüøå ïëîùàäè ñåòêè, âîçíèêàåò ïîëîæèòåëüíîå íàïðÿæåíèå àâòîñìåùåíèÿ.  îáîèõ ñëó÷àÿõ èçìåðÿåìîé âåëè÷èíîé ÿâëÿåòñÿ ïîñòîÿííûé ïîòåíöèàë ýëåêòðîäà, êîòîðûé áóäåò èñïîëüçîâàòüñÿ äàëåå êàê ãëàâíûé ïàðàìåòð, îïðåäåëÿþùèé ýíåðãèþ èîíîâ è ýìèññèîííûå õàðàêòåðèñòèêè èñòî÷íèêà.  íàñòîÿùåé ðàáîòå âñå ïîòåíöèàëû áûëè èçìåðå- íû îòíîñèòåëüíî çàçåìëåííîé êàìåðû òðàíñïîðòèðîâ- êè ïó÷êà. Ìèøåíü äèàìåòðîì 300 ìì, ïðèíèìàþùàÿ ïó÷îê èîíîâ, ðàñïîëàãàëàñü íà ðàññòîÿíèè 100 ìì îò âûõîäà èñòî÷íèêà èîíîâ è áûëà îñíàùåíà îäíîñå- òî÷íûì ýíåðãîàíàëèçàòîðîì (ÝÀ) ñ òîðìîçÿùèì ïî- ëåì. Äèàìåòð îòâåðñòèé ñåòêè ÝÀ ñîñòàâëÿë 0,1ìì, òîëùèíà ñåòêè � 0,12 ìì, åå ïðîçðà÷íîñòü � 0,2.  êà÷åñòâå ðàáî÷åãî ãàçà èñïîëüçîâàëñÿ àðãîí, åãî äàâ- ëåíèå ñîñòàâëÿëî 7,5·10�4 Òîðð. Äëÿ îòêà÷êè ñèñòå- ìû èñïîëüçîâàëñÿ òóðáîìîëåêóëÿðíûé íàñîñ 01ÀÁ- 1500 ñî ñêîðîñòüþ îòêà÷êè 700 ë/ñ è ôîðâàêóóìíûé íàñîñ ÍÂÐ-16Ä. Â×-ìîùíîñòü, ïîäâîäèìàÿ ê èíäóê- òîðó, ñîñòàâëÿëà 200 Âò. Ïîëíîñòüþ ìåòàëëè÷åñêàÿ êîíñòðóêöèÿ ñ âîäÿíûì îõëàæäåíèåì âñåõ îñíîâíûõ ýëåìåíòîâ ïîçâîëÿåò ðàáîòàòü ñ äîñòàòî÷íî áîëüøèì ýíåðãîâêëàäîì â èñ- òî÷íèê.  ðàáîòå áûëà ýêñïåðèìåíòàëüíî ïðîâåðåíà âîçìîæíîñòü äëèòåëüíîé íåïðåðûâíîé ðàáîòû èñòî÷- íèêà ñ ïîäâîäèìîé Â×-ìîùíîñòüþ äî 2 êÂò, îäíàêî òåïëîâîé ðåæèì èñòî÷íèêà â ýòèõ ýêñïåðèìåíòàõ ïî- çâîëÿåò ïðîãíîçèðîâàòü áåçîòêàçíóþ íåïðåðûâíóþ ðàáîòó ÈÈ è ïðè áîëüøåì ýíåðãîâêëàäå ñ ñîîòâåò- ñòâóþùèì óâåëè÷åíèåì òîêà ïó÷êà. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè èñòî÷íèêà ïîêàçàíû íà ðèñ. 2. Êàê âèäíî èç ðèñ. 2, à, ìàêñèìàëüíàÿ ïëîò- íîñòü òîêà èîíîâ íà âõîäå ÈÎÑ, ò. å. íàèáîëüøàÿ ýôôåê- òèâíîñòü èîíèçàöèè â Â× èíäóêöèîííîì ðàçðÿäå, äîñ- òèãàåòñÿ ïðè äàâëåíèè (2�3)·10�3 Òîðð. Ñ òî÷êè æå çðåíèÿ òðàíñïîðòèðîâêè ïó÷êà ê ìèøåíè òàêîå äàâ- ëåíèå ÿâëÿåòñÿ ñëèøêîì âûñîêèì, ïîñêîëüêó äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà èîíîâ ñòàíîâèòñÿ ìåíüøå ðàñ- ñòîÿíèÿ îò ÈÎÑ äî ìèøåíè. Ñ ðîñòîì äàâëåíèÿ ïàäà- åò íå òîëüêî òîê ìèøåíè, íî è, êàê ïîêàçàë ýíåðãî- àíàëèç, çíà÷èòåëüíî ñíèæàåòñÿ äîëÿ áûñòðûõ èîíîâ. