DE68913920T2 - Dampf- und Ionenquelle. - Google Patents
Dampf- und Ionenquelle.Info
- Publication number
- DE68913920T2 DE68913920T2 DE68913920T DE68913920T DE68913920T2 DE 68913920 T2 DE68913920 T2 DE 68913920T2 DE 68913920 T DE68913920 T DE 68913920T DE 68913920 T DE68913920 T DE 68913920T DE 68913920 T2 DE68913920 T2 DE 68913920T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- cathode
- ion source
- cavity
- opening
- ionized
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- -1 Cu+ ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
- H05H3/02—Molecular or atomic beam generation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/08—Ion sources; Ion guns using arc discharge
- H01J27/14—Other arc discharge ion sources using an applied magnetic field
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Description
- Diese Erfindung betrifft eine Dampf- und Ionenquelle gemäß dem ersten Teil von Anspruch 1, und insbesondere eine Dampf- und Ionenquelle aus Metall.
- Eine solche Quelle ist aus dem Artikel "Instruments and Experimental Techniques", Band 30, Nr. 1, Teil 2, Januar- Februar 1987, S. 168-170, V. A. Saenko u. a. bekannt. In diesem Artikel wird eine Ionenquelle aus Metall mit einer heißen, hohlen Kathode beschrieben. Bei diesem Dokument ist der Dampfdruck sehr niedrig und die Kathode muß zumindest anfänglich geheizt werden. Dadurch wird auch die Lebensdauer der Quelle herabgesetzt.
- Beim bisherigen Stand der Technik entstehen die Dampf- und Ionenquellen aus Metall in klassischer Weise durch den Beschuß einer Auftreffplatte mit einem Elektronenstrahl. Dies erfordert eine komplexe und empfindliche Apparatur, die in Hochvakuum arbeitet (in der Größenordnung von 10&supmin;³ Pascal) und eine kurze Lebensdauer hat.
- Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht daher darin, eine andere Art von Dampf- und Ionenquelle mit besonders einfachem Aufbau und langer Lebensdauer vorzusehen.
- Um diese Aufgabe zu lösen, sieht diese Erfindung eine Dampf- und Ionenquelle gemäß Anspruch 1 vor.
- Um diese Ionenquelle in Gang zu setzen, wird anfänglich in dem Behälter und insbesondere in dem Hohlraum der Kathode ein Niederdruck-Trägergas vorgesehen, und die Kathode wird auf ein negatives Potential in der Größenordnung von einigen hundert Volt gegenüber der Anode (der Masse) gebracht. Dies bewirkt eine Ionisierung des Trägergases und ein Aufheizen der Kathode. Als Folge davon verflüchtigt sich das in der Kathode angeordnete, zu ionisierende Material und wird ionisiert. Die Metalldämpfe und die Ionen des Materials können sodann auf eine Auftreffplatte geschossen werden, die gegenüber dem Potential des Plasma ein negatives Potential hat. Sobald der Vorgang einmal gestartet ist, kann ein Pumpen begonnen werden, um den Anteil des Trägergases, das überflüssig wird, herabzusetzen.
- Diese sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden in der folgenden Beschreibung einer besonderen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur näher dargelegt.
- Wie die Figur zeigt, sieht diese Erfindung die Verwendung einer Kathode 10 mit einem inneren Hohlraum und einer Austrittsöffnung 11 vor. Diese Kathode ist in einem Behälter eingeschlossen, zum Beispiel in einem leitenden Behälter M an der Masse, der im folgenden manchmal Masse und manchmal Anode genannt wird, da er gegenüber der Kathode 10 eine Anode darstellt. Dieser Behälter ist mit Pumpmitteln 13 und mit Mitteln 14 zum Einführen eines Gases versehen, wobei es sich bei diesem Gas beispielsweise um Helium, um Argon usw. handelt.
- Es ist ein Magnet oder ein anderes Mittel zum Aufbauen eines Magnetfeldes A vorgesehen, um ein Magnetfeld im Bereich der Öffnung 11 der Kathode im rechten Winkel zu deren Ebene aufzubauen. In dem Hohlraum 10 ist ein zu ionisierendes Material vorgesehen, beispielsweise ein Metall 15 in Form von Pulver, Stäben, Spänen usw.
