CS253199B1 - Apparatus for implanting rotationally symmetrical surfaces and cavities - Google Patents
Apparatus for implanting rotationally symmetrical surfaces and cavities Download PDFInfo
- Publication number
- CS253199B1 CS253199B1 CS864164A CS416486A CS253199B1 CS 253199 B1 CS253199 B1 CS 253199B1 CS 864164 A CS864164 A CS 864164A CS 416486 A CS416486 A CS 416486A CS 253199 B1 CS253199 B1 CS 253199B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- substrate
- ion beam
- cavities
- implantation
- implanting
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Zařízení pro implantaci rotačně symetrických povrchů a dutin je tvořeno diagnostickou jednotkou svazku iontů, za níž jsou umístěny elektrostatický vertikální a horizontální deflektor svazku iontů. Svazek iontů je zaměřen na substrát, který je uložen v upínacím prvku, spojeném přes převodový člen pro změnu úhlu osy rotace s pohonnou jednotkou.The device for implantation of rotationally symmetric surfaces and cavities consists of a diagnostic ion beam unit, behind which are located electrostatic vertical and horizontal ion beam deflectors. The ion beam is focused on the substrate, which is placed in a clamping element, connected via a gear member for changing the angle of the rotation axis with the drive unit.
Description
Vynález se týká zařízení pro implantaci rotačně symetrických povrchů a dutin, využívaného zejména v mikrometalurgii například pro zušlechtování povrchu materiálů.The invention relates to a device for implanting rotationally symmetrical surfaces and cavities, used in particular in micrometallurgy, for example for surface refinement of materials.
Metody implantace iontů byly doposud využívány v aplikacích na rovinné plochy polovodičů. Nové trendy rozvoje však směřuji k metalurgii, kde jsou řešeny otázky zušlechtování povrchů libovolného tvaru a to nitridací a nástřelem dalších iontů jako například uhlíku, titanu, wolframu a podobně.Ion implantation methods have so far been used in applications on planar semiconductor surfaces. However, new development trends are directed towards metallurgy, where issues of surface refinement of any shape are addressed by nitriding and sputtering with other ions such as carbon, titanium, tungsten, and the like.
Klasické, metody zušlechtování kovu spočívají zejména v aplikacích technologického postupu termodifuze, při nichž dochází k průniku legujících látek pod povrch zpracovávaného materiálu. Nevýhodou procesu termodifuze je značná spotřeba legujících prvků, které jsou často velmi drahé, přičemž při procesu dochází i k těžko kontrolovatelnému průniku nežádoucích, nebo škodlivých příměsí.Classical methods of metal refinement mainly consist of applications of the technological process of thermodiffusion, in which alloying substances penetrate beneath the surface of the processed material. The disadvantage of the thermodiffusion process is the significant consumption of alloying elements, which are often very expensive, and the process also involves the difficult-to-control penetration of undesirable or harmful impurities.
Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro implantaci rotačně symetrických povrchů a dutin podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že ve vakuové komoře jsou za diagnostickou jednotkou svazku iontů umístěny elektrostatický vertikální a horizontální deflektor svazku iontů pro homogenní pokryti substrátu.The above-mentioned shortcomings are eliminated by the device for implanting rotationally symmetric surfaces and cavities according to the invention, the essence of which lies in the fact that electrostatic vertical and horizontal ion beam deflectors are placed in the vacuum chamber behind the diagnostic ion beam unit for homogeneous substrate coverage.
Vně vakuové komory je upevněna pohonná jednotka, jejíž výstup je spojen přes převodový člen pro změnu úhlu osy rotace v rozmezí od 0 do ± 90°, umístěný uvnitř vakuové komory s upínacím prvkem substrátu.A drive unit is mounted outside the vacuum chamber, the output of which is connected via a gear member for changing the angle of the rotation axis in the range from 0 to ± 90°, located inside the vacuum chamber with a substrate clamping element.
Výhody zařízení spočívají v tom, že může být pro legování využito prakticky všech prvků periodické soustavy a navíc lze syntetizovat v plasmatu iontového zdroje molekulární komplexy těžkých kovů, které v běžné praxi nejsou dosažitelné.The advantages of the device are that practically all elements of the periodic table can be used for alloying and, in addition, molecular complexes of heavy metals that are not achievable in common practice can be synthesized in the plasma of the ion source.
