CN109755085B - 一种便于维护和调节的射频离子源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了便于维护和调节的射频离子源装置，该装置中外壳的前盖和后座采用可拆分的连接方式与外壳主体固定；栅极组件与放电室配合安装后，固定于外壳的前盖；离子源供气单元固定于外壳的后座，离子源供气单元的气路接头伸入放电室上开设的供气孔，对放电室供气；线圈通过可调线圈支架组件缠绕于放电室外壁，可调线圈支架组件固定于外壳的后座，且高度可调；线圈端部通过穿壳绝缘组件穿出外壳；可调线圈支架组件与线圈接触的部分采用绝缘材料。本发明线圈位置可调，方便找到不同规格线圈与放电室的最佳匹配位置，而且射频离子源进气部分容易拆卸，方便实现对栅极组件等耗材的维护清洗更换。

Description

一种便于维护和调节的射频离子源装置

技术领域

本发明涉及离子源技术领域，尤其涉及一种便于维护和调节的射频离子源装置。

背景技术

离子源是电离原子或分子的设备，广泛应用与离子推力器、离子束刻蚀及辅助镀膜机、质谱仪等，现有射频离子源进气往往采取焊接密封方式，不易拆卸清洗维护栅极等耗材，同时目前线圈构型与放电室的匹配机理研究不是十分完善，设计一种可调节线圈位置的离子源可以节约成本，迭代优化找到不同规格线圈与放电室的最佳匹配位置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种便于维护和调节的射频离子源装置，其线圈位置可调，方便找到不同规格线圈与放电室的最佳匹配位置，而且射频离子源进气部分容易拆卸，方便实现对栅极组件等耗材的维护清洗更换。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种便于维护和调节的射频离子源装置，包括：外壳、栅极组件、放电室、离子源进气单元、可调线圈支架组件和线圈；

所述外壳的前盖和后座采用可拆分的连接方式与外壳主体固定；

栅极组件与放电室配合安装后，固定于外壳的前盖；离子源供气单元固定于外壳的后座，离子源供气单元的气路接头伸入放电室上开设的供气孔，对放电室供气；

线圈通过可调线圈支架组件缠绕于放电室外壁，可调线圈支架组件固定于外壳的后座，且高度可调；线圈端部通过穿壳绝缘组件穿出外壳；可调线圈支架组件与线圈接触的部分采用绝缘材料。

优选地，所述离子源供气单元包括气路绝缘器、气路接头、上安装法兰和下安装法兰；气路绝缘器和气路接头通过上安装法兰和下安装法兰固定连接后，气路绝缘器固定于外壳的后座，气路接头伸入放电室上开设的供气孔。

优选地，放电室的供气孔处设置卡槽配合安装保护机构，该卡槽配合安装保护机构由穿孔卡槽、平垫圈和挡圈组成；穿孔卡槽设置在供气孔内，穿孔卡槽一端加工有直径大于所述供气孔的外沿，另一端套入平垫圈和挡圈，并通过所述外沿与挡圈的配合，实现穿孔卡槽在所述供气孔处的定位。

优选地，所述穿壳绝缘组件由压板和2个穿壳绝缘陶瓷组成；穿壳绝缘陶瓷上端穿过压板通孔，下端穿过后座上通孔，通过压板安装在后座上；线圈端部通过穿壳绝缘陶瓷提供的通道伸出外壳；穿壳绝缘陶瓷是由2个对半切开的部分对合组成，对线圈进行夹紧固定。

优选地，所述可调线圈支架组件由线圈安装架和可调高度的支撑组件组成；线圈安装架上开设有用于穿过线圈的安装孔，线圈安装架通过支撑组件固定于后座；线圈安装架采用绝缘材料。

优选地，所述支撑组件由支撑架和支撑板组成；支撑架为L型机构，一直角边固定于后座，另一直角边上开有U型槽；支撑板上开设有多个可供选择的定位孔；线圈安装架与支撑板之间，以及支撑板与支撑架之间均通过螺栓固定；通过调整支撑板上定位孔与支撑架U型槽的螺栓连接配合位置，实现线圈能量与放电室不同位置的耦合。

优选地，线圈安装架由两个部分对合而成，这两个部分均开设有半圆结构安装孔，对合后形成圆形结构安装孔，用于穿过线圈。

优选地，所述栅极组件与放电室配合安装的方式为：放电室外壁固定有放电室安装环，栅极组件中的栅极组件安装环与放电室安装环通过螺栓连接，连接后形成的结构进一步通过栅极组件安装环上提供的安装孔与前盖螺栓连接。