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ïðè äàâëåíèè ãàçà íèæå 5·10�4 Òîðð èíäóêöèîííûé ðàçðÿä ñòàíîâèòñÿ òðóäíîèíèöèèðóå- ìûì, à ïðè åùå áîëåå íèçêîì äàâëåíèè îí ãàñíåò. Òàêèì îáðàçîì, ïðåäïî÷òèòåëüíûì ÿâëÿåòñÿ äèàïà- çîí ðàáî÷åãî äàâëåíèÿ (5�9)·10�4 Òîðð. Ïëîòíîñòü èîííîãî òîêà èç ïëàçìû âñåãäà ïðàêòè- ÷åñêè ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà Â×-ìîùíîñòè, òîãäà êàê çàâèñèìîñòü òîêà ìèøåíè îò ìîùíîñòè ìîæåò áûòü è íåëèíåéíîé. Äåëî â òîì, ÷òî ïðîçðà÷íîñòü ñåòêè äëÿ èîíîâ ðàñòåò ñ ðîñòîì ýíåðãèè èîíîâ è ïàäàåò ïðè óâåëè÷åíèè ïëîòíîñòè òîêà. Íàìè áûëè ïðîâåäå- íû èññëåäîâàíèÿ èîííûõ è ýëåêòðîííûõ ýìèññèîí- íûõ õàðàêòåðèñòèê áîëüøîãî êîëè÷åñòâà ñåòîê ñ ðàç- ëè÷íûìè ðàçìåðàìè è ãåîìåòðèåé ÿ÷ååê, êîòîðûå áûëè èçãîòîâëåíû ïî ðàçëè÷íûì òåõíîëîãèÿì (ëà- çåðíàÿ ðåçêà, ýëåêòðîýððîçèÿ, òêàíûå ñåòêè). Ðåçóëü- òàòû ýòèõ èññëåäîâàíèé ÿâëÿþòñÿ ïðåäìåòîì îòäåëü- íîé ïóáëèêàöèè, çäåñü æå îòìåòèì, ÷òî îïèñàííàÿ â Ââîä ãàçàÂâîä îõëàæäåíèÿ Èíäóêòîð Ýêðàí Ïëàçìà Ñåòêà Ðèñ. 1. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà âûñîêî÷àñòîòíîãî ÈÈ ñ îäíîñåòî÷íîé ÈÎÑ è åãî ôîòî Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2010, ¹ 2 54 ÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ íàñòîÿùåé ðàáîòå ñåòêà ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü òîêè ïó÷- êà äî 1 À äàæå ïðè íåâûñîêèõ (äî 100 Â) óñêîðÿþ- ùèõ íàïðÿæåíèÿõ (ñì. ðèñ. 2, á). Êàê óæå áûëî îòìå÷åíî, îäíîñåòî÷íûé èñòî÷íèê èîíîâ ñ Â×-ïèòàíèåì ÈÎÑ ñïîñîáåí îäíîâðåìåííî ýìèòòèðîâàòü ïîòîêè êàê èîíîâ, òàê è ýëåêòðîíîâ, ÷òî ïîçâîëÿåò èñêëþ÷èòü èç ñèñòåìû íåéòðàëèçàòîð äàæå ïðè îáðàáîòêå äèýëåêòðè÷åñêèõ ìèøåíåé. Äëÿ ïîëó- ÷åíèÿ êîëè÷åñòâåííîé èíôîðìàöèè îá èçâëåêàåìûõ òîêàõ èîíîâ è ýëåêòðîíîâ áûëè èçìåðåíû ÂÀÕ ìè- øåíè (ðèñ. 3). Èç ðèñóíêà âèäíî, ÷òî