CN105405732A - 一种用于离子束刻蚀机的条形离子源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于离子束刻蚀机的条形离子源，包括安装法兰和放电室，所述放电室通过安装支架固定安装于安装法兰上方，所述放电室为具有磁场和电场的腔室，所述放电室内设置多组放电灯丝，每一组放电灯丝均可单独调节放电电流，多组所述放电灯丝沿放电室的长度方向一整列布置且间隔均匀。本发明用于离子束刻蚀机的条形离子源，其放电灯丝设置的组数可根据刻蚀基片尺寸的大小而定，随着刻蚀基片尺寸的增大，可增加放电灯丝的组数来适应离子源刻蚀加工要求，且每一组放电灯丝可通过测试引出束流沿放电室长度方向的分布，通过调节各组放电灯丝的电流，可提高离子源引出的离子束流均匀性，提高离子源性能。

Description

一种用于离子束刻蚀机的条形离子源

技术领域

本发明涉及离子束刻蚀技术领域，尤其涉及一种用于离子束刻蚀机的条形离子源。

背景技术

离子束刻蚀是利用低能量平行Ar⁺离子束对基片表面进行轰击，将基片表面未覆盖掩膜的部分溅射出，从而达到选择刻蚀的目的。离子束刻蚀是纯物理刻蚀过程，在各种常规刻蚀方法中具有分辨率最高、陡直性最好的特点，并且可以对绝大部分材料进行刻蚀，例如：金属、合金、氧化物、化合物、混合材料、半导体、绝缘体、超导体等材料。

常规离子束刻蚀机采用圆形离子源，但随着刻蚀基片尺寸的增大，圆形离子源部件的加工难度显著增大，大尺寸栅网也变形严重，造成束流均匀性呈下降趋势，圆形离子源不适应大尺寸基片的刻蚀。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可适应大尺寸基片刻蚀的用于离子束刻蚀机的条形离子源。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于离子束刻蚀机的条形离子源，包括安装法兰和放电室，所述放电室通过安装支架固定安装于安装法兰上方，所述放电室为具有磁场和电场的腔室，所述放电室内设置多组放电灯丝，每一组放电灯丝均可单独调节放电电流，多组所述放电灯丝沿放电室的长度方向一整列布置且间隔均匀。

作为上述技术方案的进一步改进：

还包括为放电室提供一均匀磁场的磁场组件，所述磁场组件产生垂直于放电灯丝排布方向的磁场。

所述放电室为矩形腔室，所述磁场组件套设于放电室的外周，所述磁场组件包括两相对设置的永磁体和两相对设置的导磁板，所述永磁体和导磁板首尾相接形成矩形结构，两个永磁体分别安装于放电室的两侧，导磁板沿放电灯丝的排布方向设置，所述放电灯丝位于两个导磁板之间。

还包括安装于放电室内的阳极板，所述阳极板沿放电室的长度方向布置于放电灯丝的前方，所述阳极板为长条形的多孔网板。

所述阳极板位于放电室的中部，多组所述放电灯丝靠近放电室的内壁。

所述放电室顶端罩出口设利于形成条形离子源的多级栅网组件，相邻两级栅网组件层叠间隔设置，每一级所述栅网组件包括一栅网，所述栅网上设有若干个束流引出孔，各级栅网的束流引出孔均一一对齐。

每一级所述栅网组件还包括将栅网固定安装于放电室上的栅网法兰，各栅网法兰之间、栅网法兰与放电室之间均绝缘设置。

所述放电室包括上法兰和下法兰，所述下法兰位于放电室腔室的底部，所述上法兰位于放电室腔室的顶部，所述栅网组件固定安装于上法兰上。

所述放电灯丝、磁场组件、阳极板均通过绝缘件固定安装于下法兰上，所述下法兰的内部设有水冷通道，所述安装法兰上设有冷却水接头，所述冷却水接头与所述水冷通道之间通过管道连通。

所述安装法兰上还设有进气接头和多路真空电极，所述进气接头与放电室腔室之间通过管道连通，所述真空电极与放电灯丝、阳极板以及栅网组件的栅网之间均电连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的一种用于离子束刻蚀机的条形离子源，其放电灯丝设置的组数可根据刻蚀基片尺寸的大小而定，随着刻蚀基片尺寸的增大，可增加放电灯丝的组数来适应离子源刻蚀加工要求，且每一组放电灯丝可通过测试引出束流沿放电室长度方向的分布，通过调节各组放电灯丝的电流，可提高离子源引出的离子束流均匀性，提高离子源性能。

