Una fuente de iones que comprende:

un cátodo conductor que comprende un cátodo interior (5a) y un cátodo exterior (5b');

un hueco emisor de iones (22) formado al menos parcialmente entre el cátodo interior (5a) y el cátodo exterior (5b');

un ánodo (25) situado próximo al hueco emisor de iones (22)

en el que el cátodo exterior (5b') comprende una pluralidad de piezas conductoras conectadas eléctricamente que son al menos parcialmente coplanares caracterizado porque

el ánodo (25) es al menos parcialmente coplanar con los cátodos interior y exterior (5a, 5b').

Fuente de iones con cátodo exterior de múltiples piezas

Esta invención se refiere a una fuente de iones que tiene un diseño de cátodo mejorado.

Antecedentes de la invención

Una fuente de iones es un dispositivo que hace que las moléculas de gas serán ionizadas y luego acelera y emite los moléculas y/o átomos de gas ionizados hacia un sustrato. Tal fuente de iones se puede utilizar para diversos fines, incluyendo pero no limitado a la limpieza de un substrato, activación de la superficie, pulido, grabado, y/o la deposición de recubrimiento (s) /capa (s) de película delgada. Fuentes de iones de ejemplo se divulgan, por ejemplo, en las patentes U.S. nºs 6.359.388; 6.037.717; 6.002.208; 5.656.819, 6.815.690, nºs de serie 10/986.456, y 10/419.990.

Las Figs. 1-3 ilustran una fuente de iones convencional del tipo de deriva cerrada, de cátodo frío, de efecto Hall. En particular, la Fig. 1 es una vista lateral en sección transversal de una fuente de haz de iones con una rendija emisor de haz de iones definida en el cátodo, la Fig. 2 es una vista en planta en sección correspondiente a lo largo de la línea de sección II-II de la Fig. 1, y la Fig. 3 es una vista en planta en sección correspondiente a lo largo de la línea de sección III-III de la Fig. 1. Como puede verse en las Figs. 2-3, la fuente de iones puede tener una rendija emisor de haz de iones en forma ovalada y/o de pista de carreras aunque otros tipos de rendijas tales como una rendija circular puede ser utilizado en su lugar. Otras formas adecuadas también pueden ser utilizadas.

Haciendo referencia a las Figs. 1-3, la fuente de iones incluye una carcasa hueca hecha de un material altamente magnético-conductivo (o permeable) tal como hierro, que se usa como un cátodo 5. El cátodo 5 incluye cada uno de un cátodo interior 5a y un cátodo exterior 5b de una sola pieza. El cátodo exterior 5b puede incluir una pared lateral 7 cilíndrica u ovalada y una pared de fondo 9 parcial o totalmente cerrada; mientras que el cátodo interior 5a incluye una pared superior 11 aproximadamente plana en la cual se define una rendija y/o abertura 15 circular u oval emisor de iones. La rendija 15 se define al menos parcialmente entre el cátodo interior 5a y el cátodo exterior 5b de una pieza. La (s) pared (es) de fondo 9 y lateral (es) 7 del cátodo son opcionales. La rendija/abertura 15 emisor de iones incluye una periferia interior, así como una periferia exterior.

Abertura u orificio (s) 21 de suministro de gas de mantenimiento de plasma y/o de deposición es/son formados en la pared de fondo 9. La pared superior plana del cátodo funciona como un electrodo de aceleración. Un sistema magnético que incluye un (os) imán (imanes) permanente (s) cilíndrico (s) 23 con polos N y S de polaridad opuesta se coloca dentro de la carcasa entre la pared de fondo 9 y la pared superior 11. El fin del sistema magnético con un circuito magnético cerrado formado por el imán 23 y el cátodo 5 es inducir un campo magnético sustancialmente transversal (MF) en un área próxima a la rendija emisor de iones 15. La fuente de iones puede ser total o parcialmente dentro de una pared 50. En ciertos casos, la pared 50 puede rodear completamente la fuente y el sustrato 45, mientras que en otros casos, la pared 50 sólo puede rodear parcialmente la fuente de iones y/o el sustrato.

