本发明专利技术公开了一种等离子密度可调的离子源装置，包括离子源腔、放电腔、螺旋线圈、平面线圈和射频电源；离子源腔和放电腔从外至内依次同轴设置；放电腔的头部设置有进气面板；螺旋线圈同轴套设在放电腔的筒身外周，两者间具有径向间隙R；平面线圈同轴安装在进气面板的外侧上游，两者间具有轴向间隙L；螺旋线圈和平面线圈的一端均依次与功率分配器、射频匹配器和射频电源电连接，另一端均接地；功率分配器能对进入螺旋线圈和平面线圈的射频功率进行分配，通过对分配率r进行调节，从而实现放电腔内等离子密度分布的调节。本发明专利技术同时采用螺旋形和平面线圈，并对两个线圈进行功率分配，针对不同工况进行调节，能有效改善刻蚀均匀性。能有效改善刻蚀均匀性。能有效改善刻蚀均匀性。
【技术实现步骤摘要】
一种等离子密度可调的离子源装置
[0001]本专利技术涉及离子束刻蚀领域，特别是一种等离子密度可调的离子源装置。
技术介绍
[0002]离子源是离子束刻蚀的关键部件，离子源的优劣直接影响刻蚀性能。射频感性耦合离子源由于具有高密度、无污染、易维护和长寿命等优点被广泛用于离子束刻蚀、材料表面改性和薄膜加工等领域。相对电子回旋振荡源和螺旋波源，电感耦合离子源设计加工相对简单并能在没有外来磁场的约束下，产生均匀的等离子体。射频感应耦合离子源根据天线的形状主要为螺旋形结构。整个离子源结构主要由射频天线、等离子体放电室和引出系统组成。工作原理为：当放置在介质窗上的射频线圈中流入一定的射频电流，在放电室中感应产生感应射频电场，感应电场会加速电子运动，使之不断与中性气体分子碰撞电离，从而将感应线圈中的射频能量耦合到电离的气体中维持等离子体放电。大部分由射频放电产生的离子经栅极系统引出形成离子束子经栅极系统引出形成离子束，见图1所示。
[0003]现有离子源在使用过程中，多采用螺旋形线圈，螺旋形线圈在通电时，在其趋肤层内，等离子密度最高，在趋肤层外的区域，等离子体密度逐渐衰减，在低压条件下，放电腔内等离子体密度多呈抛物线分布，如图2中的虚线所示。随电流增加，边缘趋肤效应增强，放电腔内的等离子体密度分布一般呈现马鞍形分布，放电腔内等离子体密度中心和边缘分布不均，如图2中的实线所示。现有方式是采用屏栅上开不同规格的孔径来解决这一问题，一般为中间孔径较小，边缘尺寸增加，但是只能针对低能工况进行改善边缘均匀性，无法进行多工况调节，当在高能情况下时，会影响刻蚀均匀性。
技术实现思路
[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种等离子密度可调的离子源装置，该等离子密度可调的离子源装置同时采用螺旋形和平面线圈，并对两个线圈进行功率分配，针对不同工况进行调节，可有效上述问题，改善刻蚀均匀性。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种等离子密度可调的离子源装置，包括离子源腔、放电腔、螺旋线圈、平面线圈和射频电源。
[0006]离子源腔和放电腔从外至内依次同轴设置。放电腔的头部设置有进气面板。
[0007]螺旋线圈同轴套设在放电腔的筒身外周，且与放电腔的筒身外壁面之间具有径向间隙R。
[0008]平面线圈同轴安装在进气面板的外侧上游，且与进气面板外表面之间具有轴向间隙L。
[0009]螺旋线圈和平面线圈的一端均依次与功率分配器、射频匹配器和射频电源电连接，螺旋线圈和平面线圈的另一端分别接地。
[0010]功率分配器能对进入螺旋线圈和平面线圈的射频功率进行分配，通过对分配率r
的调节，从而实现放电腔内等离子密度分布的调节。其中，分配率r=P1:P2，P1为进入螺旋线圈的射频功率，P2为进入平面线圈的射频功率。
[0011]分配率r=1:20~20:1。
[0012]平面线圈为单个盘香形线圈。
[0013]平面线圈为两个盘香形线圈的交替组合。
[0014]螺旋线圈与放电腔的筒身外壁面之间具有径向间隙R为2~30mm，平面线圈与与进气面板外表面之间具有轴向间隙L为2~30mm。
[0015]螺旋线圈通过螺旋线圈支撑安装在离子源腔的筒身内壁面，平面线圈通过平面线圈支撑安装在离子源的头部面板内壁面。
[0016]在离子源腔和放电腔的尾端安装有Grid组件，Grid组件包括屏栅和加速栅，其中，屏栅用于聚焦等离子体，加速栅用于加速离子束。
[0017]Grid组件还包括设置在加速栅下游的减速栅，减速栅用于减小离子束发散。
