CN116347737A - 一种铜-玻璃等离子体电极结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铜‑玻璃等离子体电极结构，设有电极板、等离子体腔室、密封圈、水冷线圈、玻璃、转接头。所述电极板为无氧铜材质，上端面铣出三个直径不一的同心沉槽，直径最小的沉槽一内同心装配玻璃，防止等离子体对电极板的溅射；直径稍大的沉槽二用于与等离子体腔室配合；直径最大的开口沉槽内焊接水冷线圈，为电极板提供热移除。水冷线圈两端焊接转接头，便于连接冷却管路。通过本发明所述结构，将铜导热系数高和玻璃复合系数低的特点有效结合，使该等离子体电极结构既能够提供优异的冷却能力又能够有效降低电极受到等离子体轰击后产生的溅射，提升了引出离子束中目标离子的占比。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体放电装置领域，尤其涉及一种铜-玻璃等离子体电极结构。
背景技术
感性耦合等离子体源(ICP：inductively coupled plasma)在各行各业中得到广泛应用，特别是半导体领域，常使用ICP进行晶圆刻蚀、腔室清洗。半导体制造技术的发展离不开感性耦合等离子体源的身影。
同时，激发等离子体的腔室和等离子体电极不可避免的会受到等离子体的轰击，产生溅射。目前解决方式通常是使用石英、Al2O3材料制作腔室和电极，虽然这两种材料表面复合系数低，不易产生溅射，但他们的热导率也较低，对电极附近的真空密封圈热移除不够，导致稳定运行时间受限。等离子体电极结构如何能同时满足冷却要求和低溅射要求是一个亟待解决的重要问题。
发明内容
为了解决上述等离子体电极在保证冷却能力的同时又能够有效防止严重溅射的问题，本发明提供一种铜-玻璃等离子体电极结构，该结构结合了铜导热系数高和玻璃复合系数低的特点，既能够提供优异的冷却能力又能够有效降低等离子体对电极轰击产生的溅射。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种铜-玻璃等离子体电极结构，所述电极结构包括：电极板、等离子体腔室、密封圈一、密封圈二、水冷线圈、玻璃和转接头；
所述电极板为无氧铜材质，上端面设有三个同心沉槽，所述三个同心沉槽分别为直径依次增大的沉槽一、沉槽二和开口沉槽；
其中，所述沉槽一内同心装配所述玻璃；所述沉槽二用于与所述等离子体腔室配合，且沉槽二内部放置所述密封圈二，所述等离子体腔室位于所述密封圈二上；所述开口沉槽内焊接所述水冷线圈，用于为所述电极板提供热移除。
进一步的，所述沉槽一中心开通孔，用于引出等离子体，且所述玻璃的底面与沉槽一上表面贴合。
进一步的，所述玻璃为筒形，上端面设有一圈包边，材质为石英。该筒形高度较低，因而该玻璃结构类似为具有包边形式的培养皿形状，且其石英材质相较于铜，表面复合系数低，因此能完整的保护沉槽一暴露在等离子体腔内的表面，能有效避免等离子体对电极板的溅射。
进一步的，所述等离子腔室为圆柱筒形结构，材质为石英玻璃或者Al2O3；其底端面与密封圈二接触处设有通过圆弧过渡向外延伸的台阶部分，以增加与密封圈二的密封面积，均匀分散等离子体腔室紧固后产生的下压力，避免玻璃筒应力集中。
进一步的，所述水冷线圈采用紫铜或无氧铜或SUS304材质制作，截面为矩形管，其三面与电极板上的开口沉槽相互接触，相较于传统的圆形管，增大了与电极板的接触面积，提升冷却能力。
进一步的，所述水冷线圈外接两个转接头，转接头一端与水冷线圈配合焊接，另一端接水管；转接头采用SUS304或SUS316或铜材质加工制作，转接头与水冷线圈配合的端面设有矩形槽，另一端为标准卡套式管接头，方便与水管拆装和零件替换。
进一步的，所述冷却线圈内部通入的冷却液为具有绝缘和一定导热能力的液体。
进一步的，所述冷却液为氟化液或去离子水。
进一步的，所述电极结构还包括位于所述电极板下方的腔室结构，所述电极板通过紧固螺钉与所述腔室结构螺纹连接；所述腔室结构内部作为所引出等离子体的工作空间，设有溅射基台或者靶材。
进一步的，所述密封圈一放置在所述腔室结构上表面的密封槽内，电极板和腔室结构螺纹紧固后，挤压密封圈一，从而使电极板和腔室结构之间形成真空密封。
综上所述，本发明的有益效果是：
1、利用了铜导热系数高和玻璃复合系数低的特点，使电极结构具备良好的热移除能力和降低等离子体溅射的功能，提升引出离子束中目标离子的占比；
2、电极结构采用铜和玻璃制作，材料易获取，加工工艺简单，成本低，效率高，适用性高；
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明等离子体电极结构整体示意图。
图2是本发明等离子体电极结构安装示意图。
图中：1、腔室结构；2、电极板；3、紧固螺钉；4、等离子体腔室；5、密封圈一；201、水冷线圈；202、玻璃；203、密封圈二；204、转接头；205、沉槽一；206、沉槽二；207、开口沉槽；
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作以下详细描述：