â ñëó÷àå èñ- ïîëüçîâàíèÿ ïîñòîÿííîãî óñêîðÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ (êðèâàÿ 1) ìèøåíü ïðè ëþáûõ ïîòåíöèàëàõ ñîáèðàåò òîëüêî èîíû, â òî âðåìÿ êàê ïðè èñïîëüçîâàíèè Â×- ïèòàíèÿ ÈÎÑ òîê ìèøåíè èìååò îáå ïîëÿðíîñòè (êðè- âàÿ 2), ÷òî îçíà÷àåò ïðèñóòñòâèå êàê èîíîâ, òàê è ýëåê- òðîíîâ.  ñëó÷àå Â×-ñìåùåíèÿ èîííàÿ âåòâü ÂÀÕ èìå- åò õîðîøåå íàñûùåíèå, à ïëàâàþùèé ïîòåíöèàë ìè- øåíè áëèçîê ê íóëþ, â òî âðåìÿ êàê ïðè ïîñòîÿííîì ñìåùåíèè ïëàâàþùèé ïîòåíöèàë ìèøåíè áëèçîê ê óñêîðÿþùåìó íàïðÿæåíèþ. Åñëè ïîòåíöèàë ìèøåíè ñòàíîâèòñÿ áîëüøå ïëàâàþùåãî, òîê ìèøåíè ìåíÿåò çíàê, ÷òî îçíà÷àåò ñîáèðàíèå ýëåêòðîíîâ. Ïðè äîñòà- òî÷íî âûñîêèõ ïîòåíöèàëàõ ìèøåíè (â ñëó÷àå Â×- ñìåùåíèÿ ýëåêòðîäà) âñå ýëåêòðîíû, ýìèòèðîâàííûå èñòî÷íèêîì, äîñòèãàþò ìèøåíè, è åå òîê ñòðåìèòüñÿ ê íàñûùåíèþ. Âîçìîæíîñòü îäíîâðåìåííîãî èçâëå÷åíèÿ ïîëî- æèòåëüíûõ èîíîâ è ýëåêòðîíîâ èç ïëàçìû ñ èñïîëü- çîâàíèåì îäíîñåòî÷íîé ñèñòåìû èëëþñòðèðóþò ðå- çóëüòàòû èçìåðåíèÿ ôóíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ ïî ýíåð- ãèè (ÔÐÝ) èîíîâ è ýëåêòðîíîâ. Íà ðèñ. 4 ïîêàçàíû èçìåðåííûå ýíåðãåòè÷åñêèå ñïåêòðû äëÿ ñëó÷àåâ ïî- ñòîÿííîãî è Â×-íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ÈÎÑ (êðèâûå 1 è 2 ñîîòâåòñòâåííî).  îáîèõ ñëó÷àÿõ óñêîðÿþùèé ïîòåíöèàë ýëåêòðîäà áûë ðàâåí 120 Â. ÔÐÝ áûëè ïî- ëó÷åíû ïóòåì äèôôåðåíöèðîâàíèÿ âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèê êîëëåêòîðà ïðè ïîòåíöèàëå ñåòêè ÝÀ, ðàâíîì 0 Â, ïðè÷åì â ðåçóëüòàòå èîííûé ñïåêòð ðàñ- ïîëàãàåòñÿ ïðàâåå íóëÿ ïîòåíöèàëà, à ýëåêòðîííûé � ëåâåå. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ïîñêîëüêó èñïîëü- çóåìûé ÝÀ íå îñíàùåí äîïîëíèòåëüíîé ñåòêîé äëÿ ïîäàâëåíèÿ èîí-ýëåêòðîííîé ýìèññèè ñ êîëëåêòîðà ÝÀ, íà ïîëó÷åííûõ ÔÐÝ ïðèñóòñòâóåò åùå îäèí ïèê, ñîîòâåòñòâóþùèé ýëåêòðîíàì, ýìèòèðîâàííûì ñ ïî- âåðõíîñòè êîëëåêòîðà. Ïîëîæåíèå ýòîãî ïèêà îïðå- äåëÿåòñÿ ïîòåíöèàëîì ñåòêè