發(fā)布時(shí)間：2020-03-30 14:55

【摘要】：近年來,隨著半導(dǎo)體工業(yè)和微細(xì)加工行業(yè)快速發(fā)展,聚焦離子束因其優(yōu)異的性能得到行業(yè)的廣泛認(rèn)可。離子束穿過固體時(shí)有很強(qiáng)的直進(jìn)性,也因此在微細(xì)加工性能上優(yōu)于電子束與激光束。目前離子源主要包括氣體電離等離子體離子源、液態(tài)金屬離子源等。空心陰極離子槍是以低壓惰性氣體放電產(chǎn)生的等離子體作為離子源,從等離子體邊界將離子提取出來并聚焦形成離子束,具有束流大、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、易于控制等優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)空心陰極離子槍進(jìn)行了研究,主要工作如下:(1)用OPERA-3D軟件模擬了空心陰極離子槍的性能,該離子槍包含空心陰極、柵極、聚焦極和收集極。其中聚焦極采用單電位透鏡結(jié)構(gòu),包括三個(gè)電極(聚焦極1、聚焦極2和聚焦極3)。通過改變各聚焦極的電位、孔徑和位置,能夠有效的調(diào)控空心陰極離子槍的束斑尺寸。模擬結(jié)果表明:當(dāng)柵極孔徑1.6mm,電壓-300V;聚焦極1和3的孔徑16mm,電壓-10000V,聚焦極2孔徑28 mm,電壓-800V;陽極電壓-10000V,離子槍的理論束流為123.19μA,收集極束斑半徑為0.27mm,滿足設(shè)計(jì)要求。(2)根據(jù)模擬結(jié)果,制備所需空心陰極,并對(duì)空心陰極發(fā)射性能進(jìn)行測(cè)試,得出放電氙氣流量與觸發(fā)極和陽極電壓的關(guān)系,隨著氙氣流量增加,觸發(fā)極電壓慢慢的減小,由于觸發(fā)極主要是參與空心陰極點(diǎn)火過程,點(diǎn)火過程中氣體電離,產(chǎn)生越來越多的等離子體,恒流情況下,觸發(fā)極電壓就減小,點(diǎn)火成功后,逐漸形成一個(gè)穩(wěn)定的放電環(huán)境,觸發(fā)極電壓變化不大。在氙氣流量為0.6sccm-0.7sccm時(shí)陽極電壓最大。由于氙氣流量比較小時(shí),粒子碰撞概率比較低,引出恒定電流的電壓就比較大。隨著氙氣流量的增大,粒子的碰撞概率增大,碰撞后電子密度變大,引出恒定電流時(shí),電壓就比較小。氙氣流量繼續(xù)增大后,粒子的碰撞概率更大了,但是熱電子能量不斷減小,導(dǎo)致陽極電壓減小的速度放緩。測(cè)試結(jié)果表明,該空心陰極能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定放電,滿足實(shí)驗(yàn)所需。(3)利用OPERA-3D軟件的仿真結(jié)果和制備的空心陰極,設(shè)計(jì)空心陰極離子槍各電極,并對(duì)離子槍進(jìn)行裝配和性能測(cè)試。在收集極電壓為-1000V時(shí),測(cè)得離子束電流與柵極電壓、氙氣流量之間的關(guān)系。當(dāng)氙氣流量為0.9sccm時(shí),獲得最大離子束流為122μA,對(duì)硅片刻蝕2小時(shí)后,刻蝕束斑大小約為1mm。
【圖文】：

離子槍示意圖

放電區(qū)示意圖
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O462.5

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本文編號(hào)：2607694