一種寬束流的條形離子源的制作方法

本發明主要涉及一種用于離子束刻蝕機的離子源裝置，特指一種適用于離子束刻蝕設備大尺寸基片的刻蝕應用的條形離子源。

背景技術：

離子束刻蝕是利用低能量平行Ar⁺離子束對基片表面進行轟擊，將基片表面未覆蓋掩膜的部分濺射出，從而達到選擇刻蝕的目的。離子束刻蝕是純物理刻蝕過程，在各種常規刻蝕方法中具有分辨率最高、陡直性最好的特點，并且可以對絕大部分材料進行刻蝕，例如：金屬、合金、氧化物、化合物、混合材料、半導體、絕緣體、超導體等材料。

常規離子束刻蝕機采用圓形離子源，但隨著刻蝕基片尺寸的增大，圓形離子源部件的加工難度顯著增大，大尺寸柵網也變形嚴重，造成束流均勻性呈下降趨勢。

有從業者提出了“寬束流條形離子源”，但現有的寬束流條形離子源仍然存在一些不足：

1、由于部件的體積和重量均較大，加之傳統安裝方式的局限，對于前期的安裝調試，后期的維護保養造成一些困難，尤其是對于燈絲這種具有一定壽命的損耗件的更換和維修，十分繁瑣。

2、傳統的燈絲組件由一組（5條以上）等長的燈絲組成，各燈絲之間無法獨立控制調節，從而造成離子源的束流均勻性無法保證，大大減小了其適應范圍，尤其是在特定環境下的應用。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種結構更加合理、能夠大大降低維護保養難度的寬束流的條形離子源。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種寬束流的條形離子源，包括安裝法蘭、放電室、磁場部件、陽極、放電燈絲以及柵網部件，所述放電室固定在安裝法蘭上，所述放電室包括上法蘭、下法蘭和中間矩形腔體，所述磁場部件安裝在放電室的四周，所述陽極安裝在放電室的下法蘭上，所述磁場部件為放電室提供豎直方向平行對稱磁場，所述放電燈絲包括三段燈絲，并通過燈絲夾和真空電極固定在放電室的垂直中心面上，與燈絲安裝法蘭連接。

作為本發明的進一步改進：所述放電燈絲中的三段燈絲中，位于中間的燈絲比位于兩端的燈絲長。

作為本發明的進一步改進：所述安裝法蘭上設置有真空電極、工藝進氣接頭和冷卻水接頭，用于離子源的水、電、氣的真空引入。

作為本發明的進一步改進：所述放電室為矩形環狀結構，通過絕緣墊固定在安裝法蘭上。

作為本發明的進一步改進：所述安裝法蘭的外側安裝有外罩，用于將離子源水、電、氣的引入部分包裹在內。

作為本發明的進一步改進：所述下法蘭處設置有水冷結構，所述水冷結構與冷卻水接頭連通。

作為本發明的進一步改進：所述柵網部件為三級柵，每級柵網包括柵網和對應的柵網法蘭，各柵網法蘭獨立安裝且彼此絕緣；各級柵網上設置有有束流引出孔，各級柵網對應孔對齊。

作為本發明的進一步改進：所述磁場部件11包括永磁體、導磁桿以及連接件，所述永磁體和導磁桿通過連接件相互配合連接，形成整體。

作為本發明的進一步改進：所述磁場部件、放電室、放電燈絲、陽極、柵網部件之間裝配有絕緣部件，通過若干連桿進行連接固定，各部件裝配為一整體。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

本發明的寬束流的條形離子源，通過控制離子源長度方向的束流均勻性，以及基片垂直于離子源長度方向的掃描運動，從而實現大尺寸基片的均勻刻蝕。同時，本發明對于安裝結構做了進一步優化和設計，一來通過大大減少燈絲的段數和不等長設計，使其可獨立調節各組燈絲放電電流，從而調節離子源長度方向的束流均勻性，提高離子源性能；二來，燈絲通過真空電極和燈絲夾直接固定在燈絲安裝法蘭上，通過外部拆取燈絲安裝法蘭即可實現放電燈絲的便捷更換，此燈絲安裝方式為后期燈絲更換帶來了極大地便利。