Dále se dosahuje význačného efektu jen na úzce vymezené části materiálu, což lze s výhodou uplatnit při průmyslovém využiti, například pro úpravu řezných ploch obráběcích nástrojů a podobně. Zavedením programového pohybu lze implantovat tělesa složitých tvarů pod povrchem do hloubek, které pro tepelné metody zpracování nejsou dostupné.Furthermore, a significant effect is achieved only on narrowly defined parts of the material, which can be advantageously applied in industrial applications, for example for modifying cutting surfaces of machining tools, etc. By introducing programmed movement, it is possible to implant bodies of complex shapes under the surface to depths that are not accessible for thermal processing methods.
Zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněno na přiloženém výkresu, kde na obr. 1 je nakreslena aplikace pro implantaci vnějšího povrchu a na obr. 2 aplikace pro implantaci dutiny válcového substrátu.The device according to the invention is schematically illustrated in the accompanying drawing, where Fig. 1 shows an application for implanting the outer surface and Fig. 2 shows an application for implanting the cavity of a cylindrical substrate.
Na vstupu vakuové komory jsou za sebou umístěny diagnostická jednotka 11 svazku iontů a elektrostatický horizontální a vertikální deflektor 2 svazku iontů pro homogenní pokrytí substrátu _3. Vně vakuové komory na izolační přírubě j! je upevněna pohonná jednotka £, která je svým výstupem připojena na převodový člen 5; pro změnu úhlu osy rotace, který je umístěn uvnitř vakuov-é komory, stejně jako na jeho výstupu připojený upínací prvek 2 substrátu 2·At the inlet of the vacuum chamber, a diagnostic unit 11 of the ion beam and an electrostatic horizontal and vertical deflector 2 of the ion beam for homogeneous coverage of the substrate _3 are located one behind the other. Outside the vacuum chamber, on the insulating flange j!, a drive unit £ is mounted, which is connected by its output to a transmission member 5; for changing the angle of the rotation axis, which is located inside the vacuum chamber, as well as a clamping element 2 of the substrate 2 connected at its output.
Diagnostická jednotka 11 svazku iontů na vstupu zařízení podle vynálezu je složena z horizontální a vertikální sondy, které slouží k přesnému vyšetřování konfigurace stopy dopadajícího svazku iontů.The ion beam diagnostic unit 11 at the input of the device according to the invention is composed of a horizontal and a vertical probe, which serves to precisely investigate the configuration of the track of the incident ion beam.
Diagnostická jednotka 11 svazku iontů může být doplněna zobrazovacím systémem opticky transparentní desky, povlečené vrstvou luminiforu. Pomocí sond lze nastavit geometrii stopy s přesností několika desetin mm.The ion beam diagnostic unit 11 can be supplemented with an imaging system of an optically transparent plate coated with a luminophore layer. Using probes, the geometry of the trace can be adjusted with an accuracy of a few tenths of a mm.
Elektrostatický horizontální deflektor JI svazku iontů pro homogenní pokrytí substrátu 2 uskutečňuje též selekci neutrálních komponent, jejichž původ je dán procesy výměny nábojů v interakcích s molekulami residuálního vakua.The electrostatic horizontal deflector JI of the ion beam for homogeneous coverage of the substrate 2 also performs the selection of neutral components, the origin of which is given by charge exchange processes in interactions with molecules of the residual vacuum.
Vysoká přesnost homogenity implantace je založena na kombinaci mechanického a elektrostatického skenu. Jednotlivé části zařízení mechanického skenu jsou upevněny na izolační přírubě 2 v terčovém prostoru vakuové komory, kde je umístěn substrát 2·High precision of the implantation homogeneity is based on a combination of mechanical and electrostatic scanning. The individual parts of the mechanical scanning device are mounted on an insulating flange 2 in the target space of the vacuum chamber, where the substrate 2 is located.
