CN104878392B - 离子束清洗刻蚀设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料表面处理技术领域，具体涉及一种离子束清洗刻蚀设备，本发明采用非平衡磁场设计，两端的磁铁密度大于中心位置的磁铁密度，使靶材两端的磁场大于中心位置的磁场，以提高两端的氩气被离化的概率，使两端产生更多的氩离子，以提高两端的清洗刻蚀速率；另外，本发明采用了补偿式气路设计，两端气孔的密度大于中心气孔密度，使两端的气压大于中心位置的气压，更多的高能离子分布在两端的位置，以提高基片两端部位被离子撞击清洗的几率，有效地补偿了清洗速率不均，解决了中间快，两端慢的问题。

Description

离子束清洗刻蚀设备

技术领域

本发明属于材料表面处理技术领域，具体涉及一种离子束清洗刻蚀设备。

背景技术

现有技术中的离子束清洗刻蚀源如图1所示，主要由氩气室a、氩气通道b、磁铁c、阴极d和阳极e构成，是一种提供清洗气体离子的设备，清洗气体通常是氩气。它的工作原理是：如图1箭头方向所示，氩气通过设定的氩气通道b到达磁场区域；在特定的真空环境，在阴极d、阳极e和磁场的综合作用下，氩气由原子状态被离化成高能氩离子；氩离子飞向并轰击基片f表面，清除基片f表面黏附的气体分子、杂质颗粒和氧化物等。磁场方面，现行的离子束清洗刻蚀源采用的是均匀磁场设计，如图1所示，均匀的磁块布局提供了从两端到中心的均匀的磁场；工艺气体氩气的气路设计方面，现行的离子束清洗刻蚀源采用的是均匀的气孔分布方式，从两端到中心的范围内保证了气压分布均匀。这种设计存在着较大的缺陷：如图2所示，由于均匀分布的磁场强度和氩气密度，在基片长度方向上，使得氩离子被均匀的喷发出来，大量的被喷发的氩离子在飞向基片的过程中，飞行方向遵从余弦分布，使得正对着靶材中心的位置有较高的几率被氩离子轰击、清洗、刻蚀，使得中心部位的清洗刻蚀速率大于两端部位，无法实现大面积均匀的清洗刻蚀。

发明内容

本发明的目的是提供一种清洗、刻蚀厚度均匀的离子束清洗刻蚀设备。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种离子束清洗刻蚀设备，包括用于供应惰性气体的供气单元，以及用于将惰性气体从原子状态转变为高能离子状态的电离室，所述电离室置于真空环境中；所述供气单元通过气孔与电离室连通，所述电离室上设有供高能离子喷出的喷射口，所述喷射口正对基片设置，且喷射口沿基片的长度方向连续布置；所述电离室包括由磁铁构成的磁场区域以及阴、阳极构成的电场区域，所述磁场区域和电场区域邻近布置形成电离区域；所述磁铁为多个沿基片长度方向间隔布置，且基片中段的磁铁布设密度小于基片两端的磁铁布设密度；

所述气孔为多个沿基片长度方向间隔布置，且在基片长度方向上，电离室中段的气孔布设密度小于两端的气孔布设密度；

所述磁铁和阴、阳极之间彼此间隔，形成供气体穿过的间隙；所述气孔与该间隙连通，所述间隙与喷射口连通，所述间隙沿基片长度方向连续布置；

所述供气单元还包括一个气室，所述气室设有与气源连通的进气口，所述气室与电离室存在一个共用壁，所述气孔开设在该共用壁上；

所述电离室包括一个一端设有开口的壳体围合而成的主体腔室，所述阴极设置在所述开口处且与该开口处的壳壁平齐，阴极的边缘与所述开口的边缘之间存在环形缝隙，该环形缝隙即构成所述喷射口；所述磁铁设置在阴极内侧，所述磁铁为多个沿阴极的纵向中心线间隔布置，所述阳极为椭圆环状结构，且阳极环绕磁铁设置，所述阳极的其中一侧端面对应喷射口设置；

所述气孔呈椭圆环状布置，所述各气孔均对应磁铁与阳极之间的椭圆环型夹缝设置。

本发明的技术效果在于：本发明采用非平衡磁场设计，两端的磁铁密度大于中心位置的磁铁密度，使靶材两端的磁场大于中心位置的磁场，以提高两端的氩气被离化的概率，使两端产生更多的氩离子，以提高两端的清洗刻蚀速率；另外，本发明采用了补偿式气路设计，两端气孔的密度大于中心气孔密度，使两端的气压大于中心位置的气压，更多的高能离子分布在两端的位置，以提高基片两端部位被离子撞击清洗的几率，有效地补偿了清洗速率不均，解决了中间快，两端慢的问题。