- Zunächst wird der Behälter M geleert und ein Trägergas in ihn eingeführt, das unter einem Druck in der Größenordnung von einigen Zehntel bis einigen Zig Pascal steht. Wenn die Kathode auf ein negatives Potential von einigen hundert Volt gebracht ist, entsteht ein elektrisches Feld, und aufgrund des vorhandenen Hohlraums krümmen sich die elektrischen Feldlinien 16 im Bereich der Öffnung zum Inneren des Hohlraums hin, wie dies in der Figur dargestellt ist. Es gibt daher Bereiche, in denen das elektrische Feld E aufgrund der Krümmung der Feldlinien senkrecht zu dem aufgebauten Magnetfeld B verläuft. Dies hat die Bildung von Plasma bei viel niedrigeren Gasdruckverhältnissen zur Folge, als es ohne derartige sich überkreuzende elektrische und magnetische Felder der Fall wäre. Denn der Grund für die Plasmabildung liegt in den Randeffekten (Krümmung des elektrischen Feldes aufgrund der vorhandenen Öffnung in den Hohlraum), kombiniert mit dem an bestimmten Stellen kreuzenden Magnetfeld. Es bildet sich daher bei Trägergas-Druckverhältnissen von mehr als einigen Zehntel Pascal eine Plasmazone etwa dergestalt, wie sie in der Figur durch eine punktierte Linie in der Nähe der Öffnung 11 umgrenzt wird. Damit dieser Vorgang stattfindet, muß die Öffnung bekanntlich ausreichende Maße aufweisen, beispielsweise einen Schlitz von mehr als 4 mm Breite, und in einer im wesentlichen ebenen und senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes liegenden Fläche oder Platte ausgeführt sein.
- Diese Plasmabildung hat ein Aufheizen der Wände des Hohlraums 10 und damit des Materials 15 zur Folge, das sublimiert wird oder verdampft (je nachdem, ob es sich verflüssigt oder nicht). Es entstehen also Dämpfe dieses Materials. Diese Dämpfe entweichen durch die Öffnung 11 des Hohlraums und ein beachtlicher Anteil wird durch die Elektronen des Plasma ionisiert: Es entstehen also Ionen des Materials 15, die durch eine Platte 20 aufgefangen werden können, die der Öffnung des Hohlraums gegenüber angeordnet ist und auf ein negatives Potential gegenüber der Masse gebracht wurde. Diese Platte nimmt also die Ionen und die Dämpfe des Materials auf, während die Elektronen durch das negative Potential zur Masse hin abgestoßen werden.
- Es ist zu bemerken,daß das Potential des Plasma nicht das gleiche Potential ist wie das der Kathode 10, sondern daß, wenn das Potential dieser Kathode beispielsweise -500 Volt beträgt, das Potential des Plasma einige Zig Volt betragen kann. So wird je nach der Aufschlagenergie, die die Ionen auf die Platte 20 haben sollen, diese auf ein Potential gebrachte das etwa zwischen hundert und tausend Volt variieren kann.
- Wenn der Gasdruck des Materials in dem Hohlraum einen Druck in der Größenordnung von einem Pascal erreicht, kann die Zufuhr der Gase 14, die die anfängliche Plasmabildung verursachen, unterbrochen werden, während gleichzeitig das Pumpen durch die Pumpe 13 fortgesetzt wird. Das Entladen setzt sich fort, da unter diesen Bedingungen die Dämpfe des Materials 15 die anfängliche Rolle des Gases übernehmen. Es befindet sich also im Inneren des Hohlraums ein Plasma, das automatisch erhalten bleibt.
- Auf diese Weise wird eine durch das vorhandene Material 15 sich selbst erhaltende Dampf- und Ionenquelle erzielt, wobei diese Quelle in einem Vakuum von einem Zehntel bis Zehn Pascal arbeitet.
- Das Material 15 ist dann beispielsweise ein Metall. Wenn die Kathode sich auf einem Potential von -500 Volt und die Platte 20 sich auf einem Potential in der Größenordnung von -1200 Volt befindet, so erhält man mit Kupfer auf einer Fläche von 50 cm² 3 Ampere Cu&spplus;-Ionen, die mit 1200 Volt beschleunigt wurden. Die Niederschlaggeschwindigkeit der Kupferatome auf der Platte 20 betrug 20 Mikrometer/Min., woraus zu folgern ist, daß 25 Prozent der verdampften Kupferatome ionisiert wurden.