[0018]本专利技术具有如下有益效果：同时采用螺旋形和平面线圈，并对两个线圈进行功率分配，针对不同工况进行调节，可有效改善刻蚀均匀性。具体调节使用方法为：1、在低能情况下，螺旋线圈单独工作可保证等离子体在放电腔内均匀分布，那么，平面线圈上不进行功率分配，单独利用螺旋线圈即可保证良好的均匀性。
[0019]2、在中能情况下，平面线圈可以使在放电腔内产生均匀的等离子体，那么，平面线圈可单独进行工作，保证刻蚀均匀性。
[0020]3、在高能情况下，单独利用螺旋线圈，放电腔内等离子体密度分布为中间低，两边高，此时，在平面线圈上加载功率，对放电腔内的等离子体密度进行修正，使放电腔内的等离子体密度趋于均匀，有利于刻蚀均匀性改善。
附图说明
[0021]图1显示了现有技术中螺旋形射频感应耦合螺旋形离子源的示意图。
[0022]图2显示了放电腔内等离子密度分布示意图。
[0023]图3显示了本专利技术一种等离子密度可调的离子源装置的结构示意图。
[0024]图4显示了本专利技术中平面线圈采用单个盘香形线圈的结构示意图。
[0025]图5显示了本专利技术中平面线圈采用两个盘香形线圈组合的结构示意图。
[0026]图6显示了本专利技术中离子源的工作流程示意图；图6（a）显示了螺旋线圈单独工作的流程图；图6（b）显示了平面线圈单独工作时的流程图；图6（c）显示了螺旋线圈和平面线圈同时工作时的流程图。
[0027]图7显示了平面线圈和螺旋线圈单独工作时的等离子体密度分布示意图。
[0028]图8显示了螺旋线圈和平面线圈同时工作时的等离子体密度分布修正示意图。
[0029]其中有：1.离子源腔；2.放电腔；3.螺旋线圈；5.螺旋线圈支撑；6.平面线圈；61.平面线圈支撑；7.平面线圈支撑；80~85.射频柱；9.进气管道；10.Grid组件；11.屏栅；12.加速栅；13.减速栅；100.功率分配器；110.视频匹配器；120.视频电源；130~131.DC电源；140~141.滤波器；150.离子源主腔。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和具体较佳实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0031]本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本专利技术的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本专利技术的保护范围。
[0032]如图3所示，一种等离子密度可调的离子源装置，包括离子源主腔150和射频电源120。
[0033]离子源主腔150包括离子源腔1、放电腔2、螺旋线圈3、平面线圈6和Grid组件10。
[0034]离子源腔和放电腔从外至内依次同轴设置。
[0035]放电腔的头部设置有进气面板，进气面板的中部设置进气管道9。
[0036]螺旋线圈同轴套设在放电腔的筒身外周，且优选通过螺旋线圈支撑5安装在离子源腔的筒身内壁面。
[0037]螺旋线圈与放电腔的筒身外壁面之间具有径向间隙R，R优选为2~30mm本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种等离子密度可调的离子源装置，其特征在于：包括离子源腔、放电腔、螺旋线圈、平面线圈和射频电源；离子源腔和放电腔从外至内依次同轴设置；放电腔的头部设置有进气面板；螺旋线圈同轴套设在放电腔的筒身外周，且与放电腔的筒身外壁面之间具有径向间隙R；平面线圈同轴安装在进气面板的外侧上游，且与进气面板外表面之间具有轴向间隙L；螺旋线圈和平面线圈的一端均依次与功率分配器、射频匹配器和射频电源电连接，螺旋线圈和平面线圈的另一端分别接地；功率分配器能对进入螺旋线圈和平面线圈的射频功率进行分配，通过对分配率r的调节，从而实现放电腔内等离子密度分布的调节；其中，分配率r=P1:P2，P1为进入螺旋线圈的射频功率，P2为进入平面线圈的射频功率。2.根据权利要求1所述的等离子密度可调的离子源装置，其特征在于：分配率r=1:20~20:1。3.根据权利要求1所述的等离子密度可调的离子源装置，其特征在于：平面线圈为单个...
【专利技术属性】
技术研发人员：张瑶瑶，刘小波，胡冬冬，张怀东，刘海洋，李娜，郭颂，李晓磊，许开东，
申请(专利权)人：江苏鲁汶仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：
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