Vně izolační příruby 2 3® umístěna pohonná jednotka 4^ která je pomocí vakuově těsného průchodu spojena s dalšími prvky, uloženými uvnitř vakuové komory. Klíčovým elementem je zde převodový člen 2 pro změnu úhlu osy rotace, který tento úhel může měnit v rozmezí od 0 do - 90°.Outside the insulating flange 2 3® is located the drive unit 4^ which is connected by means of a vacuum-tight passage to other elements placed inside the vacuum chamber. The key element here is the gear member 2 for changing the angle of the rotation axis, which can change this angle in the range from 0 to - 90°.
Izolační příruba 8 je chráněna před dopadem rozptýlené primární části svazku i před sekundárními produkty implantace elektricky vodivou deskou, která je^opatřena vývodem z vakuové komory a dovoluje průběžnou kontrolu vnitřních procesů měřením proudu.The insulating flange 8 is protected from the impact of the scattered primary part of the beam and from the secondary products of implantation by an electrically conductive plate, which is provided with an outlet from the vacuum chamber and allows continuous control of internal processes by measuring the current.
Adjustace zařízení spočívá především v selekci svazku dopujících iontů na výstupu z hmotnostního separátoru. Pomocí diagnostické jednotky 11 svazku iontů je citlivě nastaven pracovní režim iontového zdroje i systém extrakce tak, aby intenzita žádané čáry hmotnostního spektra byla co nejintenzívnější a současně splňovala základní požadavky iontooptických parametrů, prokazatelné ostrostí náběhu proudu do jasně vyhraněného maxima.The adjustment of the device consists primarily in the selection of the doping ion beam at the output of the mass separator. Using the ion beam diagnostic unit 11, the operating mode of the ion source and the extraction system are sensitively adjusted so that the intensity of the desired mass spectrum line is as intense as possible and at the same time meets the basic requirements of ion-optical parameters, as demonstrated by the sharpness of the current rise to a clearly defined maximum.
Elektrostatický horizontální deflektor JL svazku iontů pro homogenní pokrytí substrátu 2 je nastaven tak, aby výstupní osa svazku sledovala přesně vymezenou polohu terče, tj. substrátu 2· Je-li nastavená homogenita stopy svazku v tolerancích pevně stanoveného požadavku, může být přikročeno k uskutečnění implantace povrchu válcových substrátů 2 za použití výhradně mechanického skenu.The electrostatic horizontal deflector JL of the ion beam for homogeneous coverage of the substrate 2 is set so that the output axis of the beam follows the precisely defined position of the target, i.e. the substrate 2. If the set homogeneity of the beam track is within the tolerances of a fixed requirement, implantation of the surface of the cylindrical substrates 2 can be carried out using exclusively a mechanical scan.
Převyšuje-li axiální délka substrátu 2 vertikální rozměr stopy svazku, nebo je-li homogenita stopy nepostačující, je nutno zavést elektrostatický sken za pomoci elektrostatického vertikálního deflektoru 2 svazku iontů pro homogenní pokrytí substrátu 2·If the axial length of the substrate 2 exceeds the vertical dimension of the beam track, or if the homogeneity of the track is insufficient, it is necessary to introduce an electrostatic scan using an electrostatic vertical ion beam deflector 2 for homogeneous coverage of the substrate 2.
Je-li současně požadována implantace čel válcových substrátů 3, lze v následující operaci změnit úhel sklonu osy rotace a dokončit implantaci po uplynutí potřebné doby expozice výhradně pomocí elektrostatického vertikálního deflektoru 2_ svazku iontů pro homogenní pokrytí substrátu 2*If implantation of the faces of cylindrical substrates 3 is required at the same time, the angle of inclination of the rotation axis can be changed in the following operation and the implantation can be completed after the necessary exposure time has elapsed exclusively using the electrostatic vertical deflector 2_ of the ion beam for homogeneous coverage of the substrate 2*
Implantace dutin může být provedena analogickým způsobem s tím rozdílem, že jsou kladeny mnohem vyšší požadavky na nastavení základní geometrie. Pro přesné nastavení úhlu sklonu osy rotace je výhodné použít paprsku trasovacího laseru, který simuluje skutečnou geometrii vstupu.Implantation of cavities can be performed in an analogous manner, with the difference that much higher requirements are placed on the basic geometry. For precise adjustment of the angle of inclination of the axis of rotation, it is advantageous to use a tracing laser beam that simulates the actual geometry of the inlet.
