离子源控制系统技术方案

一种从产生包括电源整流信号的阳极电压（２１５）的控制系统（２０１）操作的无格栅离子源，以便所述阳极电压在大于门限值的第一电压和小于所述门限值的第二电压之间调制。所述电源整流信号由接收电源输入（２１１）的变压器（２１０）提供。所述变压器（２１３）的输出由桥式整流器（２１４）整流。在优选实施例中，所述门限值是离子化门限值，以便在每个周期中启动和消除离子电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种离子源的控制系统，具体上涉及一种用于开口的无格栅离子源(open ended gridless ion source)的控制系统。
技术介绍
在薄膜制造领域中，已经例如从US 4862032知道了无格栅离子源，其提供能够为薄膜沉积处理提供离子帮助(ion assistance)的宽区域离子束。诸如在US 4862032中所述的哪些的系统需要较大的气流，以便启动和保持离子电流。因为这些大的气流，因此所述离子源易于受到会在这些系统工作的真空腔中出现的瞬变现象的影响。所述控制系统因此需要用于处理可能产生的不稳定的电路。在真空腔中的任何波动将引起阳极电压或气流或两者的迅速下降。其防止瞬间的尖峰信号演变为灾难性事件(catastrophic event)，诸如在真空腔中的电弧。如果瞬变信号足够大，则电源将一起切断。产生离子电流的处理是复杂的，并且依赖于许多因素。因此会难于从在产生离子电流中发生的通常波动中识别出灾难性事件。例如，离子电流本身的启始(onset)产生瞬时信号。但是，为了最佳地保护，现有技术的控制系统已经被过度设计，因此到离子源的电源经常被不必要地切断。离子源的工作范围因此限于其中离子源被认为完全稳定的区域。所述离子源控制系统因此使得其本身可以被真空腔环境控制，以便获得稳定的操作，这会使得寻求在特定的一组参数下操作离子源的用户感到灰心。而且，在离子电流的初始启动时以及当真空腔环境的任何微扰发生时，离子源都需要几秒级的时间来获得稳定的操作。因此，为了用户的利益而保守地操作离子源以便防止电源切断，并且保持稳定的操作。这对于离子源的操作范围产生了实质性限制。在PCT/AU99/00591和PCT/AU01/01548——其内容通过引用而被并入在此——中详细说明的、由本申请人做出的近期进展已经提供了具有比先前已知的大得多的气体电离效率的无格栅离子源。较大的气体效率使得在启动离子电流的过程中更稳定和更可靠地从减少的气流产生相同的离子电流。但是，这些系统已经趋向于如一般在现有技术中那样利用电源来工作，因此已经这些系统由于在真空腔中的乱真事件(spurious event)而导致被切断，即使那些乱真事件不是真正的灾难性事件。
技术实现思路
因此，在第一方面，本专利技术在于一种用于操作离子源的方法，包括向离子源的阳极提供电压信号；向所述离子源的气体源提供信号，以使得向所述离子源的离子化区域提供气体；向所述离子源的阴极提供信号以使得由所述阴极发送电子，以便由所述阴极发送的电子被加速去往所述阳极以引起所述气体的离子化，由此产生离子电流，其中，所述阳极电压信号包括在大于门限值的第一电压和小于所述门限值的第二电压之间调制的电压。在第一实施例中，所述门限值是离子化门限值。优选的是，设置所述调制的占空因数、频率和门限值以便在其中所述阳极电压信号小于所述门限值的周期期间消除离子电流。优选的是，所述第二电压是0。在一个替代实施例中，所述门限值是故障条件(fault condition)门限值。优选的是，设置所述调制的占空因数、频率和门限值以便在其中所述阳极电压信号小于所述门限值的周期期间消除故障条件。在另一个实施例中，所述阳极电压信号仅仅在出现所述故障条件期间在故障条件门限值上和下进行调制。优选的是，所述电压周期的频率大于1Hz，更优选的是大于10Hz，更为优选的是大于100Hz。优选的是，所述阳极电压包括整流的电源信号。优选的是，不调整所述阳极电压。在另一个方面，本专利技术在于一种用于离子源的控制系统，包括阳极电压产生器、气体源信号产生器和阴极信号产生器，其中，所述阳极电压产生器向所述离子源的阳极提供电压信号，其中，所述气体源信号产生器产生用于使得向所述离子源的离子化区域提供气体的信号，其中，所述阴极信号产生器产生用于使得由所述离子源的阴极发射电子、以便由所述阴极发射的电子被加速去往所述阳极以引起气体的离子化的信号，其中，所述产生的阳极电压包括在大于门限值的第一电压和小于所述门限值的第二电压之间调制的电压。在一个实施例中，所述电压信号产生器包括用于提供电源整流电压的电路。优选的是，所述电路提供可变的电源整流电压。在另一个方面，本专利技术在于一种离子流系统，包括离子源头和控制系统，所述离子源头包括阳极、电子发射阴极、位于所述阳极和所述阴极之间的离子化区域以及气体源，所述控制系统包括用于向所述阳极提供电压信号的阳极电压产生器，其中，所述阳极电压信号包括在大于门限值的第一电压和小于所述门限值的第二电压之间调制的电压。附图说明现在参见特定实施例和参见附图来仅仅举例说明本专利技术，其中图1是按照本专利技术可操作的源的部分截面正视图；图2是在图1中的离子源的平面图；图3示出了所述阳极信号产生器的示意电路图；图4示出了在电压产生电路的不同级产生的阳极电压信号；图5示出了用于在稳定的操作模式期间测量阳极电压和离子电流的阴极射线示波器的输出；图6示出了所述阳极信号产生器的替代电路；以及图7示出了图6的电路的输出。