[发明专利]一种线圈结构能随放电腔结构进行变化的离子源

说明书

本发明公开了一种线圈结构能随放电腔结构进行变化的离子源，包括从外至内依次同轴设置的离子源腔、线圈支撑、线圈和放电腔本体；放电腔本体包括放电腔顶部、放电腔中部和放电腔底部；放电腔顶部为中空圆环；放电腔底部为中心设有进气孔的圆盘；放电腔中部包括上端直筒和下端Dome型筒；线圈支撑的外圈安装在离子源腔的内壁面，线圈支撑的内壁面形状与放电腔本体的形状相同；线圈安装在线圈支撑内，且包括筒形螺旋线圈和Dome型线圈；筒形螺旋线圈的位置与上端直筒的位置相对应，Dome型线圈与下端Dome型筒的位置相对应；每层线圈到放电腔本体外壁面的距离均相等。本发明将盘香形ICP源与筒状ICP源相结合，能够分段调节放电腔本体内的等离子体密度，改善刻蚀均匀性。

技术领域

本发明涉及离子束刻蚀领域，特别是一种线圈结构能随放电腔结构进行变化的离子源。

背景技术

离子源是使中性原子或分子电离，并从中引出离子束流的装置，它是各种类型的离子加速器、质谱仪、电磁同位素分离器、离子注入机、离子束刻蚀装置、离子推进器以及受控聚变装置中的中性束注入器等设备的不可缺少的部件。

射频感应耦合等离子体(RFICP)源可以在兆赫兹范围内产生共振，并且在低气压下可以有效地产生等离子体，并将能量高效的传递给等离子体，由于其结构简单，能产生高密度的纯净等离子体，使用寿命长、以及性能价格比好等优点，所以在近年发展很快，目前使用的射频ICP源主要是圆筒形的，如图1所示，射频ICP源的射频线圈绕在电绝缘的石英放电室外边，当通过匹配网络将射频功率加到线圈上时，线圈中就有射频电流通过，于是产生射频磁通，并且在放电室内部沿着轴向感应出射频电场，其中的电子被电场加速，从而产生等离子体，同时线圈的能量被耦合到等离子体中。

由于射频ICP源为圆筒形，当射频电源加载在射频线圈上时，由于电流的趋肤效应，电流主要在放电腔腔壁内流过，在趋肤层内逐渐衰减，故放电腔内的等离子体密度一般呈现两边高，中间低的趋势，如图2中的实线所示。受射频功率和工作压力的影响，反应腔内的等离子体密度分布也会出现马鞍形趋势（图2虚线表示），由于等离子体密度分布不均匀，导致刻蚀速率不均，影响刻蚀均匀性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种线圈结构能随放电腔结构进行变化的离子源，该线圈结构能随放电腔结构进行变化的离子源将盘香形ICP源与筒状ICP源相结合，能够分段调节放电腔本体内的等离子体密度，改善刻蚀均匀性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种线圈结构能随放电腔结构进行变化的离子源，包括从外至内依次同轴设置的离子源腔、线圈支撑、线圈和放电腔本体。

放电腔本体包括依次连接的放电腔顶部、放电腔中部和放电腔底部。

放电腔顶部为中空圆环，且位于等离子出口侧。

放电腔底部为中心设有进气孔的圆盘。其中，进气孔用于通入待电离气体。中空圆环的圆心和圆盘的圆心均位于放电腔本体的中心轴线上。

放电腔中部包括依次连接的上端直筒和下端Dome型筒。上端直筒的顶端与放电腔顶部依次连接，下端Dome型筒的底部与放电腔底部的外缘依次连接。

线圈支撑的外圈安装在离子源腔的内壁面，线圈支撑的内壁面形状与放电腔本体的形状相同。

线圈安装在线圈支撑内，线圈两端分别与射频源相连接。线圈包括筒形螺旋线圈和Dome型线圈。其中，筒形螺旋线圈的位置与上端直筒的位置相对应，Dome型线圈与下端Dome型筒的位置相对应。每层线圈到放电腔本体外壁面的距离均相等。

放电腔本体的壁厚为2~20mm。

放电腔本体的材质为石英或陶瓷。