ÝÀ, ïîýòîìó ïðè ïîòåí- öèàëå ñåòêè, ðàâíîì 0 Â, îí áëèçîê ê ãëàâíîìó ýëåê- òðîííîìó ïèêó è òðóäíîîòëè÷èì îò íåãî. Íàøè èçìå- ðåíèÿ ñ ðàçíûìè ïîòåíöèàëàìè ñåòêè ÝÀ ïîçâîëèëè ðàçäåëèòü ýòè ïèêè è îïðåäåëèòü âåëè÷èíó òîêà âòî- ðè÷íûõ ýëåêòðîíîâ, êîòîðûé íèêîãäà íå ïðåâûøàë 10% îò èîííîãî òîêà êîëëåêòîðà, ïîýòîìó ïðèñóòñòâèå òîêà èîí-ýëåêòðîííîé ýìèññèè íå ïîâëèÿëî íà ïîëó- ÷åííûå ðåçóëüòàòû. à) Itgt, À 0,2 0,1 0 10�4 10�3 pg, Òîðð á) Itgt, À 0,8 0,4 0 0 200 400 600 800 ÐRF, Âò Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòü èîííîãî òîêà ìèøåíè Itgt (ïîòåíöè- àë ìèøåíè �25 Â) è ïëîòíîñòè òîêà èîíîâ ji â èíäóêöèîí- íîì ðàçðÿäå äëÿ ñëó÷àÿ Â×-ñìåùåíèÿ íà ýëåêòðîä ( ) è áåç ñìåùåíèÿ ( ) îò äàâëåíèÿ (à) è îò Â×-ìîùíîñòè ÐRF, ââîäèìîé â èíäóêöèîííûé ðàçðÿä (á). Óñêîðÿþùåå íàïðÿæåíèå 50  ji, ìÀ/ñì2 4 2 0 ji, ìÀ/ñì2 4 2 0 Itgt, À 0,6 0,4 0,2 0 �0,2 �50 �25 0 25 50 75 ϕtgt,  2 1 Ðèñ. 3. ÂÀÕ ìèøåíè äëÿ ñëó÷àÿ ïîñòîÿííîãî ïîòåíöèà- ëà íà ýëåêòðîäå (1) è Â×-ñìåùåíèÿ íà ýëåêòðîäå (2) ÔÐÝ 0,8 0,4 0 ÔÐÝ 0,8 0,4 0 à) á) 2 1 �40 �30 �20 �10 0 50 100 150 200 Åå, ý Åi, ý Ðèñ. 4. Ôóíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ ïî ýíåðãèè (ÔÐÝ) ýëåêòðî- íîâ Åå (à) è ýíåðãèè èîíîâ Åi (á): 1 � ïðè ïîñòîÿííîì íàïðÿæåíèè íà ýëåêòðîäå; 2 � ïðè Â×- íàïðÿæåíèè íà ýëåêòðîäå Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2010, ¹ 2 55 ÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ Ïðè Â×-ïèòàíèè ÈÎÑ íà ÔÐÝ ïðèñóòñòâóåò êîì- áèíèðîâàííûé èîííî-ýëåêòðîííûé ñïåêòð ñ îñòðûì ïèêîì ýëåêòðîíîâ îêîëî íóëÿ è øèðîêèì ïèêîì ïó÷- êà èîíîâ âáëèçè ýíåðãèè, ïðèáëèçèòåëüíî ñîîòâåò- ñòâóþùåé óñêîðÿþùåìó ïîòåíöèàëó, ÷òî õàðàêòåðíî äëÿ óñêîðåíèÿ èîíîâ â Â×-ñëîå, êîãäà âðåìÿ ïðîëåòà ñëîÿ èîíîì ñðàâíèìî ñ ïåðèîäîì Â×-ïîëÿ [17].  