CN109524285B - 一种离子束刻蚀设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子束刻蚀设备，包括真空腔室，所述真空腔室内设有离子源、工件台和旋转轴，所述旋转轴和所述工件台均竖直布置，所述离子源和所述工件台相对布置，旋转轴上安装有驱动工件台沿与离子源的离子束垂直的方向水平往复运动的扫描机构，所述离子束入射至所述扫描机构的位置与所述旋转轴的轴心线重合。本发明具有离子束入射角度可调而刻蚀距离不变，使不同材料均能达到最优的刻蚀效果等优点。

Description

一种离子束刻蚀设备
技术领域
本发明涉及微细加工设备领域，尤其涉及一种离子束刻蚀设备。
背景技术
离子束刻蚀(IBE)技术是20世纪70年代发展起来的一种干法刻蚀工艺，已广泛应用于微米、亚微米和纳米尺度超精细、高保真度的图形转移、刻蚀槽形等微细加工中。离子束刻蚀利用低能量平行Ar+离子束对基片表面进行轰击，将基片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过程，在各种刻蚀方法中具有分辨率高、陡直性好等优点，并且可以对绝大部分材料进行刻蚀，如各种金属、合金、氧化物及化合物等。
离子束刻蚀工艺非常重视离子束入射角的选择，对不同的材料而言，入射角既会影响刻蚀速率又会影响刻蚀轮廓的控制，因而存在一个最优的入射角。对于刻蚀工艺而言，希望离子束入射角可根据刻蚀材料的不同而改变，但与此同时又希望保持刻蚀的均匀性，也就是说保持刻蚀距离不变，从而达到最优的刻蚀效果。
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，提供一种离子束入射角度可调而刻蚀距离不变，使不同材料均能达到最优的刻蚀效果的离子束刻蚀设备。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种离子束刻蚀设备，包括真空腔室，所述真空腔室内设有离子源和工件台，所述真空腔室内还设有旋转轴，所述旋转轴和所述工件台均竖直布置，所述离子源和所述工件台相对布置，旋转轴上安装有驱动工件台沿与离子源的离子束垂直的方向水平往复运动的扫描机构，所述离子束入射至所述扫描机构的位置与所述旋转轴的轴心线重合。
作为上述技术方案的进一步改进：所述扫描机构包括支板、以及设于支板上的驱动组件和导向组件，所述支板与所述旋转轴固定连接，所述工件台设于所述支板靠近所述离子源一侧，所述驱动组件与所述旋转轴上下相对布置，所述驱动组件和所述导向组件均与所述工件台相连。
作为上述技术方案的进一步改进：所述驱动组件包括驱动电机、磁流体密封轴、主动链轮、从动链轮及传动链条，所述驱动电机设于所述真空腔室外并通过所述磁流体密封轴与所述主动链轮连接，所述从动链轮为两个并安装于所述支板上，两个从动链轮布置于主动链轮的两侧，所述传动链条绕设于所述主动链轮和所述从动链轮上，所述工件条与所述传动链条相连。
作为上述技术方案的进一步改进：所述旋转轴的轴心线与所述磁流体密封轴的轴心线重合。
作为上述技术方案的进一步改进：所述导向组件包括一对限位导轨，一对所述限位导轨分布于所述工件台上下两侧，所述工件台上设有两组滚轮，两组所述滚轮一一对应地布置于所述限位导轨内。
作为上述技术方案的进一步改进：所述工件台为水冷结构。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的离子束刻蚀设备，设有沿竖直方向布置的旋转轴，扫描机构和工件台可由旋转轴带动绕轴心旋转，进而实现离子源的离子束入射角度的调整，使不同的材料均可达到最优的刻蚀角度；旋转轴、工件台均竖直布置，离子源与工件台相对，且离子束入射至扫描机构的位置与旋转轴的轴心线重合，这样一来即便入射角度发生变化，但是工件台扫描运动过程中离子束入射至工件台的距离始终保持不变，也即刻蚀距离不变，可保证刻蚀的均匀性；同时，由于工件台竖直布置、离子源与工件台相对布置，相较于常规的工件台水平布置结构，刻蚀过程中产生的碎屑等杂质不会掉落至工件、离子源上，减少了工件污染、离子源短路等故障。
附图说明
图1是本发明离子束刻蚀设备的原理示意图。
图2是离子束刻蚀设备的内部结构示意图。
图中各标号表示：
1、真空腔室；2、离子源；3、工件台；4、旋转轴；5、扫描机构；51、支板；52、驱动组件；521、驱动电机；522、磁流体密封轴；523、主动链轮；524、从动链轮；525、传动链条；53、导向组件；531、限位导轨；6、离子束。
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2示出了本发明的一种实施例，本实施例的离子束刻蚀设备，包括真空腔室1，真空腔室1内设有离子源2、工件台3及旋转轴4，旋转轴4和工件台3均竖直布置，离子源2和工件台3相对布置(也即离子源2发出的离子束6射入工件台3用来装夹工件的一面，附图中为右侧面)，旋转轴4上安装有驱动工件台3沿与离子源2的离子束6垂直的方向水平往复运动的扫描机构5(图1中与Y轴平行的方向，因与离子束6垂直的方向有Y轴和Z轴两个方向，限定为水平运动后可确定为与Y轴平行的方向)，离子束6入射至扫描机构5的位置与旋转轴4的轴心线重合。
本发明的离子束刻蚀设备，设有沿竖直方向布置的旋转轴4，扫描机构5和工件台3可由旋转轴4带动绕轴心旋转，进而实现离子源2的离子束6入射角度的调整，使不同的材料均可达到最优的刻蚀角度；旋转轴4、工件台3均竖直布置，离子源2与工件台3相对，且离子束6入射至扫描机构5的位置与旋转轴4的轴心线重合，这样一来即便入射角度发生变化，但是工件台3扫描运动过程中离子束6入射至工件台3的距离始终保持不变，也即刻蚀距离不变，可保证刻蚀的均匀性；同时，由于工件台3竖直布置、离子源2与工件台3相对布置，相较于常规的工件台3水平布置结构，刻蚀过程中产生的碎屑等杂质不会掉落至工件(图中未示出)、离子源2上，减少了工件污染、离子源2短路等故障。其中旋转轴4的旋转可手动或电机驱动。
作为进一步优选的技术方案，扫描机构5包括支板51、以及设于支板51上的驱动组件52和导向组件53，支板51与旋转轴4固定连接，工件台3设于支板51靠近离子源2一侧，驱动组件52与旋转轴4上下相对布置，导向组件53、驱动组件52均与工件台3相连。旋转轴4通过支板51带动驱动组件52、导向组件53及工件台3整体旋转，调整入射角度；驱动组件52带动工件台3沿Y轴方向往复移动实现扫描，使离子束6可覆盖整个工件；导向组件53对工件台3的扫描运动进行导向，保证工件台3运行平稳、顺畅。本实施例中，驱动组件52布置于支板51的上侧，旋转轴4设于下侧，磁流体密封轴522设于上侧，在其他实施例中也可进行调换。
更进一步地，本实施例中，驱动组件52包括驱动电机521、磁流体密封轴522、主动链轮523、从动链轮524及传动链条525，驱动电机521设于真空腔室1外并通过磁流体密封轴522与设于真空腔室1内的主动链轮523连接，从动链轮524为两个并安装于支板51上，两个从动链轮524布置于主动链轮523的两侧，传动链条525绕设于主动链轮523和从动链轮524上，工件台3与传动链条525相连。工件台3扫描运动的原理为；驱动电机521通过磁流体密封轴522带动主动链轮523旋转，主动链轮523带动从动链轮524及传动链条525运动，传动链条525带动工件台3移动，通过改变驱动电机521的旋转方向，即可实现往复移动。该驱动组件52相比常规的链轮传动，由于从动链轮524为两个并分布在主动链轮523两侧，平衡性、稳定性更好，也有利于保持扫描机构5整体的动态平衡，且扫描运动的扫描运动与旋转轴4的旋转运动互不干涉。
更进一步地，旋转轴4的轴心线与磁流体密封轴522的轴心线重合，也即旋转轴4和磁流体密封轴522上下相对布置，有利于保持设备的动态平衡。
作为进一步优选的技术方案，本实施例中，导向组件53包括一对限位导轨531，一对限位导轨531分布于工件台3上下两侧，工件台3上设有两组滚轮(图示角度中滚轮被工件台3所遮挡，故未标注)，两组滚轮一一对应地布置于限位导轨53内。工作时，工件台3带着滚轮沿限位导轨531运动，保证工件台3运动平稳、顺畅。
作为进一步优选的技术方案，本实施例中，工件台3为水冷结构。利用水冷结构带走刻蚀过程中产生的大量热量，避免工件温度过高。
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 (2)