优选地，所述外壳包括前盖、圆筒形外壁和后座，三者通过螺栓连接。

优选地，所述放电室、穿壳绝缘组件的材料为氧化铝陶瓷。

有益效果：

(1)本发明的离子源供气单元通过可以拆卸的方式与放电室配合，从而便于实现对射频离子源进气部分的维护与清洗更换；本发明提供了一个高度可调的线圈支架组件，通过调节高度，实现线圈位置调节，从而实现线圈能量与放电室不同位置的耦合，便于找到不同规格线圈与放电室的最佳匹配位置。

(2)气路接头通过卡槽配合安装保护机构与放电室底部的小孔配合连接供气，可以稳定气路接头位置，保护放电室。

(3)可调线圈支架组件采用线圈安装架、支撑架和支撑板的组成结构，便于开孔加工、调节和维护。

(4)可调线圈支架组件中的线圈安装架采用两个部分对合的结构，便于线圈的安装和拆卸，

(5)栅极组件通过螺栓与放电室和外壳固定，这样，栅极、放电室与前盖之间均可以拆卸，便于实现栅极的维修和更换。

(6)穿壳绝缘组件用于实现线圈与外壳的绝缘，而且本发明所提供的结构具有容易更换的效果。

附图说明

图1(a)为离子源的整体示意图。

图1(b)为圆筒形外壁示意图。

图2为离子源去圆筒形外壁后的示意图。

图3为可调线圈支架组件的示意图。

图4为放电室的安装示意图。

图5为栅极组件的安装示意图。

图6为离子源供气单元的示意图。

图7为穿壳绝缘组件的示意图。

其中：1-栅极组件、1-1-加速栅、1-2-屏栅、1-3-栅极绝缘支撑、2-外壳的前盖、3-线圈安装架、4-穿壳绝缘组件、4-1-压板、4-2-穿壳绝缘陶瓷、5-外壳的后座、6-气路绝缘器、7-支撑架、8-支撑板、9-放电室、9-1-供气孔、10-线圈、11-栅极组件安装环、11-1栅极安装孔、11-2放电室安装孔、11-3前盖安装孔、12-放电室安装环、13-平垫圈、14-挡圈、15-穿孔卡槽、16-气路接头、17-上安装法兰、18-下安装法兰、19-外壳的圆筒形外壁。

具体实施方式

本发明提供了一种便于维护和调节的射频离子源装置，其基本思想是：离子源供气单元通过可以拆卸的方式与放电室配合，从而实现对射频离子源进气部分的维护与清洗更换；提供一个高度可调的线圈支架组件，通过调节高度，实现线圈位置调节，从而实现线圈能量与放电室不同位置的耦合，便于找到不同规格线圈与放电室的最佳匹配位置。

下面结合附图对本发明的优选实施方式进行详细描述。

图1(a)、图1(b)和图2所示，本发明便于维护和调节的射频离子源装置包括外壳、栅极组件1、放电室9、离子源进气单元、可调线圈支架组件和线圈10。

外壳的前盖2和后座5采用可拆分的连接方式与外壳主体固定，从而实现与前盖2和后座5分别相连部件的可拆解。如图1(a)、图1(b)和图2所示，本实施例中，外壳包括三个部分，分别是前盖2、圆筒形外壁19和后座5。如图1(b)所示，圆筒形外壁19上端加工有内沿，下端加工有外沿，通过螺栓与圆筒形外壁连接。

栅极组件、放电室、离子源进气单元、可调线圈支架组件和线圈均设置在外壳中。栅极组件与放电室配合安装后，固定于外壳的前盖；离子源供气单元固定于外壳的后座，离子源供气单元的气路接头伸入放电室上开设的供气孔，对放电室供气。可见，气路接头并没有与放电室固定，当前盖与后座分离时，气路接头将脱离放电室，从而便于实现气路接头的维修和更换。具体来说：

本实施例中，栅极组件与放电室二者的配合安装采用安装环实现。此处的安装环是指栅极组件安装环11和放电室安装环12。参见图4，栅极组件安装环11为一环状结构，环内具有下陷的凹台，放电室外边沿嵌入该凹台后配合。栅极组件安装环11的环上开设有栅极安装孔11-1(较大的孔)和放电室安装孔11-2(较小的孔)，台阶上开设有前盖安装孔11-3。栅极组件通过栅极安装孔11-1与栅极组件安装环11螺栓连接。如图5所示，栅极组件1由加速栅1-1、屏栅1-2、栅极绝缘支撑1-3组成，加速栅1-1、屏栅1-2叠装后通过栅极绝缘支撑1-3上螺栓固定安装在栅极组件安装环11上。