附图说明

图1是现有技术中离子束清洗刻蚀设备的结构示意图；

图2是现有技术中离子束清洗刻蚀设备的刻蚀厚度随基片长度方向变化曲线图；

图3是本发明的剖视图；

图4是本发明的侧面剖视图；

图5是本发明的离子束清洗刻蚀设备的刻蚀厚度随基片长度方向变化曲线图。

具体实施方式

如图3、4所示，一种离子束清洗刻蚀设备，包括用于供应惰性气体的供气单元，以及用于将惰性气体从原子状态转变为高能离子状态的电离室10，所述电离室10置于真空环境中；所述供气单元通过气孔21与电离室10连通，所述电离室10上设有供高能离子喷出的喷射口，所述喷射口正对基片30设置，且喷射口沿基片30的长度方向连续布置；所述电离室10包括由磁铁14构成的磁场区域以及阴、阳极12、13构成的电场区域，所述磁场区域和电场区域邻近布置形成电离区域；所述磁铁14为多个沿基片30长度方向间隔布置，且基片30中段的磁铁14布设密度小于基片30两端的磁铁14布设密度。

优选的，本发明使用氩气作为工艺气体，本发明采用非平衡磁场设计，两端的磁铁14密度大于中心位置的磁铁14密度，使基片30两端的磁场大于中心位置的磁场，以提高两端的氩气被离化的概率，使两端产生更多的氩离子，以提高两端的清洗刻蚀速率.

进一步的，所述气孔21为多个沿基片30长度方向间隔布置，且在基片30长度方向上，电离室10中段的气孔21布设密度小于两端的气孔21布设密度。

补偿式气路设计中，两端的气孔21的密度大于中心的气孔21密度，使两端的气压大于中心位置的气压，更多的氩气离子分布在两端的位置，以提高基片30两端部位被氩离子撞击清洗的几率，如图5所示，有效地补偿了清洗速率不均，解决了中间快，两端慢的问题。

优选的，所述磁铁14和阴、阳极12、13之间彼此间隔，形成供气体穿过的间隙；所述气孔21与该间隙连通，所述间隙与喷射口连通，所述间隙沿基片30长度方向连续布置。

进一步的，所述供气单元还包括一个气室20，所述气室20设有与气源连通的进气口22，所述气室20与电离室10存在一个共用壁，所述气孔21开设在该共用壁上。气室20能够对氩气进行缓冲，使气体在气室内分布均匀，然后使氩气按照气孔21的分布规律进入电离室内。

优选的，所述电离室10包括一个一端设有开口的壳体围合而成的主体腔室11，所述阴极12设置在所述开口处且与该开口处的壳壁平齐，阴极12的边缘与所述开口的边缘之间存在环形缝隙，该环形缝隙即构成所述喷射口；所述磁铁14设置在阴极12内侧，所述磁铁14为多个沿阴极12的纵向中心线间隔布置，所述阳极13为椭圆环状结构，且阳极（13）环绕磁铁设置，所述阳极13的其中一侧端面对应喷射口设置。

优选的，所述气孔21呈椭圆环状布置，所述各气孔21均对应磁铁14与阳极13之间的椭圆环型夹缝设置。

Claims (6)

1.一种离子束清洗刻蚀设备，包括用于供应惰性气体的供气单元，以及用于将惰性气体从原子状态转变为高能离子状态的电离室（10），所述电离室（10）置于真空环境中；所述供气单元通过气孔（21）与电离室（10）连通，所述电离室（10）上设有供高能离子喷出的喷射口，所述喷射口正对基片（30）设置，且喷射口沿基片（30）的长度方向连续布置，所述电离室（10）包括由磁铁（14）构成的磁场区域以及阴、阳极（12、13）构成的电场区域，所述磁场区域和电场区域邻近布置形成电离区域，其特征在于：所述磁铁（14）为多个沿基片（30）长度方向间隔布置，且基片（30）中段的磁铁（14）布设密度小于基片（30）两端的磁铁（14）布设密度。

2.根据权利要求1所述的离子束清洗刻蚀设备，其特征在于：所述气孔（21）为多个沿基片（30）长度方向间隔布置，且在基片（30）长度方向上，电离室（10）中段的气孔（21）布设密度小于两端的气孔（21）布设密度。

3.根据权利要求2所述的离子束清洗刻蚀设备，其特征在于：所述磁铁（14）和阴、阳极（12、13）之间彼此间隔，形成供气体穿过的间隙；所述气孔（21）与该间隙连通，所述间隙与喷射口连通，所述间隙沿基片（30）长度方向连续布置。

4.根据权利要求3所述的离子束清洗刻蚀设备，其特征在于：所述供气单元还包括一个气室（20），所述气室（20）设有与气源连通的进气口（22），所述气室（20）与电离室（10）存在一个共用壁，所述气孔（21）开设在该共用壁上。

5.根据权利要求4所述的离子束清洗刻蚀设备，其特征在于：所述电离室（10）包括一个一端设有开口的壳体围合而成的主体腔室（11），所述阴极（12）设置在所述开口处且与该开口处的壳壁平齐，阴极（12）的边缘与所述开口的边缘之间存在环形缝隙，该环形缝隙即构成所述喷射口；所述磁铁（14）设置在阴极（12）内侧，所述磁铁（14）为多个沿阴极（12）的纵向中心线间隔布置，所述阳极（13）为椭圆环状结构，且阳极（13）环绕磁铁设置，所述阳极（13）的其中一侧端面对应喷射口设置。

6.根据权利要求5所述的离子束清洗刻蚀设备，其特征在于：所述气孔（21）呈椭圆环状布置，所述各气孔（21）均对应磁铁（14）与阳极（13）之间的椭圆环型夹缝设置。