Материал: Sb000537

поверхность маски и с помощью той же отклоняющей системы 7 производится сканирование его по меткам, находящимся на маске. Ход лучей в этом случае показан на рис. 1.6 штриховыми линиями. С помощью проекционных линз электронный пучок, ограниченный диафрагмой 13, фокусируется на поверхности пластины и аналогичным образом сканируется по меткам пластины. Для сбора вторичных электронов используется детектор 14, обеспечивающий получение изображения меток маски и пластины на экран видеоконтрольного устройства микроскопа. Механически перемещая пластину и смещая электронное изображение с помощью отклоняющей системы 15, можно добиться совмещения меток маски и пластины с высокой точностью

(0,1…0,2 мкм).

Рис. 1.7

ЭОС сварочных электронно-лучевых установок (ЭЛУ) имеет ряд особенностей, обусловленных, с одной стороны, более высокой мощностью электронного пучка, а с другой − наличием в канале ЭОС пара и газа. Силь-

ноточные пучки выполняются по типу пушки Пирса. В связи со сложностью изготовления сферических электродов последним часто придается более простая форма: цилиндрическая или плоская. При разработке конструкции пушек и всей ЭОС в целом необходимо обеспечить защиту эмитирующей поверхности катода и всей пушки от ионной бомбардировки, химически активных сред и напыления металлов. Для этого стремятся удалить пушку от мишени на возможно большее расстояние, применяют дифференциальную откачку.

11

ЭОС типичной сварочной ЭЛУ [4] представлена на рис. 1.8, где обозна-

чены: 1 − катод; 2 − фокусирующий электрод; 3 − анод; 4 − система магнит-

ного сопровождения; 5 − система дифференциальной откачки; 6 − мишень;

7 − электронный пучок. При проектировании ЭОС такого типа необходимо учитывать влияние парогазовой среды на характер транспортировки электронного пучка.

1 2 3 4 5 7 6

Рис. 1.8

Пушки Пирса и системы магнитного сопровождения, позволяющие получать и транспортировать интенсивные электронные пучки, используются также и в системах формирования ряда вакуумных приборов СВЧ (клистрон, лампа бегущей волны, лампа обратной волны) [5].

1.3.Системы формирования потоков заряженных частиц

вплазменных приборах и устройствах

Рассмотренные системы формирования интенсивных электронных пучков для технологических целей позволяют получить электронные пучки с высокими параметрами, однако имеют существенные недостатки, обусловленные невысокой надежностью и долговечностью термокатодов, особенно при повышенных давлениях, характерных для технологических ЭЛУ. Кроме того в ряде случаев в технологии необходимо использовать потоки ионов. Это обусловило создание плазменных источников заряженных частиц. Одним из таких источников является дуоплазмотрон, система формирования которого приведена на рис. 1.9 [3].

12

Рис. 1.9

Несамостоятельный дуговой разряд горит между накаленным катодом 1 и анодом 4. Форма электрода 2 обеспечивает сжатие плазмы в выходном окне (осуществляется геометрическое контрагирование). Дополнительное сжатие плазмы достигается магнитной фокусирующей системой 3. В выходном окне анода предусмотрена жаропрочная вставка 5. Электрод 6 в зависимости от знаков поданного на него напряжения вытягивает из плазмы поток электронов или ионов.

Для работы при низком вакууме, особенно с использованием активных газовых сред, применяются пушки с ненакаливаемыми катодами, в частности газоразрядные электронные пушки (ГРЭП) на основе высоковольтного тлеющего разряда с прианодной плазмой. Работа ГРЭП с холодным катодом основана на использовании тлеющего разряда лучевой формы, возникающего при давлениях единицы−сотни паскалей, когда в разряде преобладает направленное движение заряженных частиц над хаотическим. На рис. 1.10 представлены схемы формирования электронных пучков в газоразрядных электронных пушках с прианодной плазмой. В пушках с большой анодной апертурой конфигурация плазменной границы подобна форме катода. Простота холодных катодов и наличие прозрачного плазменного анода позволяют относительно просто формировать профильные электронные пушки различной конфигурации (на рис. 1.10: а − сходящийся пучок; б − трубча-

тый; в − ленточный) [1].

13

где ρ(x, y, z) − плотность объемного заряда (электронная или ионная) в обла-

сти СФ; ε0 − диэлектрическая постоянная. Как правило, решение уравнения

магнитное поле, обусловленное движением зарядов в СФ.

Для описания бесстолкновительного распространения заряженных частиц чаще всего используют уравнение движения, записанное в форме Ньютона:

_

где γ− релятивистский фактор; E − вектор напряженности суммарного элек-

_

трического поля; B − вектор индукции суммарного магнитного поля.

Движение заряженных частиц в газовой среде сопровождается следующими основными процессами: упругим рассеянием; возбуждением атомных электронов; ионизацией атомов и молекул газа; образованием лавин (электронных и ионных); зарядовым обменом; рекомбинацией электронов и ионов. Вероятность того или иного процесса определяется родом и давлением газа, энергией и типом заряженных частиц. Количественно эта вероятность описывается с помощью сечения взаимодействия σ. Пробег частиц между соударениями находят из распределения

i=1

μn = σn n ; n − концентрация молекул газа.

В результате указанных взаимодействий меняются направленное движение заряженных частиц и их энергия, образуются новые заряженные ча-

15