- Diese Möglichkeit, eine durch das Vorhandensein eines Metalls (ohne Trägergas) sich selbst erhaltende und in Vakuum arbeitende Quelle zu erhalten, besteht mit etwa 60% der Metalle (jener, deren Sättigungs-Dampfdruck größer ist als einige Pascal, und zwar bei Temperaturen von weniger als 1600-1700ºC, die normalerweise im Inneren des Kathodenhohlraums herrschen).
- Das Verfahren gemäß dieser Erfindung weist zahlreiche Vorteile auf, unter denen zu nennen sind:
- - eine hohe Niederschlaggeschwindigkeit, die derjenigen gleichkommt, die bei Verdampfen in Vakuum erreicht wird,
- - ein hoher Ionisierungsgrad der Metalldämpfe (bis zu 25%, während bei den klassischen Verfahren des ionisierten Niederschlags Ionisierungsgrade in der Größenordnung von 1 bis 2% erreicht werden),
- - die Möglichkeit bei 60% der Metalle, ohne Trägergas zu funktionieren, wodurch der Verschmutzungsgrad herabgesetzt wird.
- Es ergibt sich aus der hohen Anzahl von Ionen, daß auf einer Auftreffplatte 20 eine hervorragende Haftung des Niederschlags vorgesehen werden kann.
- Durch seine besondere Einfachheit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine lange Lebensdauer haben. Des weiteren sind die Abmessungen der Vorrichtung durch keinerlei grundsätzliche Betrachtungen begrenzt, und es kann in Betracht gezogen werden, die Auftreffplatte 20 über eine große Länge zu beschießen, wenn die Öffnung 12 ein großflächiger Schlitz ist.
- Diese Erfindung kann zahlreiche Modifikationen erfahren. Das Material, aus dem die Kathode und der Massebehälter bestehen, wird so gewählt, daß es auf die Betriebstemperaturen nicht reagiert, was zum Beispiel bei Wolfram der Fall ist. Der Behälter kann verschiedene Formen annehmen und kann zum Beispiel mit einem Massegitter verbunden werden, das gegenüber der Öffnung 11 angeordnet ist, um die anfängliche Plasmabildung zu begünstigen. Es können verschiedene Gitter- oder Öffnungssysteme auf verschiedenen Potentialen vorgesehen werden, um die auf die Auftreffplatte geschossenen Ionen zu beschleunigen und/oder zu bündeln.
Claims (5)
1. Dampf- und Ionenquelle, die in einen Niederdruckbehalter
eine Anode (M) und eine Kathode (K), die durch einen
Äquipotentialehohlraum (10) mit einer Öffnung (11) gebildet
ist, sowie Mittel zum Anlegen eines magnetischen Feldes (B)
orthogonal zur Ebene der Öffnung aufweist, wobei in dem
Hohlraum der Kathode ein zu ionisierendes Material (15)
angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Kathode (K) nicht geheizt ist und
- die Öffnung eine Größe aufweist, die ausreichend ist, daß
sich während des Anlegens eines Anoden/Kathoden-Feldes
Feldlinien ergeben, die gegen das Innere des Hohlraumes
gekrümmt sind.
2. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
zu ionisierende Material (15) ein Metall ist.
3. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Druck in dem Behälter in der Größenordnung einiger Zehntel
Pascal liegt, wobei dieser Druck anfangs durch ein Trägergas
und anschließend durch das zu ionisierende Material selbst
sichergestellt wird.
4. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kathode auf einem negativen Potential von einigen hundert
Volt liegt.
5. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Öffnung ein länglicher Schlitz ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8816012A FR2639756B1 (fr) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | Source de vapeurs et d'ions |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE68913920D1 DE68913920D1 (de) | 1994-04-21 |
DE68913920T2 true DE68913920T2 (de) | 1994-11-03 |
Family
ID=9372645
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE68913920T Expired - Lifetime DE68913920T2 (de) | 1988-11-30 | 1989-11-27 | Dampf- und Ionenquelle. |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5025194A (de) |
EP (1) | EP0371894B1 (de) |
JP (1) | JPH03114122A (de) |
AT (1) | ATE103106T1 (de) |
DE (1) | DE68913920T2 (de) |
FR (1) | FR2639756B1 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6271529B1 (en) | 1997-12-01 | 2001-08-07 | Ebara Corporation | Ion implantation with charge neutralization |
DE20023972U1 (de) | 2000-12-15 | 2008-04-10 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Magnetventil für einen Kältemittelkreislauf |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1209092A (fr) * | 1958-05-03 | 1960-02-29 | Commissariat Energie Atomique | Nouvelle source d'ions |
US3223885A (en) * | 1963-04-29 | 1965-12-14 | Gen Electric | Stabilization circuit for electron beam apparatus |
US3414702A (en) * | 1965-05-28 | 1968-12-03 | Gen Electric | Nonthermionic electron beam apparatus |
US3411035A (en) * | 1966-05-31 | 1968-11-12 | Gen Electric | Multi-chamber hollow cathode low voltage electron beam apparatus |
FR2595868B1 (fr) * | 1986-03-13 | 1988-05-13 | Commissariat Energie Atomique | Source d'ions a resonance cyclotronique electronique a injection coaxiale d'ondes electromagnetiques |
US4894546A (en) * | 1987-03-11 | 1990-01-16 | Nihon Shinku Gijutsu Kabushiki Kaisha | Hollow cathode ion sources |
FR2618602B1 (fr) * | 1987-07-22 | 1990-01-05 | Centre Nat Rech Scient | Source d'electrons |
-
1988
- 1988-11-30 FR FR8816012A patent/FR2639756B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-11-27 AT AT89420467T patent/ATE103106T1/de not_active IP Right Cessation
- 1989-11-27 DE DE68913920T patent/DE68913920T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-11-27 EP EP89420467A patent/EP0371894B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-11-29 US US07/442,796 patent/US5025194A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-11-29 JP JP1310466A patent/JPH03114122A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0371894B1 (de) | 1994-03-16 |
FR2639756B1 (fr) | 1994-05-13 |
ATE103106T1 (de) | 1994-04-15 |
JPH03114122A (ja) | 1991-05-15 |
FR2639756A1 (fr) | 1990-06-01 |
US5025194A (en) | 1991-06-18 |
DE68913920D1 (de) | 1994-04-21 |
EP0371894A1 (de) | 1990-06-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0205028B1 (de) | Vorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten auf ein Substrat | |
EP0349556B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung von festkörperoberflächen durch teilchenbeschuss | |
DE3789618T2 (de) | Ionenerzeugende apparatur, dünnschichtbildende vorrichtung unter verwendung der ionenerzeugenden apparatur und ionenquelle. | |
DE3885706T2 (de) | Magnetron-Bedampfungssystem zum Ätzen oder Niederschlagen. | |
EP0021140A1 (de) | Ionenquelle in einer Vakuumkammer und Verfahren zum Betrieb derselben | |
DE2619071A1 (de) | Elektronenkanone | |
DE3136515A1 (de) | "zerstaeubungsvorrichtung und zerstaeubungsverfahren" | |
DE2845074A1 (de) | Verfahren zum aetzen eines einer elektrode gegenueberliegenden substrats mit aus einem quellmaterial stammenden negativen ionen und dafuer geeignetes quellmaterial | |
DE2335821A1 (de) | Teilchenbeschleuniger | |
DE3881579T2 (de) | Ionenquelle. | |
DE3688860T2 (de) | Mittels Elektronenstrahl angeregte Ionenstrahlquelle. | |
DE69207616T2 (de) | Schnelle Atomstrahlquelle | |
DD153018A5 (de) | Kathodenstrahlroehre | |
DE69123062T2 (de) | Vorrichtung zum Ionisieren von Metallen hoher Schmelzpunkte verwendbar in mit Freeman oder ähnlichen Ionenquellen ausgerüstete Ionenimplantierungsgeräte | |
DD275861A5 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung einer dünnen Schicht auf einem transparenten Stoff, insbesondere auf Glas | |
DE68919671T2 (de) | Universelle Kaltkathoden-Ionenerzeugungs- und -beschleunigungsvorrichtung. | |
DE68913920T2 (de) | Dampf- und Ionenquelle. | |
DE3136787A1 (de) | "verfahren und vorrichtung zum verstaerkten neutralisieren eines positiv geladenen ionenstrahls" | |
DE4391006C2 (de) | Elektronenstrahlkanone | |
EP0371252B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Ätzen von Substraten mit einer magnetfeldunterstützten Niederdruck-Entladung | |
DE1920183A1 (de) | Ionenbeschussverfahren | |
DE1514972B2 (de) | Ionenstoß-Ionenquelle | |
DE3511141C2 (de) | ||
DE2621453A1 (de) | Ionenquelle | |
EP0021204A1 (de) | Ionengenerator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Representative=s name: CZYBULKA, U., DIPL.-PHYS., PAT.-ANW., 81667 MUENCH |