一种用于离子束刻蚀机的大口径平行束离子源

技术领域

本发明涉及一种用于离子束刻蚀机的大口径平行束离子源，尤其适用于离子束刻蚀设备大尺寸基片的刻蚀应用。

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。

发明内容

本发明旨在提供一种用于离子束刻蚀机的大口径平行束离子源，该离子源可以有效地提高离子束刻蚀设备的刻蚀均匀性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于离子束刻蚀机的大口径平行束离子源，包括安装法兰，装在安装法兰上表面的真空电极，通过支杆装在安装法兰上的磁场部件，装在磁场部件上部的放电室，以及设置在放电室内的阳极和放电灯丝；所述阳极固定在磁场部件顶部并与之绝缘隔离，该磁场部件为放电室提供径向平行磁场；所述磁场部件和放电室外设有包绕的内罩，该外罩顶部装有用于安装中和灯丝的中和灯丝安装座。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

优选地，所述放电室为双层圆筒状结构，且放电室的内径小于磁场部件的磁场区域，从而使磁场区域大于放电室内径，以在放电室内形成均匀的径向平行磁场。

进一步地，所述放电室顶部装有栅网部件。更进一步地，所述栅网部件为两级栅或三级栅，相邻两级栅之间设有绝缘件，每级栅网包括栅网和对应的栅网法兰。

优选地，所述阳极为多个金属环；相邻两个金属环中，一个金属环位于另一个金属环内，且相邻两个金属环之间具有间隙；在多个金属环中，位于外侧的金属环的高度低于位于内侧的金属环。金属环的这种设置改变了离子源放电室内的电场分布，从而提高了放电室内电场的均匀性。进一步地，所述金属环为圆环，且同心布置，所述金属环有3-6个，所述金属环为耐高温且不导磁材料制成的环。

进一步地，所述阳极的位置可沿着放电室轴向调节。

所述放电灯丝呈圆形，并通过绝缘件固定在放电室内侧。

进一步地，所述放电灯丝的位置可沿着放电室轴向调节。

作为一种具体的冷却形式，所述磁场部件和放电室上均设有冷却结构，该冷却结构与进液接头连通。

进一步地，所述磁场部件、放电室、阳极、放电灯丝和内罩同轴心装配为一整体。

藉由上述结构，本发明所述的大口径平行束离子源主要由安装法兰、支杆、放电室、磁场部件、阳极、放电灯丝、栅网部件、中和灯丝、内外罩以及绝缘件组成。

所述安装法兰用于离子源整体在工艺腔室上的安装，法兰上设计有离子源冷却水进液接头、工艺气体进气管道、真空电极，负责离子源的水、电、气的真空引入。法兰的外侧可安装外罩，将离子源水、电、气的引入部分包裹在内。

所述放电室为双层圆筒状，设计有水冷通道。

所述磁场部件安装在放电室底部，磁场区域大于放电室内径，在放电室内形成径向平行磁场。

所述栅网部件安装在放电室顶部，可以为两级栅或三级栅，各级栅均包括栅网及对应的栅网法兰，各级栅网采用绝缘件相对绝缘。

所述阳极位于放电室内为多级环状结构，同心安装在磁场部件上方，与磁场部件绝缘隔离，可沿放电室轴向在一定范围内调节。

所述放电灯丝呈圆形，安装在放电室内侧，通过若干绝缘支点与放电室相对固定，且可以沿放电室轴向在一定范围内调节。

所述内罩通过绝缘件安装在栅网部件上，将栅网部件、磁场部件、放电室包裹在内，内罩顶部设计有中和灯丝安装座，中和灯丝穿过离子束束径空间。

所述磁场部件、放电室、放电灯丝、阳极、栅网部件、内罩根据供电需要在各部件间装配有绝缘件，各部件同心装配成一个整体，通过绝缘件安装在若干支杆上，支杆另一端固定在安装法兰上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明用于离子束刻蚀机的大口径平行束离子源放电室内磁场全部为径向平行磁场，可通过调节阳极与放电灯丝的位置提高放电室内电场的均匀性，从而提高放电室内工艺气体放电的均匀性，达到提高离子源引出离子束的均匀性的要求。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图；

图2是图1的纵剖视图。

在图中

1-安装法兰；   2-支杆；   3-磁场部件；  4-放电室； 5-内罩；    6-中和灯丝；7-栅网部件； 8-放电灯丝；  9-阳极；10-绝缘件；   11-外罩；    21-进气管道；   22-真空电极； 23-进液接头。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施例。需要说明的是附图序号只表示本实施例的主要零部件，其它没有一一列出。

一种用于离子束刻蚀机的大口径平行束离子源，如图1所示，主要由安装法兰1、支杆2、磁场部件3、放电室4、内罩5、中和灯丝6、栅网部件7 、放电灯丝8、阳极9、绝缘件10、外罩11组成。

所述安装法兰1用于离子源整体在工艺腔室上的安装，法兰上设计有离子源冷却水进液接头23、工艺气体进气管道21、真空电极23，负责离子源的水、电、气的真空引入。法兰的外侧可安装外罩11，将离子源水、电、气的引入部分包裹在内。

所述放电室4为双层圆筒状，设计有水冷通道。

所述磁场部件3安装在放电室4底部，磁场区域大于放电室内径，在放电室4内形成径向平行磁场。

所述栅网部件7安装在放电室4顶部，可以为两级栅或三级栅，各级栅均包括栅网及对应的栅网法兰，各级栅网采用绝缘件10相对绝缘。

所述阳极9位于放电室4内，为多级环状结构，同心安装在磁场部件3上方，与磁场部件3绝缘隔离，可沿放电室4轴向在一定范围内调节。

所述放电灯丝8呈圆形，安装在放电室4内侧，通过若干绝缘支点与放电室4相对固定，且可以沿放电室4轴向在一定范围内调节。

所述内罩5通过绝缘件10安装在栅网部件7上，将栅网部件7、磁场部件3、放电室4包裹在内，内罩5顶部设计有中和灯丝6安装座，中和灯丝6穿过离子束束径空间。

所述磁场部件3、放电室4、放电灯丝8、阳极9、栅网部件7、内罩5根据供电需要在各部件间装配有绝缘件10，各部件同心装配成一个整体，通过绝缘件10安装在若干支杆2上，支杆2另一端固定在安装法兰1上。

离子源工作时，通入工艺气体氩气，放电室4及磁场部件3通入冷却水，放电灯丝8、阳极9分别接通放电电源和阳极电源，中和灯丝6接通中和电源，栅网部件7接通屏栅电源和抑制电源，三级栅网结构时还要接通减速电源。磁场部件3会在放电室4内产生径向平行磁场，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4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4内做螺旋运动，增大氩气的电离，而Ar+离子则在栅网部件7的引导下加速通过栅网，引出离子源，形成离子束流。本发明大口径平行束离子源放电灯丝8和阳极9可沿放电室4轴向在一定范围内调节，可改变放电室4内的电场分布，提高放电室4内的电离均匀性，从而提高离子源引出的离子束均匀性，提高离子源性能。

本发明用于离子束刻蚀机的大口径平行束离子源放电室内磁场全部为径向平行磁场，可通过调节阳极与放电灯丝的位置提高放电室内电场的均匀性，从而提高放电室内工艺气体放电的均匀性，达到提高离子源引出离子束的均匀性要求。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。