1.一种离子束刻蚀设备，包括真空腔室(1)，所述真空腔室(1)内设有离子源(2)和工件台(3)，其特征在于：所述真空腔室(1)内还设有旋转轴(4)，所述旋转轴(4)和所述工件台(3)均竖直布置，所述离子源(2)和所述工件台(3)相对布置，旋转轴(4)上安装有驱动工件台(3)沿与离子源(2)的离子束(6)垂直的方向水平往复运动的扫描机构(5)，所述离子束(6)入射至所述扫描机构(5)的位置与所述旋转轴(4)的轴心线重合，所述扫描机构(5)包括支板(51)、以及设于支板(51)上的驱动组件(52)和导向组件(53)，所述支板(51)与所述旋转轴(4)固定连接，所述工件台(3)设于所述支板(51)靠近所述离子源(2)一侧，所述驱动组件(52)与所述旋转轴(4)上下相对布置，所述驱动组件(52)和所述导向组件(53)均与所述工件台(3)相连，所述导向组件(53)包括一对限位导轨(531)，一对所述限位导轨(531)分布于所述工件台(3)上下两侧，所述工件台(3)上设有两组滚轮，两组所述滚轮一一对应地布置于所述限位导轨(531)内，所述驱动组件(52)包括驱动电机(521)、磁流体密封轴(522)、主动链轮(523)、从动链轮(524)及传动链条(525)，所述驱动电机(521)设于所述真空腔室(1)外并通过所述磁流体密封轴(522)与所述主动链轮(523)连接，所述从动链轮(524)为两个并安装于所述支板(51)上，两个从动链轮(524)布置于主动链轮(523)的两侧，所述传动链条(525)绕设于所述主动链轮(523)和所述从动链轮(524)上，所述工件台 (3)与所述传动链条(525)相连，所述旋转轴(4)的轴心线与所述磁流体密封轴(522)的轴心线重合。
2.根据权利要求1所述的离子束刻蚀设备，其特征在于：所述工件台(3)为水冷结构。
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