Vzhledem k tomu, že implantace probíhá ve skloněném úhlu je nutno volit adekvátní energii dopujících iontů. Základní vztah pro totální doběh Rtot lze psát ve tvaruSince the implantation takes place at an inclined angle, it is necessary to choose an adequate energy of the doping ions. The basic relationship for the total run-out R tot can be written in the form
2/3 2/3 1/22/3 2/3 1/2
0,6 (21 + Z2) (1^ + M2) M2 E kde / 22 a ' —2 jsou atom°vá čísla a hmotnosti dopadajících iontů a atomů substrátu 2· Hloubka doběhu dopujících atomů pod povrch substrátu 2 proporcionální energii dopadajícího svazku iontů. Použitá konstanta 0,6 je volena tak, aby vypočtená hodnota Rtot byla dána v mg/cm pro energii vyjádřenou keV.0.6 (2 1 + Z 2 ) (1^ + M 2 ) M 2 E where / 2 2 and ' —2 j are the atomic numbers and masses of the incident ions and atoms of the substrate 2. The depth of the doping atoms below the surface of the substrate 2 is proportional to the energy of the incident ion beam. The constant 0.6 used is chosen so that the calculated value of R tot is given in mg/cm for the energy expressed in keV.
Pro skloněnou plochu substrátu 2 Pod úhlem alfa platí výraz, specifikující efektivní komponentu průniku EFor the inclined surface of the substrate 2 P from the angle alpha, the expression specifying the effective component of the penetration E holds
E = E sin alfa s kde E^ je energie primárního svazku dopadajících iontů v keV a alfa úhel sklonu osy rotace. Skutečná hloubka doběhu Rp v paralelním směru k uvažovanému vektoru energie je reprezentována průmětem totální délky dráhy Rtot pomocí vztahuE = E sin alpha s where E^ is the energy of the primary beam of incident ions in keV and alpha is the angle of inclination of the rotation axis. The actual run-up depth R p in the direction parallel to the energy vector under consideration is represented by the projection of the total path length R tot using the relation
Platnost tohoto zjednodušeného výrazu je limitována pro ·The validity of this simplified expression is limited to ·
Zařízení podle vynálezu bylo vyzkoušeno na hmotnostním separátoru skandinávského typu, jakožto základním prostředku poloprovozní výroby koaxiálních detektorů jaderného záření.The device according to the invention was tested on a Scandinavian-type mass separator as a basic means of pilot production of coaxial nuclear radiation detectors.
11+ 211+ 2
Svazek iontů B o intenzitě okolo 3 yuA/cm a energii 20 keV, byl nastřelován v dostatečné hloubce válcového substrátu 3 vytvořeného z čistého germánia.A beam of ions B with an intensity of about 3 yuA/cm and an energy of 20 keV was shot into a sufficient depth of a cylindrical substrate 3 made of pure germanium.
Vertikální rozměr stopy svazku zcela pokrýval výšku válce a homogenní aplikace dávky -14 2The vertical dimension of the beam footprint completely covered the height of the cylinder and homogeneous dose application -14 2
5.10 at/cm byla uskutečněna výhradně použitím mechanického skenu, kdy substrát A rotoval v kolmém směru k nástřelu zvolenou rychlostí.5.10 at/cm was performed exclusively using a mechanical scan, with substrate A rotating in a perpendicular direction to the shot at a selected speed.
Čelní plochy substrátu A v tomto případě koaxiálního detektoru byly implantovány po sklopeni osy rotace do směru přicházejícího svazku iontů za použití elektrostatického horizon tálního deflektoru A svazku iontů pro homogenní pokrytí substrátu 3_.The front surfaces of the substrate A, in this case the coaxial detector, were implanted after tilting the axis of rotation in the direction of the incoming ion beam using an electrostatic horizontal ion beam deflector A for homogeneous coverage of the substrate 3_.
Podmínka kolmého nástřelu není kritická a lze dosáhnout zjednodušeni další operace redukovaným náklonem, kdy osa rotace protíná horizontální osu svazku. Implantace byla potom usku tečněna po příslušné korekci energie s ohledem na velikost úhlu osy rotace.The perpendicular firing condition is not critical and further operation can be simplified by a reduced tilt, where the rotation axis intersects the horizontal beam axis. Implantation was then performed after appropriate energy correction with respect to the size of the rotation axis angle.