具体实施例方式本申请人的PCT/AU01/01548描述了一种以脉冲模式运行的无格栅离子源。本专利技术的实施例之一描述了一种离子源，其中，所述阳极电压脉动以便产生间歇的离子电流。具体示例描述了所述阳极电压的周期是1秒级。本专利技术人已经认识到当离子源可以重复地启动离子电流时，所述控制系统可以操作所述离子源以便间歇地消除所述离子电流。本专利技术人已经进一步认识到如果以产生不稳定的时标(timescale)或更快地来消除离子电流，则可以一起减少或消除用于检测和消除不稳定所需要的复杂保护电路。参见图1和2，示出了按照本专利技术的一个优选实施例的离子源100。所述离子源100包括基板101，它与圆筒形覆盖物102用螺杆固定或衔接。所述覆盖物具有内斜表面103，它界定了下述的离子化区域113的开口端116。基板101具有轴环105，它向上延伸，从它开始是一个螺纹部分106，用于与覆盖物102衔接。基板101具有上环形面107。内圆周法兰108从面107延伸，以在其上定位环形磁铁114。所述磁铁最好是高通量稀土磁铁，例如NdFeB磁铁。在磁铁114上布置了(诸如铝的)衬片117，用于提供辐射防护以防止磁铁114由于来自阳极112的辐射而过热。阳极112具有端壁120和向外斜的侧壁121。所述侧壁和端壁一起界定离子化区域113。通过丝极支脚(filament leg)130来在离子化区域113的开口端116支持丝极111。所述丝极支脚130通过绝缘配件131而连接到覆盖物102，以将丝极支脚130与覆盖物102电隔离。丝极支脚130的每个都是导电的，并且具有用于连接到丝极提供电路(未示出)中的电连接点132。突出物123从阳极端壁120延伸到离子化区域113中。在图1中所示的突出物123弯曲，具有在阳极的轴上的顶点。在替代实施例中，突出物可以具有成角的面等。所述突出物提供由阴极发射的电子的焦点。阳极112通过上下绝缘环118、119而被定位在所述覆盖物中。通过阳极112、绝缘环118、119和覆盖物102的内表面界定气室140。上绝缘器118是刚性绝缘子，用于将阳极112恰当地保持和定位。绝缘器118也需要具有耐高温性和低的热膨胀，以便所述绝缘器提供在操作条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作离子源的方法，包括：向离子源的阳极提供电压信号；向所述离子源的气体源提供信号，以使得向所述离子源的离子化区域提供气体；向所述离子源的阴极提供信号以使得由所述阴极发送电子，以便由所述阴极发送的电子被加速去往所述阳极以引起所述气体的离子化，由此产生离子电流，其中，所述阳极电压信号包括在大于门限值的第一电压和小于所述门限值的第二电压之间调制的电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】AU 2003-10-31 20039060011.一种用于操作离子源的方法，包括向离子源的阳极提供电压信号；向所述离子源的气体源提供信号，以使得向所述离子源的离子化区域提供气体；向所述离子源的阴极提供信号以使得由所述阴极发送电子，以便由所述阴极发送的电子被加速去往所述阳极以引起所述气体的离子化，由此产生离子电流，其中，所述阳极电压信号包括在大于门限值的第一电压和小于所述门限值的第二电压之间调制的电压。2.按照权利要求1的方法，其中，所述门限值是离子化门限值。3.按照权利要求2的方法，还包括设置所述调制的占空因数、频率和门限值，使得在其中所述阳极电压信号小于所述门限值的周期期间消除离子电流。4.按照权利要求1的方法，其中，所述门限值是大约100伏特。5.按照权利要求1的方法，其中，所述门限值是大约60伏特。6.按照权利要求1的方法，其中，所述门限值是大约40伏特。7.按照权利要求1的方法，其中，所述第二电压大约是0。8.按照权利要求1的方法，其中，所述门限值是故障条件门限值。9.按照权利要求8的方法，还包括设置所述调制的占空因数、频率和门限值，使得在其中所述阳极电压信号小于所述门限值的周期期间消除所述故障条件。10.按照权利要求8的方法，其中，所述阳极电压信号仅仅在出现所述故障条件期间在故障条件门限值上和下进行调制。11.按照权利要求1的方法，其中，所述电压周期的频率大于1Hz。12.按照权利要求11的方法，其中，所述电压周期的频率大于10Hz。13.按照权利要求1的方法，其中，所述电压周期的频率大于90Hz。14.按照权利要求1的方法，其中，所述阳极电压包括整流的电源信号。15.按照权利要求1的方法，其中，不调整所述阳极电压。16.按照权利要求1的方法，还包括向阳极提供直流电压。17.按照权利要求1的方法，其中，所述直流电压小于所述门限值。18.一种用于离子源的控制系统，包括阳极电压产生器、气体源信号产生器和阴极信号产生器，其中所述阳极电压产生器向所述离子源的阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞蒂G韦恩，沃勒V威廉，
申请(专利权)人：塞恩技术有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]