CN106653529B - 一种宽束流的条形离子源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽束流的条形离子源，包括安装法兰、放电室、磁场部件、阳极、放电灯丝以及栅网部件，所述放电室固定在安装法兰上，所述放电室包括上法兰、下法兰和中间矩形腔体，所述磁场部件安装在放电室的四周，所述阳极安装在放电室的下法兰上，所述磁场部件为放电室提供竖直方向平行对称磁场，所述放电灯丝包括三段灯丝，并通过灯丝夹和真空电极固定在放电室的垂直中心面上，与灯丝安装法兰连接。本发明具有结构更加合理、能够大大降低维护保养难度等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及一种用于离子束刻蚀机的离子源装置，特指一种适用于离子束刻蚀设备大尺寸基片的刻蚀应用的条形离子源。
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。
有从业者提出了“宽束流条形离子源”，但现有的宽束流条形离子源仍然存在一些不足：
1、由于部件的体积和重量均较大，加之传统安装方式的局限，对于前期的安装调试，后期的维护保养造成一些困难，尤其是对于灯丝这种具有一定寿命的损耗件的更换和维修，十分繁琐。
2、传统的灯丝组件由一组（5条以上）等长的灯丝组成，各灯丝之间无法独立控制调节，从而造成离子源的束流均匀性无法保证，大大减小了其适应范围，尤其是在特定环境下的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构更加合理、能够大大降低维护保养难度的宽束流的条形离子源。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种宽束流的条形离子源，包括安装法兰、放电室、磁场部件、阳极、放电灯丝以及栅网部件，所述放电室固定在安装法兰上，所述放电室包括上法兰、下法兰和中间矩形腔体，所述磁场部件安装在放电室的四周，所述阳极安装在放电室的下法兰上，所述磁场部件为放电室提供竖直方向平行对称磁场，所述放电灯丝包括三段灯丝，并通过灯丝夹和真空电极固定在放电室的垂直中心面上，与灯丝安装法兰连接。
作为本发明的进一步改进：所述放电灯丝中的三段灯丝中，位于中间的灯丝比位于两端的灯丝长。
作为本发明的进一步改进：所述安装法兰上设置有真空电极、工艺进气接头和冷却水接头，用于离子源的水、电、气的真空引入。
作为本发明的进一步改进：所述放电室为矩形环状结构，通过绝缘垫固定在安装法兰上。
作为本发明的进一步改进：所述安装法兰的外侧安装有外罩，用于将离子源水、电、气的引入部分包裹在内。
作为本发明的进一步改进：所述下法兰处设置有水冷结构，所述水冷结构与冷却水接头连通。
作为本发明的进一步改进：所述栅网部件为三级栅，每级栅网包括栅网和对应的栅网法兰，各栅网法兰独立安装且彼此绝缘；各级栅网上设置有有束流引出孔，各级栅网对应孔对齐。
作为本发明的进一步改进：所述磁场部件11包括永磁体、导磁杆以及连接件，所述永磁体和导磁杆通过连接件相互配合连接，形成整体。
作为本发明的进一步改进：所述磁场部件、放电室、放电灯丝、阳极、栅网部件之间装配有绝缘部件，通过若干连杆进行连接固定，各部件装配为一整体。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的宽束流的条形离子源，通过控制离子源长度方向的束流均匀性，以及基片垂直于离子源长度方向的扫描运动，从而实现大尺寸基片的均匀刻蚀。同时，本发明对于安装结构做了进一步优化和设计，一来通过大大减少灯丝的段数和不等长设计，使其可独立调节各组灯丝放电电流，从而调节离子源长度方向的束流均匀性，提高离子源性能；二来，灯丝通过真空电极和灯丝夹直接固定在灯丝安装法兰上，通过外部拆取灯丝安装法兰即可实现放电灯丝的便捷更换，此灯丝安装方式为后期灯丝更换带来了极大地便利。
附图说明
图1是本发明条形离子源的立体结构示意图。
图2是本发明的局部剖视结构原理示意图。
图3是本发明另一个视角的局部剖视结构原理示意图。
图4是本发明在具体应用实例中条形离子源放电室的结构原理示意图。
图5是本发明在具体应用实例中条形离子源磁场部件的原理示意图。
图例说明：