ñëó÷àå ïîñòîÿííîãî ñìåùåíèÿ íàáëþäàåòñÿ îñòðûé èîííûé ïèê ïó÷êà. Êðîìå òîãî, â èîííîé ÷àñòè ïîëó- ÷åííûõ ñïåêòðîâ ïðèñóòñòâóåò åùå îäèí ïèê � âáëè- çè 10  äëÿ Â×-íàïðÿæåíèÿ íà ýëåêòðîäå è âáëèçè 50  ïðè ïîñòîÿííîì íàïðÿæåíèè íà ýëåêòðîäå. Ýòè ïèêè ñîîòâåòñòâóþò ìåäëåííûì èîíàì èîííî-ïó÷êî- âîé ïëàçìû, âîçíèêàþùåé â ïðîñòðàíñòâå òðàíñïîð- òèðîâêè ïó÷êà; èõ ïîëîæåíèå îïðåäåëÿåòñÿ ïîòåíöè- àëîì èîííî-ïó÷êîâîé ïëàçìû [18]. Ñóùåñòâîâàíèå áîëüøîãî ýëåêòðîííîãî òîêà â ñëó÷àå Â×-ñìåùåíèÿ ýëåêòðîäà ìîæåò áûòü îáúÿñíå- íî ñëåäóþùèì îáðàçîì. Èçâåñòíî, ÷òî ïîòåíöèàë ïëàçìû, êîíòàêòèðóþùåé ñ Â×-ýëåêòðîäîì, îñöèë- ëèðóåò, ïåðèîäè÷åñêè ïðèáëèæàÿñü ê íóëþ.  ýòè ìî- ìåíòû ýëåêòðîíû èç ïëàçìû ìîãóò ñâîáîäíî ïðîõî- äèòü ÷åðåç îòâåðñòèÿ ñåòêè. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ñîîòíîøåíèåì ìåæäó òîêàìè èîíîâ è ýëåêòðîíîâ íà ìèøåíü ìîæíî óïðàâ- ëÿòü â øèðîêîì äèàïàçîíå ïóòåì èçìåíåíèÿ ïîòåíöè- àëà ìèøåíè. Èç ðèñ. 3 âèäíî, ÷òî èçìåíåíèå ïîòåí- öèàëà íà ±10  ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ ñòåïåíè êîì- ïåíñàöèè èîííîãî ïó÷êà îò íåñêîìïåíñèðîâàííîãî äî ñèëüíî ïåðåêîìïåíñèðîâàííîãî. Ýòî ìîæåò áûòü èñ- ïîëüçîâàíî â ðàçëè÷íûõ òåõíîëîãèÿõ: òðàâëåíèè ïîä- çàòâîðíûõ äèýëåêòðèêîâ ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ, ïðî- èçâîäñòâå íàíîýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ è ìíîãèõ äðó- ãèõ. Íàøè èçìåðåíèÿ ñ ðàçëè÷íûìè ïîòåíöèàëàìè ñåòêè ÝÀ ïîêàçàëè, ÷òî ïðè ïîëîæèòåëüíîì ñìåùå- íèè ìèøåíè ýëåêòðîíû äîñòèãàþò ìèøåíè â âèäå íàïðàâëåííîãî ïó÷êà ñ óïðàâëÿåìîé ýíåðãèåé. Âñëåä- ñòâèå íàïðàâëåííîñòè êàê ýëåêòðîííîãî, òàê è èîí- íîãî ïîòîêîâ, îïèñàííûé èñòî÷íèê èîíîâ ìîæåò ñî- ñòàâèòü êîíêóðåíöèþ èñòî÷íèêàì íåéòðàëüíûõ ïó÷- êîâ â òàêèõ ïðèëîæåíèÿõ, êàê ìîíîñëîéíîå òðàâëå- íèå (ALET) [19] è èñêëþ÷åíèå çàâèñèìîñòè ñêîðîñ- òè òðàâëåíèÿ îò ñîîòíîøåíèÿ øèðèíû è ãëóáèíû ïðî- òðàâëèâàåìîãî îòâåðñòèÿ (ARDE) [20]. *** Òàêèì îáðàçîì èññëåäîâàíèÿ õàðàêòåðèñòèê ðàç- ðàáîòàííîãî âûñîêî÷àñòîòíîãî èñòî÷íèêà èîíîâ ñ îä- íîñåòî÷íîé ÈÎÑ ïîêàçàëè, ÷òî êîëè÷åñòâî ýìèòèðó- åìûõ ýëåêòðîíîâ äîñòàòî÷íî äëÿ ïîëíîé òîêîâîé êîì- ïåíñàöèè ïó÷êà èîíîâ. Ïðåäëîæåííûé ìåòîä óïðàâ- ëåíèÿ ñîîòíîøåíèåì òîêîâ èîíîâ è ýëåêòðîíîâ, ýìè- òèðóåìûõ èñòî÷íèêîì, ïîçâîëÿåò èçìåíÿòü ýòî ñîîò- íîøåíèå â î÷åíü øèðîêèõ ïðåäåëàõ. Èñïîëüçîâàíèå Â× èíäóêöèîííîãî ðàçðÿäà â èñòî÷íèêå ïîçâîëÿåò äî- ñòè÷ü âûñîêîé ïëîòíîñòè òîêà (1�10 ìÀ/ñì2) â äèà- ïàçîíå íèçêèõ çíà÷åíèé ýíåðãèè èîíîâ (20�500 ýÂ) ñ âîçìîæíîñòüþ íåçàâèñèìîãî óïðàâëåíèÿ ýíåðãèåé è ïëîòíîñòüþ òîêà èîíîâ. ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ 1. Brown Ian G. The Physics and technology of ion sources.� Wiley-VCH, 2004. 2. Roth J. Reece. Industrial plasma engineering. Vol. 2: Applications to nonthermal plasma processing.� CRC Press, 2001. 3. Kanarov V., Hayes A. V., Yevtukhov R. åt al. Thirty-five centimeter diameter radio frequency ion-beam source // Rev. Sci. Instrum.� 1998.� Vol. 69, N 2, Part I.� P. 874�876. 4. Hayes A. V., Kanarov V., Vidinsky B. Fifty centimeter ion beam source // Rev. Sci. Instrum.� 1996.� Vol. 67, N 4.� P. 1638�1641. 5. http://www.oxford-instruments.com 6. Pat. 4259145 USA. Ion source for reactive ion etching / J. M. E. Harper, H. R. Kaufman.� 31.03 1981. 7. Ïàò. 1570549 ÐÔ. Âûñîêî÷àñòîòíûé èñòî÷íèê èîíîâ / À. Ì. Áóäÿíñêèé, À. Â. Çûêîâ, Â. È. Ôàðåíèê.� 27.06 1993.; Ïàò. 2426 Óêðàèíû îò 15.02 1994. 8. Dudin S. V., Rafalskyi D. V. On the simultaneous extraction of positive ions and electrons from single-grid ICP source // Europhysics Letters.� 2009.� Vol. 88, N 5.� P. 55002. 9. Ïîëîæèé Ê. È. Ôîðìèðîâàíèå ïîòîêîâ çàðÿæåííûõ ÷àñòèö â êîìáèíèðîâàííîì èíäóêöèîííî-åìêîñòíîì Â× ðàçðÿäå / Äèñ. ... êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê.� Õàðüêîâ, ÔÒÔ ÕÍÓ èì. Â. Í. Êàðàçèíà.� 2000. 10. Äóäèí Ñ. Â., Çûêîâ À. Â., Ïîëîæèé Ê. È. Ýíåðãåòè÷åñêàÿ îïòèìèçàöèÿ ðàñïûëèòåëüíûõ ñèñòåì íà áàçå Â×-èíäóêöèîííî- åìêîñòíîãî ðàçðÿäà // Ïèñüìà â ÆÒÔ.� 1996.� T. 22, ¹ 19.� C. 54�59. 