[发明专利]一种加工硅基材料的大气感应耦合等离子体发生器

摘要

本发明公开了一种加工硅基材料的大气感应耦合等离子体（ICP）发生器，主要由分体式炬管、炬管安装座、弹簧夹头、单匝线圈、端盖板、喷嘴和底板组成。与现有的用于硅基材料加工的ICP发生器相比，本发明具有以下突出优点：1.提升加工表面质量，采用两个与炬管同轴布置的单匝线圈，设定参数不变的条件下可长时间产生去除函数直径不变的等离子体射流；2.降低成本，分体式炬管的内管和中管采用难以被活性反应粒子刻蚀的材料，降低炬管的替换和维修成本；3.炬管同轴度更高，外管与内管均依靠一体式中管管座段的台阶面进行定位，更利于稳定等离子体；4.实现加工分辨率可调，调整喷嘴内体的结构尺寸，可得到不同去除函数直径。

主权项

一种加工硅基材料的大气感应耦合等离子体发生器，主要由分体式炬管、单匝线圈、端盖板、喷嘴和底板组成，其特征在于：所述分体式炬管由相互独立的外管、一体式中管、内管以及固定装置组成；所述单匝线圈由环形碟片、电流引入座和电流引出座三部分组成；所述喷嘴由喷嘴外体和喷嘴内体两部分组成；所述固定装置包括外管夹套、内管盖板、炬管安装座、弹簧夹头，外管夹套大直径圆柱部分端面设有均布沉头孔，小直径圆柱部分端面设有螺纹孔，一体式中管设有与上述螺纹孔配合的均布通孔，内管盖板端面设有与上述通孔匹配的均布沉头孔，炬管安装座中部设有一斜度为a°圆锥孔，端面有多个均布在外侧和均布在内侧的螺纹孔，均布在外侧的螺纹孔用于和上述外管夹套中的沉头孔配合，依靠多个紧固螺钉可将炬管安装座、外管夹套、一体式中管、内管盖板四部分连为一体，再由炬管安装座下部的第一安装孔与底板连接，弹簧夹头选用抗拉强度较高的钢材制成，锥面段斜度为a°，由4～12段簧片组成,其中a为5°～30°；端面段设有调整孔，调整安置在调整孔与上述炬管安装座内侧均布螺纹孔中的紧固螺钉，簧片被炬管安装座中部圆锥孔挤压发生变形，实现夹紧外管；所述的一体式中管由管身段和管座段组成，管身段和管座段之间设有一环形台阶，用于对外管定位，环形台阶处设有第一沟槽，用于实现外管与管座段的紧配合，管座段后端内壁处设有第二沟槽和第三沟槽，用于实现内管与管座段的紧配合，管身段端部设有环形旋气槽，旋气形成的负压有利于内管输送的刻蚀气体进入等离子体产生区域，管座段外圆柱面设有让工作气进入内管与管身段之间空间的中间气体入口和让冷却气进入管身段与外管之间空间的外气体入口，其中外气体入口和中间气体入口轴线均偏离炬管中心轴线，且与管座段圆柱面法线夹角为5°～30°，使冷却气沿外管内壁切向进入外管与中间管之间的空间，且沿炬管轴线方向的速度分量大于零，有利于冷却气沿外管管壁流动，在外管与等离子体之间形成隔离层，避免外管熔化，上述内管盖板外圆柱面设有内气体入口，端面设有与内气体入口连通的内气体孔道，用于让刻蚀气进入内管，其中工作气和冷却气均为Ar，刻蚀气为含氟气体和O2 的混合气体，含氟气体如CF4和SF6；所述的环形碟片由同心的直径为φ30～φ60mm的外圆和直径为φ10mm ～φ40mm的内孔组成，厚度为1～10mm，其中内孔用于穿设上述外管，下部有一宽度为W的开口狭缝，用于在电流引入座和电流引出座之间形成定向电流，端面有沿狭缝对称分布的两个的连接孔；电流引入座为铝制材料加工而成的三层阶梯结构，上层阶梯设有一对称分布的宽度为W的凹槽，凹槽两壁面和上述环形碟片的端面配合，两壁端面设有一个通孔，用于和上述环形碟片端面的连接孔配合；中层阶梯端面有一接线螺纹孔，用于和射频电流连接板匹配，下层阶梯局部采用微弧氧化处理方式形成表面绝缘层，避免射频电流传至底板，端面设有第二安装孔，电流引入座依靠套设在第二安装孔中的绝缘材料螺钉与底板连接；电流引出座为铝制材料加工而成的两层阶梯结构，上层阶梯设有一对称分布的宽度为W的凹槽，凹槽两壁面和上述环形碟片的端面配合；两壁端面设有一个通孔，用于和上述环形碟片端面的连接孔配合；下层阶梯上端面有第二安装孔，电流引出座依靠套设在第二安装孔中的紧固螺钉与底板连接，其中狭缝W宽度为1～20mm。