1、安装法兰；2、绝缘垫；3、放电室； 4、灯丝安装法兰；5、真空电极；6、放电灯丝；7、绝缘件；9、栅网部件；10、阳极；11、磁场部件；13、下法兰；14、上法兰；15、工艺进气接头；16、冷却水接头；18、外罩；20、灯丝夹；21、永磁体；22、导磁杆；23、连接件。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1～图5所示，本发明的宽束流的条形离子源，包括安装法兰1、放电室3、磁场部件11、阳极10、放电灯丝6、栅网部件9以及绝缘件7。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上设置有真空电极5、工艺进气接头15和冷却水接头16，负责离子源的水、电、气的真空引入。放电室3为矩形环状结构，通过绝缘垫2固定在安装法兰1上。放电室3包括上法兰14、下法兰13和中间矩形腔体，磁场部件11安装在放电室3的四周，呈对称分布，为放电室3提竖直方向平行对称磁场。阳极10为矩形环状，利用绝缘件7安装在放电室3的下法兰13上，并与之绝缘隔离。放电灯丝6由三段灯丝组成，并通过灯丝夹20和真空电极5固定在放电室3的垂直中心面上，与灯丝安装法兰4连接，各段灯丝可独立调节放电电流。在具体应用实例中，三段灯丝中采用中间长、两端短的不等长设计。这样，一来通过大大减少灯丝的段数和不等长设计，使其可独立调节各组灯丝放电电流，从而调节离子源长度方向的束流均匀性，提高离子源性能；二来，灯丝通过真空电极5和灯丝夹20直接固定在灯丝安装法兰4上，通过外部拆取灯丝安装法兰4即可实现放电灯丝6的便捷更换，此灯丝安装方式为后期灯丝更换带来了极大地便利。
本实施例中，安装法兰1的外侧进一步根据实际需要可安装外罩18，将离子源水、电、气的引入部分包裹在内。
本实施例中，下法兰13处设置有水冷结构，该水冷结构与冷却水接头16连通。
本实施例中，栅网部件9为三级栅，每级栅网包括栅网和对应的栅网法兰，各栅网法兰独立安装且彼此绝缘。各级栅网上设计有束流引出孔，各级栅网对应孔对齐。
参见图5，本实施例中，磁场部件11包括永磁体21、导磁杆22以及连接件23，永磁体21和导磁杆22通过连接件23相互配合连接，形成整体。
本实施例中，磁场部件11、放电室3、放电灯丝6、阳极10、栅网部件9、外罩18根据供电需要在各部件间装配有绝缘部件，通过若干连杆进行连接固定，各部件装配为一整体。
离子源工作时，通入工艺气体氩气，放电室3的下法兰13通入冷却水，放电灯丝6、阳极10分别接通放电电源和阳极电源，栅网部件9接通屏栅电源、抑制电源及减速电源。磁场部件11会在放电室3内产生平行于矩形腔体19高度方向的平行磁场。当供电正常后，放电灯丝6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9的引导下加速通过栅网，引出离子源，形成离子束流。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种宽束流的条形离子源，包括安装法兰（1）、放电室（3）、磁场部件（11）、阳极（10）、放电灯丝（6）以及栅网部件（9），所述放电室（3）固定在安装法兰（1）上，所述放电室（3）包括上法兰（14）、下法兰（13）和中间矩形腔体，所述磁场部件（11）安装在放电室（3）的四周，所述阳极（10）安装在放电室（3）的下法兰（13）上，其特征在于，所述磁场部件（11）为放电室（3）提供竖直方向平行对称磁场，所述放电灯丝（6）包括三段灯丝，并通过灯丝夹（20）和真空电极（5）固定在放电室（3）的垂直中心面上，与灯丝安装法兰（4）连接；所述放电灯丝（6）中的三段灯丝中，位于中间的灯丝比位于两端的灯丝长。
2.根据权利要求1所述的宽束流的条形离子源，其特征在于，所述安装法兰（1）上设置有真空电极（5）、工艺进气接头（15）和冷却水接头（16），用于离子源的水、电、气的真空引入。
3.根据权利要求1所述的宽束流的条形离子源，其特征在于，所述放电室（3）为矩形环状结构，通过绝缘垫（2）固定在安装法兰（1）上。
4.根据权利要求1所述的宽束流的条形离子源，其特征在于，所述安装法兰（1）的外侧安装有外罩（18），用于将离子源水、电、气的引入部分包裹在内。
5.根据权利要求2所述的宽束流的条形离子源，其特征在于，所述下法兰（13）处设置有水冷结构，所述水冷结构与冷却水接头（16）连通。
6.根据权利要求1所述的宽束流的条形离子源，其特征在于，所述栅网部件（9）为三级栅，每级栅网包括栅网和对应的栅网法兰，各栅网法兰独立安装且彼此绝缘；各级栅网上设置有有束流引出孔，各级栅网对应孔对齐。
7.根据权利要求1所述的宽束流的条形离子源，其特征在于，所述磁场部件11包括永磁体（21）、导磁杆（22）以及连接件（23），所述永磁体（21）和导磁杆（22）通过连接件（23）相互配合连接，形成整体。
8.根据权利要求1所述的宽束流的条形离子源，其特征在于，所述磁场部件（11）、放电室（3）、放电灯丝（6）、阳极（10）、栅网部件（9）之间装配有绝缘部件，通过若干连杆进行连接固定，各部件装配为一整体。
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