Při implantaci povrchu konkávní dutiny substrátu A je možné požadavek následné implantace dna a čelního prstence realizovat současně. V prvním kroku operace bylo nutné svazek lontů odklonit pomocí elektrostatického vertikálního deflektoru 2 svazku iontů pro homogenní pokrytí substrátu 3 tak, aby sledoval bod průniku výkyvné osy převodového členu 5 pro změnu úhlu osy rotace. Po provedení korekce osy rotace substrátu A byla implantace uskutečněna výhradně aplikací elektrostatického horizontálního deflektoru 1 svazku iontů pro homogenní pokrytí substrátu A·When implanting the surface of the concave cavity of substrate A, it is possible to implement the requirement of subsequent implantation of the bottom and the front ring simultaneously. In the first step of the operation, it was necessary to deflect the bundle of filaments using the electrostatic vertical deflector 2 of the ion beam for homogeneous coverage of the substrate 3 so that it followed the point of intersection of the swing axis of the transmission member 5 for changing the angle of the rotation axis. After performing the correction of the rotation axis of substrate A, the implantation was carried out exclusively by applying the electrostatic horizontal deflector 1 of the ion beam for homogeneous coverage of the substrate A.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS864164A CS253199B1 (en) | 1986-06-05 | 1986-06-05 | Apparatus for implanting rotationally symmetrical surfaces and cavities |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS864164A CS253199B1 (en) | 1986-06-05 | 1986-06-05 | Apparatus for implanting rotationally symmetrical surfaces and cavities |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS416486A1 CS416486A1 (en) | 1987-03-12 |
| CS253199B1 true CS253199B1 (en) | 1987-10-15 |
Family
ID=5383756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS864164A CS253199B1 (en) | 1986-06-05 | 1986-06-05 | Apparatus for implanting rotationally symmetrical surfaces and cavities |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS253199B1 (en) |
-
1986
- 1986-06-05 CS CS864164A patent/CS253199B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CS416486A1 (en) | 1987-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3699334A (en) | Apparatus using a beam of positive ions for controlled erosion of surfaces | |
| Folkard et al. | A focused ultrasoft X-ray microbeam for targeting cells individually with submicrometer accuracy | |
| US7722818B2 (en) | Apparatus and method for preparing samples | |
| US4128765A (en) | Ion beam machining techniques and apparatus | |
| JP5485209B2 (en) | Method of tilting a beam column of a beam system | |
| US7078712B2 (en) | In-situ monitoring on an ion implanter | |
| US5138158A (en) | Surface analysis method and apparatus | |
| JPH01500310A (en) | Ion beam scanning method and device | |
| EP2405462A1 (en) | Method and system for preparing a sample | |
| US3169183A (en) | Optical viewing system for electron beam machine | |
| US6255662B1 (en) | Rutherford backscattering detection for use in Ion implantation | |
| KR100992710B1 (en) | Target moving plasma injection device and method | |
| CS253199B1 (en) | Apparatus for implanting rotationally symmetrical surfaces and cavities | |
| US4717829A (en) | Platen and beam setup flag assembly for ion implanter | |
| GB2080027A (en) | Laser Particle Generator | |
| Maier-Komor et al. | Completion of the plant for laser plasma ablation-deposition of carbon | |
| US4510386A (en) | Thinning of specimens for examination under the electron microscope | |
| EP0388834B1 (en) | Synchrotron radiation utilizing apparatus and method for utilizing synchrotron radiation | |
| US3663273A (en) | Tilting variable speed rotary shadower | |
| US3906889A (en) | Crystal growing apparatus | |
| US3436510A (en) | Electron beam machining apparatus for producing high definition encoders | |
| JPS56104438A (en) | X-ray lithographic device | |
| KR102904382B1 (en) | Ion milling device and processing method using the same | |
| Adams et al. | Laser-microscope system as a microsampling device | |
| Folger et al. | Uranium targets sandwiched between carbon layers for use on target wheels and on a wobbler in heavy-ion bombardments |