Un ánodo conductor 25 de forma circular u oval, eléctricamente conectado al polo positivo de la fuente de energía eléctrica 29, está dispuesta de manera que rodee al menos parcialmente el imán '23 y sea aproximadamenteconcéntrica con el mismo. Ánodo 25 puede ser fijado dentro de la carcasa a través de anillo aislante 31 (por ejemplo, de cerámica) . Ánodo 25 define una abertura central en el mismo en el cual imán 23 está situado. El polo negativo de la fuente de energía eléctrica 29 está conectado al cátodo 5, de modo que el cátodo es negativo con respecto al ánodo (por ejemplo, el cátodo puede estar conectado a tierra en ciertos casos de ejemplo no limitantes) .

Generalmente hablando, el ánodo 25 puede tener polarización positiva por varios cientos a varios miles de voltios. Mientras tanto, el cátodo (partes interiores y/o exteriores del mismo) puede mantenerse en, o cerca de, el potencial de tierra. Esto es durante la operación de la fuente de iones.

La fuente de haz de iones convencional de las Figuras 1-3 está destinada a la formación de un haz de iones tubular (en el caso de un modo estándar de haz colimado, por ejemplo) unilateralmente dirigido, que fluye en la dirección hacia sustrato 45. Sustrato 45 puede o no estar polarizado en diferentes casos. El haz de iones emitido desde el área de la rendija/abertura 15 está en la forma de un óvalo (por ejemplo, pista de carreras) en la realización de las Figuras 1-3, aunque otras formas pueden ser utilizadas.

La fuente de iones de haz convencional de las Figuras 1-3 puede operar como sigue en un modo de depósito cuando se desea depositar por haz de iones una (s) capa (s) sobre el sustrato 45. Una cámara de vacío en el que se encuentra el sustrato 45 y la rendija/abertura 15 es evacuada a una presión menor que la atmosférica, y un gas de depósito (por ejemplo, un gas de hidrocarburo tales como acetileno, o similares) se suministra al interior de la fuente a través de la (s) abertura (s) de gas 21 o de cualquier otra manera adecuada. Es posible que el gas de depósito en su lugar pueda ser introducido en la zona comprendida entre la rendija 15 y el sustrato 45. Un gas de mantenimiento (por ejemplo, argón) también puede ser suministrado a la fuente en ciertos casos, junto con el gas de depósito.

Fuente de alimentación 29 es activado y un campo eléctrico se genera entre el ánodo 25 y el cátodo 5 (incluyendo interior 5a y exterior5b) , que acelera los electrones a alta energía. Ánodo 25 está positivamente polarizada por varios cientos a varios miles de voltios, y cátodos 5a y 5b son en potencial de tierra o próximo al mismo, como se muestra en la Fig. 1. Colisiones de electrones con el gas en o próxima a la abertura/rendija 15 conducen a la ionización y el plasma es generado. "Plasma" en este documento significa una nube de gas incluyendo iones de un material que se acelera hacia sustrato 45. El plasma se expande y llena (o al menos llena parcialmente) una región que incluye rendija/abertura 15. Un campo eléctrico es producido en la rendija15, orientado en la dirección sustancialmente perpendicular al campo magnético transversal, lo que provoca que los iones sean propagados hacia sustrato 45. Los electrones en el espacio de aceleración de iones en y/o próximo la rendija/abertura 15 son impulsados por la deriva E x B conocida (Hall corriente) en una trayectoria en bucle cerrado dentro de la región de líneas de campo cruzadas eléctricas y magnéticas próxima la rendija/abertura 15. Estos electrones que circulan contribuyen a la ionización del gas (el término "gas" como se usa aquí, significa al menos un gas) , de modo que la zona de colisiones ionizantes se extiende más allá del hueco eléctrico entre el ánodo y el cátodo e incluye la región próxima la rendija/abertura 15 en un y/o ambos lados del cátodo.

