In this study we investigate extraction and acceleration of positive and negative ions from a pulsed inductively coupled plasma (ICP) in oxygen and hydrogen. Experiments were performed in a directed ribbon beam system where ions can be produced at an incident angle non-normal to the target. Positive and negative ions were transported to the wafer. The RF plasma source, extraction electrodes and wafer were biased synchronously. The energy of extracted ions closely follows the amplitude of the applied bias voltage and it ranges from few hundreds of volts to 10 kV. The peak beam current density can reach 100 A m−2. The ion beam angles, ion current, and ion composition are reported. The injection physics requires correlating the positive and negative ion and electron densities near the extraction opening with the extracted currents. The plasma was modeled using CRTRS, a plasma fluid code that self-consistently solves for ICP power deposition, electrostatic potential, and plasma dynamics. A new perspective on the possible production of angled ion beams on surfaces is discussed.
本研究では、パルス誘導結合プラズマ（ICP）から正および負のイオンの引き出しと加速について、酸素および水素中で調査する。実験は、ターゲットに対して非垂直な入射角でイオンを生成できる指向性リボンビームシステムにおいて実施された。正および負のイオンはウェーハへ輸送された。RFプラズマ源、引き出し電極、およびウェーハは同期してバイアスされた。引き出されたイオンのエネルギーは、印加されたバイアス電圧の振幅に密接に追従し、その範囲は数百ボルトから10kVである。ピークビーム電流密度は100 A m⁻²に達し得る。イオンビーム角度、イオン電流、およびイオン組成が報告される。注入物理には、引き出し電流と、引き出し開口部近傍の正および負のイオン密度ならびに電子密度との相関付けが必要である。プラズマはCRTRSを用いてモデル化された。CRTRSは、ICPパワー堆積、静電ポテンシャル、およびプラズマ動力学を自己無撞着に解くプラズマ流体コードである。表面における角度付きイオンビームの生成可能性に関する新たな視点が議論される。