仍参见图4，放电室安装环12套于放电室外壁，放电室安装环12内圈大于放电室外壁，利用放电室安装环和栅极组件安装环把放电室外边沿限制位置卡住，栅极组件安装环11与放电室安装环12通过螺栓连接，完成栅极组件与放电室的配合安装。栅极组件安装环11进一步通过前盖安装孔11-3与前盖2螺栓连接，形成如图2所示结构的上半部分。这样，栅极、放电室与前盖之间均可以拆卸，便于实现栅极的维修和更换。而且考虑到放电室一般选用陶瓷或者石英等机械加工性能较差的绝缘材料，为了降低加工成本，提高放电室强度采用这种夹心定位式的设计。

参见图6，离子源供气单元从下到上依次包括气路绝缘器6、下安装法兰18、上安装法兰17和气路接头16，并依次固连，气路绝缘器6、气路接头16均为具有供气通道的接头，下安装法兰18、上安装法兰17将气路绝缘器6、气路接头16的接头连接密封起来。且下安装法兰18、上安装法兰17中也是中空的，从而提供供气通道，实现对放电室的供气。这种设计也是为了便于拆卸。四者固连后形成一个整体，该整体通过气路绝缘器6固定于外壳的后座5，形成如图2所示结构的下半部分。放电室9未连接栅极组件1的一侧开有供气孔9-1，气路接头16伸入该供气孔9-1，对放电室供气。气路接头16在放电室的伸入端开有6个出气孔，从而保证供气的均匀性。

为了稳定气路接头位置，保护放电室，本发明进一步在放电室的供气孔9-1处设置卡槽配合安装保护机构。如图6和图4所示，该卡槽配合安装保护机构由穿孔卡槽15、平垫圈13和C型挡圈14组成。穿孔卡槽15为一圆筒结构，设置在供气孔9-1内，穿孔卡槽15一端加工有直径大于供气孔9-1的大外沿，另一端加工有直径小于供气孔9-1的小外沿。平垫圈13和挡圈14从小外沿一端套进穿孔卡槽15。挡圈14具有一定的弹力，通过大外沿与挡圈14的配合，实现穿孔卡槽15在所述供气孔9-1处的定位。

线圈10通过可调线圈支架组件缠绕于放电室外壁，可调线圈支架组件固定于外壳的后座，且高度可调；线圈端部通过穿壳绝缘组件4穿出所述外壳。可调线圈支架组件与线圈接触的部分采用绝缘材料，且穿壳绝缘组件采用绝缘材料。二者都可以采用氧化铝陶瓷。

参见图3，可调线圈支架组件由线圈安装架3、支撑架7和支撑板8组成，支撑架7和支撑板8组成了可调高度的支撑组件。线圈安装架3采用诸如氧化铝陶瓷的绝缘材料，支撑架7和支撑板8可以采用金属材料，利于加工开孔。

线圈安装架3上开设有用于穿过线圈的安装孔。支撑架7为L型机构，一直角边固定于后座5，另一直角边上开有U型槽；支撑板8上开设有多个可供选择的定位孔；线圈安装架3与支撑板8之间，以及支撑板8与支撑架7之间均通过螺栓固定；通过调整支撑板8上定位孔与支撑架7U型槽的螺栓连接配合位置，实现线圈能量与放电室不同位置的耦合。本实施例中，支撑架7和支撑板采用分开设计的方案，便于调节和加工。在实际中，还可以直接在线圈安装架3上开设多个可选择的安装孔，但是陶瓷开孔不够方便，可能会限制可选位置的密集度。

本实施例中，线圈安装架3由两个部分对合而成，这两个部分均开设有半圆结构安装孔，对合后形成圆形结构安装孔，用于穿过线圈。这种设计便于线圈的安装和拆卸。

参见图7，穿壳绝缘组件4由2个穿壳绝缘陶瓷4-2和压板4-1组成。穿壳绝缘陶瓷4-2上端穿过压板4-1通孔，下端穿过后座5上通孔，压板4-1与后座进行螺栓连接，从而通过压板4-1将穿壳绝缘陶瓷4-2安装在后座5上。线圈10缠绕于放电室外壁之后，线圈端部穿过穿壳绝缘陶瓷4-2提供的通孔，伸出放电室之外，由于穿壳绝缘陶瓷为绝缘材料，从而实现了线圈10与外壳的绝缘，同时容易更换。穿壳绝缘陶瓷4-2外壁上设计有定位边沿，用于固定其在后座5中的位置，避免其沿自身轴向移动。优选地，穿壳绝缘陶瓷4-2是由2个对半切开的部分对合组成，其用于穿线圈的通孔略小于线圈直径，加入压板后，能够实现线圈的夹紧固定。