附圖說明

圖1是本發明條形離子源的立體結構示意圖。

圖2是本發明的局部剖視結構原理示意圖。

圖3是本發明另一個視角的局部剖視結構原理示意圖。

圖4是本發明在具體應用實例中條形離子源放電室的結構原理示意圖。

圖5是本發明在具體應用實例中條形離子源磁場部件的原理示意圖。

圖例說明：

1、安裝法蘭；2、絕緣墊；3、放電室； 4、燈絲安裝法蘭；5、真空電極；6、放電燈絲；7、絕緣件；9、柵網部件；10、陽極；11、磁場部件；13、下法蘭；14、上法蘭；15、工藝進氣接頭；16、冷卻水接頭；18、外罩；20、燈絲夾；21、永磁體；22、導磁桿；23、連接件。

具體實施方式

以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。

如圖1～圖5所示，本發明的寬束流的條形離子源，包括安裝法蘭1、放電室3、磁場部件11、陽極10、放電燈絲6、柵網部件9以及絕緣件7。安裝法蘭1用于離子源整體在工藝腔室上的安裝，安裝法蘭1上設置有真空電極5、工藝進氣接頭15和冷卻水接頭16，負責離子源的水、電、氣的真空引入。放電室3為矩形環狀結構，通過絕緣墊2固定在安裝法蘭1上。放電室3包括上法蘭14、下法蘭13和中間矩形腔體，磁場部件11安裝在放電室3的四周，呈對稱分布，為放電室3提豎直方向平行對稱磁場。陽極10為矩形環狀，利用絕緣件7安裝在放電室3的下法蘭13上，并與之絕緣隔離。放電燈絲6由三段燈絲組成，并通過燈絲夾20和真空電極5固定在放電室3的垂直中心面上，與燈絲安裝法蘭4連接，各段燈絲可獨立調節放電電流。在具體應用實例中，三段燈絲中采用中間長、兩端短的不等長設計。這樣，一來通過大大減少燈絲的段數和不等長設計，使其可獨立調節各組燈絲放電電流，從而調節離子源長度方向的束流均勻性，提高離子源性能；二來，燈絲通過真空電極5和燈絲夾20直接固定在燈絲安裝法蘭4上，通過外部拆取燈絲安裝法蘭4即可實現放電燈絲6的便捷更換，此燈絲安裝方式為后期燈絲更換帶來了極大地便利。

本實施例中，安裝法蘭1的外側進一步根據實際需要可安裝外罩18，將離子源水、電、氣的引入部分包裹在內。

本實施例中，下法蘭13處設置有水冷結構，該水冷結構與冷卻水接頭16連通。

本實施例中，柵網部件9為三級柵，每級柵網包括柵網和對應的柵網法蘭，各柵網法蘭獨立安裝且彼此絕緣。各級柵網上設計有束流引出孔，各級柵網對應孔對齊。

參見圖5，本實施例中，磁場部件11包括永磁體21、導磁桿22以及連接件23，永磁體21和導磁桿22通過連接件23相互配合連接，形成整體。

本實施例中，磁場部件11、放電室3、放電燈絲6、陽極10、柵網部件9、外罩18根據供電需要在各部件間裝配有絕緣部件，通過若干連桿進行連接固定，各部件裝配為一整體。

離子源工作時，通入工藝氣體氬氣，放電室3的下法蘭13通入冷卻水，放電燈絲6、陽極10分別接通放電電源和陽極電源，柵網部件9接通屏柵電源、抑制電源及減速電源。磁場部件11會在放電室3內產生平行于矩形腔體19高度方向的平行磁場。當供電正常后，放電燈絲6會發射一次電子，一次電子在放電室3內受磁場和電場的作用沿磁力線做往復螺旋運動，在運動過程中與工藝氣體氬原子碰撞，使氬原子電離，產生Ar⁺離子和二次電子；二次電子在電磁場作用下與一次電子一樣在放電室3內做螺旋運動，增大氬氣的電離，而Ar⁺離子則在柵網部件9的引導下加速通過柵網，引出離子源，形成離子束流。

以上僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，應視為本發明的保護范圍。