190855. lajstromszámú szabadalom • Berendezés szilárd anyagú minták ionsugaras megmunkálásához és ionforrás a berendezéshez
1 190.855 2 A találmány tárgya berendezés anyagminták ionsugaras megmunkálására, vagy felületi rétegének eltávolítására, amely kis átmérőjű (< 1 mm) és nagy áramsűrűségű ionnyaláb előállítására alkalmas ionforrással van ellátva. Ugyancsak tárgya a találmánynak a berendezéshez alkalmazható ionforrás. A transzmissziós elektronmikroszkópos minták előállítására az ionsugaras porlasztást az 1960-as években kezdték alkalmazni (H. Dücher und W. Schlette: Über die Herstellung von durchstrahlbaren Metallfoliden durch lonenätzung. Coli. Int. du C. N. R. S. Nr. 1113, 83-90 Bellevue [1962].). Az eljárásról és vékonyító elrendezésekről H. Bach: Die Anwendbarkeit des Ionenstrahlätzens bei der Präparation für die Elektronenmikroskopie (G. Schimmel, W. Vogell: Methodensammlung der Elektronenmikroskopie, Wiss. Verlag. MBH, Stuttgart 1970., 2. 4. 2. 1. pont) című, illetve J. Francks: Ion Beam Technology Applied to Electron Microscopy, (Advances in Electronics and Electron Physics, Vol. 47. Ed. L. Marton: Acad. Press, New York 1978. 1-48 old.) című összefoglaló munkáiból nyerhetünk jó tájékoztatást. Az ismert berendezések közös jellemzője, hogy a vékonyítandó anyagminta két oldalán két egymással szemben álló, egymáshoz képest rögzített elhelyezésű ionforrást alkalmaznak, amely ionforrások az ugyancsak rögzített elhelyezésű, síkjában forgó mintatartó egy érintője körül együttesen elfordíthatóak. így lehetőség nyílik arra, hogy a mintát egyidejűleg mindkét oldaláról, akár az optimális porlódási sebességgel (kb. 70° szögben). vagy az optimális polírozási szöggel (kb. 85°) vékonyítsák. A vékonyítás folyamatát egy, a porlasztó téren kívül elhelyezkedő, optikai mikroszkóppal figyelik meg. Gyakran alkalmaznak lézeres, vagy más automatikus folyamat Ieállítót is. A berendezések ionforrásaként üreges anódú forrásokat (pl. C. G. Crockett: A glow discharge ion gun for etching, Vacuum 23, 11-13 [1973] .), vagy mágneses térrel kombinált tükörkatódos forrásokat (pl. D. J. Barber: Thin Foils of Non-Metals Made for Electron Microscopy by Sputter-Etching, J. of Materials Sei. 5, 1-8 [1970].), vagy nyeregteres elektrosztatikus forrásokat tartalmaznak (pl. J. Franks: A saddle field ion source of spherical configuration for etching and thinning applications. Vacuum 24, 489-491 [1974] .) A viszonylag nagy (^ 1 mm) ionsugárátmérő miatt, az ismert berendezésekkel elérhető porlasztási sebesség kicsiny (pl. Si-ra 10/<m/óra). Az ionforrások egymáshoz képesti rögzített elhelyezése. valamint a mintatartó rögzített volta további hátrányos következményekkel jár. a) A mintatartó rögzített volta azt eredményezi, hogy a hátoldal porlódásának előrehaladása a megfigyelő mikroszkóppal nem ellenőrizhető. b) A források egymáshoz, és közös forgási síkjuknak a mintatartóhoz való rögzítettsége miatti nehézségek: - A források működése közben fellépő töltődések a kilépő ionsugarakat eltérítik a mechanikai centrálisi tengelyből, így az ionsugár nem a kívánt helyen támadja a mintát. Ezt kompenzálja az, hogy az ionsugár átmérője viszonylag nagy, de ez a megoldás károsan növeli a mintában bekövetkező sugárkárosodást és a minta hőterhelését.- A félvezető technikában, a vékonyréteg vizsgálatoknál stb. igen gyakori az, hogy a mintát csak egyik oldala felől szabad vékonyítani. A rögzített forrás elrendezés miatt, ilyen esetben az egyik ionforrást ki kell kapcsolni, amely a vékonyítási idő megnövekedését vonja maga után. A találmány célja a fenti hátrányok kiküszöbölése és olyan megoldás létrehozása, amely polírozási tulajdonságait tekintve előnyösebb az eddigieknél. A találmány tehát egyrészt berendezés szilárd anyagú minták ionsugaras megmunkálására, célszerűen vékonyítására, amely berendezésnek vákuumtérben elhelyezett, a megmunkálandó mintát tartó mintatartója és legalább két ionforrása van, ahol a mintatartó és az ionforrások egymáshoz képest központi forgástengely körül elfordíthatóan vannak ágyazva. A berendezést jellemzi, hogy a mintatartó és az ionforrások egymástól függetlenül, további forgástengelyek körül elfordíthatóan és ezek mentén eltolhatóan vannak ágyazva. A találmány segítségével az optimális üzemeltetési geometria biztonságosan és könnyen beállítható, ill. működés közben korrigálható. Ilyen körülmények között ionsugaras vékonyításnál érdemes már az ionsugár átmérőjét 0,1 mm-nél kisebbre választani úgy, hogy az a például 87°-os közel súrlódó beesés esetén se lógjon túl a vékonyítandó területen. Ezzel együtt viszont a gyorsabb vékonyítás érdekében az áramsűrűség akár 20 A/ cm2-ig is növelhető a minta és mintatartó jelentős felmelegedése nélkül. A találmány tárgya továbbá egy javított ionforrás, amely azon a felismerésen alapul, hogy az ionforrásba bevezetett gázt ionizáló szekunder elektronok nagyon hatásosan fókuszálhatok két, egymással szembefordított, önmagában ismert, ún. Steigerwald-féle elektronágyúnak megfelelő elektródrendszerrel. (K. H. Steigerwald: Optik 5,469, [1947].) A találmány szerinti ionforrás alkalmas nagy áramsűrűségű, kis átmérőjű ionsugár előállítására, és közepén nyílással ellátott anódja, az anód két oldalán pedig üreges katódja van, és az jellemzi, hogy az üreges katód mindkét része az anód felőli oldalán szűkülettel, másik oldalán pedig az anód felé benyúló, célszerűen kúpos résszel van ellátva. A találmányt a továbbiakban a rajzokon szemléltetett előnyös kísérleti alakok alapján ismertetjük, ahol az 1. ábra a találmány szerinti berendezés kinematikai vázlata, a 2. ábra a berendezés forgóbevezetőjének nézeti rajza, a 3. ábra a 2. ábra A-A vonala mentén vett metszeti rajz,a 4. ábra a berendezés mintatartójának nézeti rajza, az 5. ábra a 4. ábra B-B vonala mentén vett metszeti rajz, a 6. ábra a találmány szerinti ionforrás egy kinézeti alakjának metszeti rajza. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
