[发明专利]用于电子回旋共振等离子体源的分布式永磁磁场装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁磁场，特别涉及一种采用环形相间排列的三组梯形Nd-Fe-B磁铁和处于圆心位置的圆形磁铁所形成的平面分布式永磁磁场。

背景技术

电子回旋共振ECR等离子体具有工作气压低、密度高、离化率高、大面积均匀、工艺设备简单、可稳定运行和参数易于控制等优点，可以实现低温高效无污染的表面处理，在IC制造工艺中有着巨大的应用潜力。ECR是指当输入的微波频率ω等于电子回旋频率ω_ce时发生共振，微波能量耦合给电子，获得能量的电子电离中性气体分子产生放电的过程。通过调节磁场，使得在放电室的某一区域达到共振条件，这个区域称为ECR区。ECR磁场是实现高质量ECR等离子体源的关键因素之一。在2.45GHZ微波功率源的系统中，电子回旋共振需要的磁场是0.0875T。

现有ECR磁场有两种基本类型：一是采用电流线圈磁场，二是采用永磁磁场。常见的采用电流线圈磁场的ECR等离子体设备的结构如图1所示。微波101通过波导102馈入反应室，电流线圈103和104产生所需磁场，等离子体在ECR区产生并被输运到衬底105上，残余气体被真空泵106抽走。电流线圈磁场需要多路大功率直流电源，输出电流约30～100A，因此使得电流线圈ECR等离子体设备体积庞大，功耗增加，工艺控制复杂，且成本上升。常见的采用永磁磁场的ECR等离子体设备的结构如图2所示。微波1001通过波导1002馈入反应室，永磁磁铁1003和辅助电流线圈1004提供所需磁场，等离子体在ECR区产生并被输运到衬底1005上，残余气体被真空泵1006抽走。永磁磁场ECR等离子体源具有面积大、结构紧凑、体积小、成本低和易于扩展等优点，但是由于现有计数中大多永磁磁场排列设计计数仅依赖经验，缺乏理论计算基础，导致磁场分布的均匀性较差，并且永磁磁场的强度也偏小，通常需要辅助电流线圈1004提供辅助磁场来增强磁场强度并提高磁场均匀性。这些因素都限制了其在大面积平面加工工艺中的应用。

发明的内容

本发明的目的在于避免上述已有技术的不足，提供一种用于电子回旋共振等离子体源的分布式永磁磁场装置，以降低能耗、减小体积、获得较为均匀的平面分布式永磁磁场，满足等离子体平面加工工艺的要求。

实现本发明目的的技术方案是：利用新型高磁能积块状永磁磁铁通过环形相间排列而形成大面积高强度永磁磁场，利用屏蔽板提供磁铁组合固定的基础，并增强正面磁场强度，屏蔽磁场对外界影响，利用无磁模板对各磁铁单元起固定和限位作用，保证磁场组合的安装固定，在距磁铁表面5cm～7cm处形成平面型ECR区。

整个装置的结构包括磁铁，屏蔽板、无磁模板，磁铁固定在无磁模板上，通过环形相间排列形成大面积高强度永磁磁场，模板下方设有屏蔽板，该屏蔽板通过磁铁的吸力与模板固定为一体。

所述的无磁模板为圆盘形状，圆心处设有圆形固定孔，圆周等间隔分布三圈或者四圈梯形固定孔，每个固定孔与磁铁紧配合。

所述的三圈梯形固定孔在圆盘上由圆心向外分别以角度θ₁、θ₂、θ₃等间隔分布，其中，θ₁＞θ₂＞θ₃。

所述的三圈梯形固定孔在圆盘上由圆心向外分别以半径R₁、R₂、R₃排列，其中R₁＜R₂＜R₃。

所述的四圈梯形固定孔在圆盘上由圆心向外分别以角度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄等间隔分布，其中，θ₁＞θ₂＞θ₃＞θ₄。

所述的四圈梯形固定孔在圆盘上由圆心向外分别以半径R₁、R₂、R₃、R₄排列，其中R₁＜R₂＜R₃＜R₄。

所述的磁铁包括多个梯形磁铁和单个圆形磁铁，分别嵌入在梯形固定孔和圆形固定孔中，磁铁底面与模板底面处于同一平面。

所述的磁铁采用Nd-Fe-B材料，无磁模板采用无磁不锈钢材料，屏蔽板采用铁材料。

本发明具有如下优点：