Para fines de ejemplo, considérese la situación en la que un gas de depósito de silano y/o acetileno (C2H2) es/son utilizados por la fuente de iones de las Figs. 1-3 en un modo de depósito. El gas de depósito de silano y/o acetileno pasa a través del hueco entre el ánodo 25 y los cátodos 5a, 5b. Por ejemplo el documento US 2005/057166 A1 divulga una expansión de cátodo longitudinal en una fuente de iones. En una realización preferida dos placas de cátodo forman un cátodo. La separación entre las placas de cátodo establece el hueco cátodo-cátodo. Un circuito magnético es accionado por un imán. Un ánodo está montado en una serie de postes de aislantes de ánodo, que soporta el ánodo a la altura apropiada para lograr la deseada dimensión uniforme de hueco ánodo-cátodo. Los postes de aislantes de ánodo pueden tener una altura fija con relación a la superficie interior del módulo de cuerpo de fuente o la altura de los postes se puede cambiar durante la fabricación para ajustar el hueco ánodo-cátodo dentro de una tolerancia especificada. La Fig. 3 ilustra una vista de conjunto despiezada de un extremo de una configuración de placa de cátodo. Una placa de cátodo está colocada en una pared lateral de un cuerpo de fuente para proporcionar un borde del hueco cátodo-cátodo en la fuente de iones. La placa de cátodo está formada como una tira rectangular larga. En algunas implementaciones la placa de cátodo... [Seguir leyendo]

1. Una fuente de iones que comprende:

un cátodo conductor que comprende un cátodo interior (5a) y un cátodo exterior (5b') ; un hueco emisor de iones (22) formado al menos parcialmente entre el cátodo interior (5a) y el cátodo exterior (5b') ; un ánodo (25) situado próximo al hueco emisor de iones (22) en el que el cátodo exterior (5b') comprende una pluralidad de piezas conductoras conectadas eléctricamente que son al menos parcialmente coplanares caracterizado porque el ánodo (25) es al menos parcialmente coplanar con los cátodos interior y exterior (5a, 5b') .

2. La fuente de iones de la reivindicación 1, en el que el cátodo exterior (5b') comprende piezas de extremo primero y segundo (5c, 5d) , en el que cada una de las piezas de extremo primero y segundo (5c, 5d) tiene un borde interior en forma de arco que al menos parcialmente define el hueco emisor de iones (22) .

3. La fuente de iones de la reivindicación 2, en el que las piezas de extremo primero y segundo (5c, 5d) no están físicamente en contacto entre sí.

4. La fuente de iones de la reivindicación 3, en el que el cátodo exterior (5b') comprende además piezas laterales primera y segunda (5e, 5f) , cada uno de los cuales se encuentra al menos parcialmente entre las piezas de extremo primero y segundo (5c, 5d) .

5. La fuente de iones de la reivindicación 4, en el que las piezas laterales primera y segunda (5e, 5f) del cátodo exterior (5b') comprenden respectivos bordes interiores que definen al menos parcialmente el hueco emisor de iones (22) y que son sustancialmente paralelos entre sí.

6. La fuente de iones de la reivindicación 4, en el que las piezas de extremo primero y segundo (5c, 5d) y las piezas laterales primera y segunda (5e, 5f) , se proporcionan todas al menos parcialmente en un plano común.

7. La fuente de iones de la reivindicación 1, en el que un área entre el ánodo (25) y el cátodo (5a, 5b') está provista de un aislante cerámico (35) .

8. La fuente de iones de la reivindicación 1, que comprende además al menos un imán (23) , al menos parcialmente situado adyacente a la parte interior de cátodo (5a) y situado en una abertura definida en el ánodo

(25) desde el punto de vista de un substrato (45) al cual iones son dirigidos.

9. La fuente de iones de la reivindicación 1, en el que la fuente de iones es una fuente de iones de deriva cerrada de cátodo frío.

10. La fuente de iones de la reivindicación 1, en el que el cátodo interior (5a) y el cátodo exterior (5b’) son del mismo material conductor.

11. La fuente de iones de la reivindicación 6, en el que las piezas de extremo primero y segundo (5c, 5d) y las piezas laterales primera y segunda (5e, 5f) están todas conectadas eléctricamente.