附图说明

图1是本发明的用于离子束刻蚀机的条形离子源的结构示意图。

图2是本发明的磁场组件的结构示意图。

图3是本发明的放电室的俯视结构示意图。

图4是本发明的上法兰与栅网组件的安装示意图。

图5是本发明的用于离子束刻蚀机的条形离子源的外形示意图。

图中各标号表示：

1、安装法兰；11、冷却水接头；12、进气接头；13、真空电极；2、安装支架；3、放电室；31、上法兰；32、下法兰；4、磁场组件；41、永磁体；42、导磁板；5、栅网组件；7、阳极板；8、放电灯丝；9、绝缘件；14、外罩；15、内罩。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1至图5示出了本发明一种用于离子束刻蚀机的条形离子源的实施例，其包括安装法兰1和放电室3，放电室3通过安装支架2固定安装于安装法兰1上方，放电室3为具有磁场和电场的腔室，放电室3内设置多组放电灯丝8，每一组放电灯丝8均可单独调节放电电流，多组放电灯丝8沿放电室3的长度方向一整列布置且间隔均匀。放电灯丝8设置的组数可根据刻蚀基片尺寸的大小而定，随着刻蚀基片尺寸的增大，可增加放电灯丝8的组数来适应离子源刻蚀加工要求，且每一组放电灯丝8可通过测试引出束流沿放电室3长度方向的分布，通过调节各组放电灯丝8的电流，可提高离子源引出的离子束流均匀性，提高离子源性能。

本实施例中，还包括为放电室3提供一均匀磁场的磁场组件4，磁场组件4产生垂直于放电灯丝8排布方向的磁场，磁场组件4可调节束流长度方向的均匀性，实现对大尺寸基片的均匀刻蚀要求。

本实施例中，放电室3为矩形腔室，磁场组件4套设于放电室3的外周，磁场组件4包括两相对设置的永磁体41和两相对设置的导磁板42，永磁体41和导磁板42首尾相接形成矩形结构，两个永磁体41分别安装于放电室3的两侧，导磁板42沿放电灯丝8的排布方向设置，放电灯丝8位于两个导磁板42之间。此磁场组件4结构简单，安装方便。

本实施例中，还包括安装于放电室3内的阳极板7，阳极板7沿放电室3的长度方向布置于放电灯丝8的前方，阳极板7为长条形的多孔网板，可提高离子源引出的离子束流均匀性，提高离子源性能，适应大尺寸的基片刻蚀加工。

本实施例中，阳极板7位于放电室3的中部，多组放电灯丝8靠近放电室3的内壁。本实施例中，多个放电灯丝8通过绝缘件9与放电室3的内壁绝缘安装。

本实施例中，放电室3顶端出口罩设利于形成条形离子源的多级栅网组件5，相邻两级栅网组件5层叠间隔设置，每一级栅网组件5包括一栅网，栅网上设有若干个束流引出孔，各级栅网的束流引出孔均一一对齐。本实施例中，栅网组件5为两级或三级，当然在其他实施例中，可以为三级以上。

本实施例中，每一级栅网组件5还包括将栅网固定安装于放电室3上的栅网法兰，各栅网法兰之间、栅网法兰与放电室3之间均绝缘设置。

本实施例中，放电室3包括上法兰31和下法兰32，下法兰32位于放电室3腔室的底部，上法兰31位于放电室3腔室的顶部，栅网组件5固定安装于上法兰31上。

本实施例中，放电灯丝8、磁场组件4、阳极板7均通过绝缘件9固定安装于下法兰32上，下法兰32的内部设有水冷通道，安装法兰1上设有冷却水接头11，冷却水接头11与水冷通道之间通过管道连通。离子源工作时，下法兰31通入冷却水，用于带走离子电解过程中产生的热量。

本实施例中，安装法兰1上还设有进气接头12和多路真空电极13，进气接头12与放电室3腔室之间通过管道连通，真空电极13分别引入不同电位于放电灯丝8、阳极板7以及栅网组件5的栅网之间。安装法兰1用于离子源整体在工艺腔室上的安装，安装法兰1的冷却水接头11、进气接头12和真空电极13，分别负责离子源的水、气、电的真空引入。安装法兰1下方可安装外罩14，将离子源水、气、电的引入部分包裹在外罩14内。安装法兰1上方可安装内罩15，将放电室3、安装支架2均罩设于内，内罩15通过绝缘件9固定安装于上法兰31上。