使用该便于维护和调节的射频离子源装置时，先开启配套中和器，将栅极组件中各栅极连接的电源开启，将气体工质通过气路绝缘器通入放电室，将网络匹配器输出端与线圈连接，开启射频电源和网络匹配器，通入放电室的气体被螺旋缠绕于放电室外壁上的射频线圈电离并通过栅极引出束流，通过仪表参数显示该射频离子源放电供气安全、稳定可靠，迭代试验时可调整线圈位置寻找束流控制和能量耦合的最优值，达到了设计要求。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种便于维护和调节的射频离子源装置，其特征在于，包括：外壳、栅极组件(1)、放电室(9)、离子源进气单元、可调线圈支架组件和线圈(10)；

所述外壳的前盖(2)和后座(5)采用可拆分的连接方式与外壳主体固定；

栅极组件(1)与放电室(9)配合安装后，固定于外壳的前盖(2)；离子源供气单元固定于外壳的后座(5)，离子源供气单元的气路接头伸入放电室上开设的供气孔(9-1)，对放电室供气；

线圈(10)通过可调线圈支架组件缠绕于放电室外壁，可调线圈支架组件固定于外壳的后座(5)，且高度可调；线圈端部通过穿壳绝缘组件(4)穿出外壳；可调线圈支架组件与线圈接触的部分采用绝缘材料；

所述离子源供气单元包括气路绝缘器(6)、气路接头(16)、上安装法兰(17)和下安装法兰(18)；气路绝缘器(6)和气路接头(16)通过上安装法兰(17)和下安装法兰(18)固定连接后，气路绝缘器(6)固定于外壳的后座(5)，气路接头(16)伸入放电室上开设的供气孔(9-1)。

2.如权利要求1所述的射频离子源装置，其特征在于，放电室(9)的供气孔(9-1)处设置卡槽配合安装保护机构，该卡槽配合安装保护机构由穿孔卡槽(15)、平垫圈(13)和挡圈(14)组成；穿孔卡槽(15)设置在供气孔(9-1)内，穿孔卡槽(15)一端加工有直径大于所述供气孔(9-1)的外沿，另一端套入平垫圈(13)和挡圈(14)，并通过所述外沿与挡圈(14)的配合，实现穿孔卡槽(15)在所述供气孔(9-1)处的定位。

3.如权利要求1所述的射频离子源装置，其特征在于，所述穿壳绝缘组件(4)由压板(4-1)和2个穿壳绝缘陶瓷(4-2)组成；穿壳绝缘陶瓷(4-2)上端穿过压板(4-1)通孔，下端穿过后座(5)上通孔，通过压板(4-1)安装在后座(5)上；线圈端部通过穿壳绝缘陶瓷(4-2)提供的通道伸出外壳；穿壳绝缘陶瓷(4-2)是由2个对半切开的部分对合组成，对线圈进行夹紧固定。

4.如权利要求1所述的射频离子源装置，其特征在于，所述可调线圈支架组件由线圈安装架(3)和可调高度的支撑组件组成；线圈安装架(3)上开设有用于穿过线圈的安装孔，线圈安装架(3)通过支撑组件固定于后座(5)；线圈安装架(3)采用绝缘材料。

5.如权利要求4所述的射频离子源装置，其特征在于，所述支撑组件由支撑架(7)和支撑板(8)组成；支撑架(7)为L型机构，一直角边固定于后座(5)，另一直角边上开有U型槽；支撑板(8)上开设有多个可供选择的定位孔；线圈安装架(3)与支撑板(8)之间，以及支撑板(8)与支撑架(7)之间均通过螺栓固定；通过调整支撑板(8)上定位孔与支撑架(7)U型槽的螺栓连接配合位置，实现线圈能量与放电室不同位置的耦合。

6.如权利要求4或5所述的射频离子源装置，其特征在于，线圈安装架(3)由两个部分对合而成，这两个部分均开设有半圆结构安装孔，对合后形成圆形结构安装孔，用于穿过线圈。

7.如权利要求1所述的射频离子源装置，其特征在于，所述栅极组件(1)与放电室(9)配合安装的方式为：放电室(9)外壁固定有放电室安装环(12)，栅极组件中的栅极组件安装环(11)与放电室安装环(12)通过螺栓连接，连接后形成的结构进一步通过栅极组件安装环(11)上提供的安装孔与前盖(2)螺栓连接。

8.如权利要求1所述的射频离子源装置，其特征在于，所述外壳包括前盖(2)、圆筒形外壁(19)和后座(5)，三者通过螺栓连接。

9.如权利要求1所述的射频离子源装置，其特征在于，所述放电室(9)、穿壳绝缘组件(4)的材料为氧化铝陶瓷。

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