190855. lajstromszámú szabadalom • Berendezés szilárd anyagú minták ionsugaras megmunkálásához és ionforrás a berendezéshez
3 190.855 4 A találmány szerinti berendezés egy lehetséges kinematikai vázlatát az 1. ábrán mutatjuk be. A vákuumtérben elhelyezkedő független II és 12 ionforrásokat az 1 forgóbevezető tartja a rajta elhelyezett további 2, 3 és 4 forgástengelyek közbeiktatásával. A megmunkálandó 5 minta befogadására szolgáló 6 mintatartót egy ugyancsak a vákuumtérben elhelyezett 7 motor forgatja saját síkjában, az 1 forgóbevezető forgástengelyére merőleges tengely körül, és az egész forgatható az 1 forgóbevezető forgástengelyével egybeeső 8 forgástengely körül is. A mintatartó alatt kis 9 fényforrás van elhelyezve, felette pedig 10 mikroszkóp, amellyel az ionbombázás hatása működés közben is megfigyelhető. A mintát érő ionsugarak támadáspontjának helyét úgy lehet változtatni, hogy az II és 12 ionforrásokat a 2 és 4 tengelyek körül kissé elforgatjuk, vagy ezek mentén kissé eltoljuk, az II és 12 ionforrások hajlásszögének változtatásához pedig az 12 ionforrást mozgatjuk a 3 és 4 tengelyek körül, ellentétes irányban való forgatással. Végül az ionsugarak beesési szögének változtatása akár az 1 forgóbevezető forgatásával, akár a 6 mintatartónak a 8 forgástengely körüli forgatásával történhet meg. Az 1 forgóbevezető egyik lehetséges kiviteli alakját a 2. és 3. ábra mutatja. Az 1 forgóbevezető 11 teste, a vákuumtömítést biztosító 12 O-gyűrű és a 13 teflon alátét közbeiktatásával, a 14 menetes gyűrű segítségével van rögzítve a vákuumkamra 15 falához, elfordíthatóan. A 11 test két excentrikus furata közül a nagyobbikba, az előbbiekhez hasonló módon egy 16 betét van illesztve, ugyancsak forgathatóan, amelyen ismét excentrikusán egy újabb furat van. Ez a betét képezi a 3 forgástengelyt. A két kis furatban helyezkednek el az ionforrások 2 és 4 forgástengelyei, amelyek tartalmazzák a hűtővíz és az ionforrásokba juttatandó gáz bevezetésére szolgáló három-három furatot is. A 16 betét, ill. a 4. tengely végén lévő a 17., ill. 18. menetes gyűrű, a csakúgy, mint a 14 gyűrű egyben a tömítő gyűrűkre ható szorítás szabályozására is szolgál. A 11 test, ill. a 16 betét és a 2, 4 tengelyek a 19, ill. 20 és 21,22 karok segítségével kívülről szabadon forgathatók. A 2 tengely végén egy további 23 menetes gyűrű van, amely a 11 testre támaszkodik. Forgatásával a 2 tengely önmagával párhuzamosan eltolható. A 4 tengely eltolását az alább ismertetendő eltolható mintatartó feleslegessé teszi. A minta befogadására szolgáló 6 mintatartó egy lehetséges kiviteli alakját a 4. és 5. ábrán mutatjuk be. A 7 motor a 24 fészekben forgó 25 fogazott gyűrűt hajtja. Az ehhez rögzített 26 és 27 tartólemezek között helyezkedik el a 28 betétlemez a vékonyítandó 5 minta befogadására alkalmas 29 süllyesztőkkel. A 26 tartólemez úgy van kialakítva, hogy a 28 betétlemez a 27 tartólemezen lévő négy 30 furaton keresztül, minden irányban eltolható, így mikroszkóp alatt a vékonyítandó 6 minta bármely pontja a forgásközéppontba beállítható. A fenti módon kialakított lapos (kb. 1,5 mm vastag) mintatartó mindkét oldalról lehetővé teszi a normálishoz képest például 87°-os döntési szögű ionbombázást. A 6 mintatartó 26, 27 tartólemezeinek és 28 betétlemezének anyaga előnyösen titán, amely az íonsugár hatására csak kismértékben pótlódik és további előnyös tulajdonsága, hogy láthatóvá teszi az ionok becsapódási helyét, mivel a Ti az Ar-ionsugár hatására látható fényt bocsát ki. Az ionforrás egyik lehetséges kiviteli alakjának hosszmetszetét a 6. ábra mutatja. A földpotenciálon lévő forgásszimmetrikus fókuszáló elektródrendszer egymással szembeforduló 31 és 32 katódrészei között helyezkedik el a közös 33 anód, amelyen a.mintaoldali ionáram növelése érdekében, aszimmetrikus kúpos 34 anódfurat van. A katódrendszer gyorsan porlódó elemei az ionforrás teljes szétszedése nélkül cserélhetők. Hasonlóképpen cserélhető az anód középső része is. Ennek 35 tartógyürűje a 36 porcelán szigetelők közbeiktatásával van a ház 37 alaplapjához rögzítve. A ház a könnyebb karbantartás érdekében három részből van kialakítva. Ezek közül a 38 középső rész van rögzítve az egész ionforrást tartó a 39 hűtővíz csőhöz, a 40 menetes gyűrűvel, és ehhez csatlakozik a 41 gázbevezetés is. A 42 nagyfeszültségű csatlakozót is tartó 37 alaplap az anódszerelvénnyel együtt kicsavarható. Hasonlóan kicsavarható a kilépő oldali 31 katódrészt tartó 43 fedőlap is. Az elvégzett kísérletek szerint az így előállított ionforrásban kis átmérőjű és nagy áramsűrűségű ionizált csatorna keletkezik és ennek következtében a kilépő ionsugár is kis átmérőjű, alig széttartó, és a szükséges áramsűrűség könnyen biztosítható (pl. Sí-ra az 50 /^m/óra körüli sebesség eléréséhez). A kilépő nyílás után elhelyezett, a rajzokon nem ábrázolt, eltérítő elektródákkal pásztázó ionforrás is megvalósítható. A tényleges vékonyító ionáram a szigetelt mintatartón, vagy az ezzel arányos ionáram érték a bármelyik oldalon elhelyezhető felfogó elektród segítségével mérhető. A találmány szerinti megoldás eredményeképpen a berendezés az alábbi előnyös tulajdonságokkal rendelkezik: a) Az II és 12 ionforrás a mintákhoz és egymáshoz képest elfordítható és egymástól függetlenül centrálható. Ez lehetővé teszi, hogy- a két szembeforduló ionforrás akár az első és hátsó oldalról egyidejű működtetés mellett vékonyítsa a mintát;- az ionforrásokból kilépő keskeny, nagy áramsűrűségű ionsugár célszerű felhasználásával a mintát, érintősíkjához képest kis szögben történő bombázásnál is csak a megfelelő helyen érje az ionsugár, így a nagy Ieporlasztási sebesség mellett kismértékű marad a minta sugárterhelése;- a két szembeforduló ionágyúval, egy oldalról vékonyított mintánál, a mintatartó forgási középpontját az ionsugarak támadási pontjához képest eltolva, a mintába egy gyűrűtartományt marhatunk (egy forrás esetén ez felületi maratási szerkezet megjelenésével jár, amely a transzmissziós elektromikroszkópos vizsgálatra zavaróan hat). b) A mintatartó az ionágyúra merőleges irányban eltolható. és tengelye mentén forgatható, továbbá a min-3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
