[发明专利]一种射频离子源

说明书

本发明公开了一种结构紧凑、性能稳定的射频离子源，包括安装座，安装座上设有陶瓷底座，陶瓷底座上设有陶瓷放电腔，离子引束系统安装在陶瓷放电腔中并固定在陶瓷底座上，安装座上设有上安装架，上安装架中在陶瓷放电腔的外部套设有耦合天线线圈，上安装架上在耦合天线线圈上方设有约束磁场，约束磁场套住陶瓷放电腔上部，上安装架上在约束磁场上方设有中和器，安装座下部设有下安装架，安装座下部设有匹配网络，陶瓷放电腔开口处设有栅网，下安装架上设有两个通过线缆分别与耦合天线线圈及匹配网络连接的线缆接头，陶瓷放电腔中设有将等离子气体往外吹送的送气管。

技术领域

本发明涉及一种射频离子源。

背景技术

离子束最早应用领域是微波器件、电子显微镜等分析仪器和电子加速器。经过几十年的发展,现在离子束已成为高能物理、微电子、光电子、冶金、航空航天、医疗仪器、机械等工业不可缺少的加工工艺和设备。随着现代工业的发展,特别是随着大规模集成电路的发展,用于集成电路制作的离子刻蚀设备,用于沉积金属层和金属引线以及介质膜的镀膜机,用于亚微米超大规模集成电路制作工艺中离子束曝光机等都需要一种无污染、清洁的刻蚀离子源。

离子束抛光技术的基本原理是利用离子溅射原理，将宽束低能离子源发出的具有高斯形状的离子束轰击被加工零件表面，轰击过程中，当工件表面原子获得足够的能量可以摆脱表面束缚能时，就会脱离工件表面。去除高点误差，实现面形精度误差收敛。离子束抛光具有非接触式的材料去除方式，避免了加工过程中接触应力的产生，由于去除稳定以及纳米量级的材料去除，使得离子束抛光精度高，广泛应用于超精密光学元件加工过程中。

目前应用于离子束抛光的离子源主要有Kaufman离子源和射频离子源。下面是这两种离子源的特征比较。

表1不同激发方式的离子源比较

射频离子源的主要优点有以下几点：

(1)RF离子源采用磁感应产生等离子体，因此是无极放电，放电室内无灯丝作为阴极，无灯丝因而可在反应气体中长时间工作，大大降低了对离子束带来的污染。

(2)由于射频感应产生的等离子体中只有单电荷离子几乎没有双电荷离子，因此使屏栅溅射引起的污染尤为减小，同时也增加了离子束的均匀性。

(3)由于射频感应的趋肤效应，磁感应产生的周向涡旋电场沿径向非线性按贝塞尔函数增加，使等离子体电子温度沿径向增高。而由于双极扩散效应，等离子体沿壁面复合，使等离子体密度沿径向减小。一般有栅离子源从等离子体鞘层的离子拔出束密径向服从高斯分布，正由于射频离子源拔出的离子体密度沿径向非均匀性，导致可以宽束的均匀性大大增加。因为从等离子体鞘层的离子拔出束密是离子拔出速率与等离子体密度的乘积，相乘的结果是离子拔出速率沿径向较为均匀，可以使宽束的均匀性大大增加。

(4)采用特殊的三栅离子光学系统，既提高了拔出效率，又保证结构的热稳定性及防污染的可靠性。

射频离子源的基本工作原理是气体通过一个专门设计的气体绝缘器进入放电室，13.56MHz的射频功率通过电感耦合进入放电室，产生气体放电。在引出离子过程中，屏栅作为放电室的阳极吸收电子，被引出离子通过地线引到阳极，以满足电荷守恒定律。在放电等离子体边界就会形成等离子体鞘层，离子通过该弯月面鞘层发射离子，经过离子光学的聚焦加速形成离子束。为了对绝缘材料加工必须中和离子束。中和电子中和绝大部分离子，形成均匀近地电位，保证提供带能量的中性离子束来加工材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构紧凑、性能稳定的射频离子源。