离子源工作时，通入工艺气体，如氩气，放电灯丝8、阳极板7分别上电，栅网组件5接通屏栅电源和加速电源，多级栅网组件5还要接通减速电源。磁场组件4会在放电室3内产生垂直于放电灯丝8排布方向的平行磁场，当供电正常后，放电灯丝8会发射一次电子，一次电子在放电室3内受磁场和电场的作用沿磁力线做往复螺旋运动，在运动过程中与工艺气体氩原子碰撞，使氩原子电离，产生Ar+离子和二次电子，二次电子在电磁场作用下与一次电子一样在放电室3内做螺旋运动，增大氩气的电离，而Ar+离子则在栅网部件5的引导下加速通过栅网，引出离子源，形成离子束流。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种用于离子束刻蚀机的条形离子源，包括安装法兰（1）和放电室（3），所述放电室（3）通过安装支架（2）固定安装于安装法兰（1）上方，其特征在于：所述放电室（3）为具有磁场和电场的腔室，所述放电室（3）内设置多组放电灯丝（8），每一组放电灯丝（8）均可单独调节放电电流，多组所述放电灯丝（8）沿放电室（3）的长度方向一整列布置且间隔均匀。

2.根据权利要求1所述的用于离子束刻蚀机的条形离子源，其特征在于：还包括为放电室（3）提供一均匀磁场的磁场组件（4），所述磁场组件（4）产生垂直于放电灯丝（8）排布方向的磁场。

3.根据权利要求2所述的用于离子束刻蚀机的条形离子源，其特征在于：所述放电室（3）为矩形腔室，所述磁场组件（4）套设于放电室（3）的外周，所述磁场组件（4）包括两相对设置的永磁体（41）和两相对设置的导磁板（42），所述永磁体（41）和导磁板（42）首尾相接形成矩形结构，两个永磁体（41）分别安装于放电室（3）的两侧，导磁板（42）沿放电灯丝（8）的排布方向设置，所述放电灯丝（8）位于两个导磁板（42）之间。

4.根据权利要求2所述的用于离子束刻蚀机的条形离子源，其特征在于：还包括安装于放电室（3）内的阳极板（7），所述阳极板（7）沿放电室（3）的长度方向布置于放电灯丝（8）的前方，所述阳极板（7）为长条形的多孔网板。

5.根据权利要求4所述的用于离子束刻蚀机的条形离子源，其特征在于：所述阳极板（7）位于放电室（3）的中部，多组所述放电灯丝（8）靠近放电室（3）的内壁。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的用于离子束刻蚀机的条形离子源，其特征在于：所述放电室（3）顶端出口罩设利于形成条形离子源的多级栅网组件（5），相邻两级栅网组件（5）层叠间隔设置，每一级所述栅网组件（5）包括一栅网，所述栅网上设有若干个束流引出孔，各级栅网的束流引出孔均一一对齐。

7.根据权利要求6所述的用于离子束刻蚀机的条形离子源，其特征在于：每一级所述栅网组件（5）还包括将栅网固定安装于放电室（3）上的栅网法兰，各栅网法兰之间、栅网法兰与放电室（3）之间均绝缘设置。

8.根据权利要求7所述的用于离子束刻蚀机的条形离子源，其特征在于：所述放电室（3）包括上法兰（31）和下法兰（32），所述下法兰（32）位于放电室（3）腔室的底部，所述上法兰（31）位于放电室（3）腔室的顶部，所述栅网组件（5）固定安装于上法兰（31）上。

9.根据权利要求8所述的用于离子束刻蚀机的条形离子源，其特征在于：所述放电灯丝（8）、磁场组件（4）、阳极板（7）均通过绝缘件（9）固定安装于下法兰（32）上，所述下法兰（32）的内部设有水冷通道，所述安装法兰（1）上设有冷却水接头（11），所述冷却水接头（11）与所述水冷通道之间通过管道连通。

10.根据权利要求9所述的用于离子束刻蚀机的条形离子源，其特征在于：所述安装法兰（1）上还设有进气接头（12）和多路真空电极（13），所述进气接头（12）与放电室（3）腔室之间通过管道连通，所述真空电极（13）与放电灯丝（8）、阳极板（7）以及栅网组件（5）的栅网之间均电连接。