11. Äóäèí Ñ. Â., Çûêîâ À. Â., Ïîëîæèé Ê. È., Ôàðåíèê Â. È. Ýíåðãåòè÷åñêàÿ öåíà èîíà â êîìáèíèðîâàííîì èíäóêöèîííî-åì- êîñòíîì Â× ðàçðÿäå // Ïèñüìà â ÆÒÔ.� 1998.� Ò. 24, ¹ 22.� C. 33�39. 12. Áóäÿíñêèé À. Ì., Çûêîâ À. Â., Ôàðåíèê Â. È. Â× èíäóêöè- îííûé èñòî÷íèê íèçêîýíåðãåòè÷íûõ èîíîâ // Ìàòåð. Ìåæîòðàñ- ëåâîãî íàó÷.-òåõíè÷. ñåìèíàðà «Ôèçè÷åñêèå îñíîâû è íîâûå íà- ïðàâëåíèÿ ïëàçìåííîé òåõíîëîãèè â ìèêðîýëåêòðîíèêå».� Õàðü- êîâ.� 1991.� Ñ. 26�27. 13. Ìàèøåâ Þ. Ï., Ôàðåíèê Â. È., Áóäÿíñêèé À. Ì. è äð. Èññëåäîâàíèå âûñîêî÷àñòîòíîãî èíäóêöèîííîãî ðàçðÿäà íèçêîãî äàâëåíèÿ äëÿ ñîçäàíèÿ øèðîêîàïåðòóðíûõ èñòî÷íèêîâ èîíîâ ñ âûñîêîé îäíîðîäíîñòüþ òîêà ïó÷êà // Òðóäû ÔÒÈ ÐÀÍ.� 1999.� Ò. 15.� C. 33�59. 14. Ïàò. 42072 Óêðà¿íè íà êîðèñíó ìîäåëü. Åíåðãîåôåêòèâíå äæåðåëî ³îí³â / Ñ. Â. Äóä³í, Î. Â. Çèêîâ, Ä. Â. Ðàôàëüñüêèé.� 25.05 2009. 15. Dudin S. V., Rafalskyi D. V. Two modes of ion extraction in single-grid ion source // The Third Central European Symposium on Plasma Chemistry.� Kyiv, Ukraine.� 2009.� Book of Abstracts.� P. 172�173. 16. Dudin S. V., Rafalskyi D. V. Influence of ion-beam plasma on the ion extraction efficiency in single-grid ion source // Proceed. of the V international confer. «Electronics and applied physics».� Kyiv, Ukraine.� 2009.� P. 122�123. 17. Lieberman M. A., Lichtenberg A. J. Principles of plasma discharges and materials processing.� New York, Wiley, 2004. 18. Äóäèí Ñ. Â., Ðàôàëüñêèé Ä. Â. Çàêîíîìåðíîñòè ôîðìèðî- âàíèÿ ïó÷êà èîíîâ íèçêîé ýíåðãèè ïðè ïîìîùè îäíîñåòî÷íîé èîííî-îïòè÷åñêîé ñèñòåìû // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.� 2009.� ¹ 6.� C. 42�45. 19. Athavale D., Economou D. J. Molecular dynamics simulation of atomic layer etching of silicon // J. Vac. Sci. Technol. A.� 1995.� N 13.� P. 966�971. 20. Economou D. J. Fast neutral beams for materials processing. // J. Phys. D: Appl. Phys.� 2008.� N 41.� P. 024001�024012.