如图1、2所示，本发明所述一种铜-玻璃等离子体电极结构包括：电极板2、等离子体腔室4、密封圈二203、水冷线圈201、玻璃202、转接头204、沉槽一205、沉槽二206、开口沉槽207；所述电极板2上端面铣有三个直径不一的同心沉槽。直径最小的沉槽一205中心开通孔，用于引出等离子体，并与玻璃202同心装配，且玻璃202的底面与沉槽一205表面贴合。直径稍大的沉槽二206，用于与等离子体腔室4配合，两者之间使用密封圈二203过渡。等离子体腔室4紧固后受到压力会挤压密封圈二203，从而与电极板2形成真空密封。直径最大的开口沉槽207用于放置水冷线圈201，两者同心装配后焊接在一块，水冷线圈201内为循环冷却液，为电极板2提供热移除。水冷线圈201外接两个转接头204，转接头204一端与水冷线圈201配合焊接，另一端接水管。
电极板2上钻有圆周分布的螺丝配合孔，与其下端的腔室结构1通过紧固螺钉3螺纹连接。密封圈一5放置在腔室结构1上表面的密封槽内，电极板2和腔室结构1螺丝紧固后，挤压密封圈一5，从而使电极板2和腔室结构1之间形成真空密封。
所述的电极板2采用无氧铜材质制作，直径为120～200mm，开有6个M6～M8配合通孔，其中，所述沉槽一205中心钻有4～8mm通孔。
所述玻璃202为石英玻璃，整体形状呈包边类培养皿形。玻璃底面直径30～36mm，包边宽度为2～4mm。玻璃内底面中心开有5～9mm通孔，底面厚度为1～1.5mm，环形侧壁厚度为2～3mm。
所述等离子腔室4为圆柱筒形结构，材质为石英玻璃或者Al2O3。内径为34～40mm，壁厚2～4mm。与电极板和密封圈接触的底端面烧制大台阶，并使用圆弧过渡，增加了与密封圈的密封面积，同时在等离子体腔室紧固后能将挤压力均匀分散到电极板表面，避免玻璃筒应力集中。
所述水冷线圈201采用紫铜/无氧铜/SUS304材质制作，截面为8x6mm矩形管，壁厚为1～2mm。采用矩形结构，相较于圆形，增大了与电极板的接触面积，提升冷却能力。
所述冷却液选用氟化液/去离子水等具有绝缘和一定导热能力的液体。
所述转接头204采用SUS304/SUS316/铜材质加工制作，转接头一端面铣出8x6mm，深6～9mm的槽，方便与水冷线圈配合焊接。另一端为卡套式管接头，标准参照GB/T 3733-2008。
所述腔室结构1采用SUS316材质制作，外形呈现圆柱形。内部可根据实际使用需求，放置溅射基台或者靶材。
优选的，所述密封圈一5为氟橡胶材质，放置在腔室结构1的密封槽内，端面与电极板2接触，通过电极板与腔室螺纹紧固挤压后形成密封。
优选的，所述密封圈二203为氟橡胶材质，放置在电极板2的开口沉槽207内，端面与等离子体腔室接触，通过等离子体腔室下压挤压后形成密封。
Claims (10)
1.一种铜-玻璃等离子体电极结构，其特征在于，所述电极结构包括：电极板、等离子体腔室、密封圈一、密封圈二、水冷线圈、玻璃和转接头；
所述电极板为无氧铜材质，上端面设有三个同心沉槽，所述三个同心沉槽分别为直径依次增大的沉槽一、沉槽二和开口沉槽；
其中，所述沉槽一内同心装配所述玻璃；所述沉槽二用于与所述等离子体腔室配合，且沉槽二内部放置所述密封圈二，所述等离子体腔室位于所述密封圈二上；所述开口沉槽内焊接所述水冷线圈，用于为所述电极板提供热移除。
2.根据权利要求1所述的一种铜-玻璃等离子体电极结构，其特征在于，所述沉槽一中心开通孔，用于引出等离子体，且所述玻璃的底面与沉槽一上表面贴合。
3.根据权利要求2所述的一种铜-玻璃等离子体电极结构，其特征在于，所述玻璃为筒形，上端面设有一圈包边，材质为石英。
4.根据权利要求1所述的一种铜-玻璃等离子体电极结构，其特征在于，所述等离子腔室为圆柱筒形结构，材质为石英玻璃或者Al2O3；其底端面与密封圈二接触处设有通过圆弧过渡向外延伸的台阶部分。
5.根据权利要求1所述的一种铜-玻璃等离子体电极结构，其特征在于，所述水冷线圈采用紫铜或无氧铜或SUS304材质制作，截面为矩形管，其三面与电极板上的开口沉槽相互接触。
6.根据权利要求5所述的一种铜-玻璃等离子体电极结构，其特征在于，所述水冷线圈外接两个转接头，转接头一端与水冷线圈配合焊接，另一端接水管；转接头采用SUS304或SUS316或铜材质加工制作，转接头与水冷线圈配合的端面设有矩形槽，另一端为标准卡套式管接头。
7.根据权利要求5所述的一种铜-玻璃等离子体电极结构，其特征在于，所述冷却线圈内部通入的冷却液为具有绝缘和一定导热能力的液体。
8.根据权利要求7所述的一种铜-玻璃等离子体电极结构，其特征在于，所述冷却液为氟化液或去离子水。
9.根据权利要求2所述的一种铜-玻璃等离子体电极结构，其特征在于，所述电极结构还包括位于所述电极板下方的腔室结构，所述电极板通过紧固螺钉与所述腔室结构螺纹连接；所述腔室结构内部作为所引出等离子体的工作空间，设有溅射基台或者靶材。
10.根据权利要求9所述的一种铜-玻璃等离子体电极结构，其特征在于，所述密封圈一放置在所述腔室结构上表面的密封槽内，电极板和腔室结构螺纹紧固后，挤压密封圈一，从而使电极板和腔室结构之间形成真空密封。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117939766A (zh) * | 2024-01-18 | 2024-04-26 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种用于超高功率ecr离子源的直冷式等离子体电极 |
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2023
- 2023-04-13 CN CN202310416719.2A patent/CN116347737A/zh active Pending
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