阅读说明：本技术 一种ecr离子源装置 (ECR ion source device ) 是由 周小影 汪锋 马玉田 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明的一种ECR离子源装置,包括圆形波导管和起弧腔,还包括微波馈入窗,微波馈入窗位于圆形波导管和起弧腔之间；圆形波导管通过微波馈入窗与起弧腔相连,另一端安装天线；所述起弧腔的内部设有磁体组,磁体组一端设有三栅极,起弧腔与真空法兰相连,真空法兰用于隔绝真空和固定三栅极的电极；所述起弧腔外部设有陶瓷腔,用于固定和绝缘电极；三栅极三个极片分别有三个电极穿过法兰伸到真空外用以接高压电用；圆形波导管外接微波源,微波通过同轴电缆传输到圆形波导管内,同轴电缆伸入天线进入到圆形波导管内。本发明具有体积小,结构紧凑等特点,能连续工作,能够在较低的气压下稳定提供离子并且与气体兼容性高,提供的离子清洁度高,能量大。(The ECR ion source device comprises a circular waveguide tube, an arc starting cavity and a microwave feed-in window, wherein the microwave feed-in window is positioned between the circular waveguide tube and the arc starting cavity; the circular waveguide tube is connected with the arc striking cavity through the microwave feed-in window, and the other end of the circular waveguide tube is provided with an antenna; a magnet group is arranged in the arc starting cavity, a three-grid electrode is arranged at one end of the magnet group, the arc starting cavity is connected with a vacuum flange, and the vacuum flange is used for isolating vacuum and fixing an electrode of the three-grid electrode; a ceramic cavity is arranged outside the arcing cavity and used for fixing and insulating the electrode; three electrodes of the three pole pieces of the three grids respectively penetrate through the flange and extend out of the vacuum to be connected with high voltage electricity; the circular waveguide tube is externally connected with a microwave source, the microwave is transmitted into the circular waveguide tube through a coaxial cable, and the coaxial cable extends into the antenna and enters the circular waveguide tube. The invention has the characteristics of small volume, compact structure and the like, can continuously work, can stably provide ions under lower air pressure, has high compatibility with gas, and provides ions with high cleanliness and high energy.)

一种ECR离子源装置

技术领域

本发明涉及微波等离子技术领域，具体涉及一种ECR离子源装置。

背景技术

离子源是使中性原子、分子或原子团簇电离，并从中引出离子束的装置。随着半导体器件的发展，离子刻蚀技术成为微电子工艺中的一项重要的工艺，刻蚀是用化学或物理方法有选择的从硅片表面去除不需要的材料的过程，离子束刻蚀以离子束刻蚀手段达到刻蚀目的的技术，其分辨率限制于粒子进入基底以及离子能量耗尽过程的路径范围。离子束刻蚀技术所用离子源要求清洁、能量稳定。

ECR离子源是一种无阴极源，具有电离度高、束流强度大、气压低、性能稳定等特点，是一种高密度低气压等离子体源，能够在较低的气压下产生大面积均匀的高密度等离子体，等离子体中的离子被约束、引出、加速形成离子束对基底材料进行刻蚀。目前使用的ECR离子源体积都比较庞大，不能满足实验室使用。并且如何在同等功率下提高离子束流密度即粒子能量，为离子刻蚀提供满足其实验条件的装置一直是研究人员不断追求的目标。

发明内容

本发明提出的一种ECR离子源装置，可解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种ECR离子源装置，包括圆形波导管，通过微波馈入窗与起弧腔相连，起弧腔内部设有磁体组，圆形波导管一端装有天线；

所述起弧腔内部设有磁体组，磁体组一端设有三栅极；

所述起弧腔与真空法兰相连，真空法兰用于隔绝真空和固定三栅极的电极。

所述起弧腔在变截面处设有一圈细密的小孔，用以使被电离气体均匀进入起弧腔。

进一步的，所述磁体为环形结构，充磁方向为厚度方向。

进一步的，所述圆形波导管一端封闭，中间设有小孔，小孔用以安装天线。

进一步的，所述天线为一根圆形截面并弯折成直角的电导体。

进一步的，三栅极为一组圆形薄片中间设有对称分布的小细圆形群，每片栅极圆孔群位置一致。

进一步的，三栅极的每一片栅极距离各不相同，以满足不同耐压等级要求，并分别带有接电耳。

进一步的，所述真空法兰为以真空电极标准CF法兰，并且设有进气口。真空法兰上的电极与三栅极相连时，通过弹性波片相连。

进一步的，所述微波馈入窗微波为密闭和保持真空的石英窗。

由上述技术方案可知，本发明的ECR离子源装置可做成标准产品安装到不同的真空腔上，并且可以在低功率状态下得到高密度离子，同等功率下提供的粒子能量高。

本发明提供的的ECR离子源装置，采用永磁体提供磁场省去了磁体的专用电源和对应的水冷系统，降低成本并且在同类设备中体积更小、结构更紧凑；此离子源能连续稳定工作，在较低的气压下稳定提供离子并且与气体兼容性高，由于其无阴极的特点，提供的离子清洁度高，其环向均匀送入被电离气体的方式使气体能够得到充分电离，得到的束流强度大。

附图说明

图1是本发明的原理示意图；

图2是本发明的三栅极结构图；

图3是本实施例的剖视结构图；

图4是本实施例的三栅极接电示意图；

图5是本实施例的三栅极立体结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1到图5所示，本实施例所述的ECR离子源装置，包括：圆形波导管1，微波馈入窗2位于圆形波导管1和起弧腔3之间，起到密闭真空的作用同时不阻止微波传输，起弧腔内有磁体组4，磁体组旁设三栅极5，三栅极三个极片分别有三个电极7穿过法兰伸到真空外用以接高压电用；圆形波导管1外接微波源，微波通过同轴电缆14传输到圆形波导管1内，同轴电缆14伸入天线8进入到圆形波导管1内，天线8最佳角度90°。微波馈入窗2外部设有陶瓷罩；所述起弧腔3外部设有陶瓷腔，用于固定和绝缘电极7；

本发明的圆形波导管1位于真空外；并且设有一组三栅极5在真空内：引出级、加速级和接地级，三栅极5用于对等离子体中的离子引出并加速，三栅极、起弧腔和微波馈入窗之间互相绝缘，三栅极5每个栅级均有一根连结电极用以对栅极通电，所述栅极上设有一排小圆孔。

在真空内的部件和在真空外的部件分别设有陶瓷罩9和10，用以各部件之间的绝缘和安装固定，在三栅极附近，设有耐高温和耐粒子轰击的保护片钽片11。

具体的说，所述圆形波导管1一端封闭，中间设有小孔，小孔用以安装天线8；

所述天线8为一根圆形截面并弯折成直角的电导体，使在此处极化的微波相移，被极化的微波有相移的进入到起弧腔3内.

所述起弧腔3在变截面处设有一圈细密的小孔，用以使被电离气体均匀进入起弧腔。

磁体组4为环形结构，充磁方向为厚度方向，具体为磁体组4为圆孔型永磁体，磁场方向为厚度充磁。

三栅极5为一组圆形薄片中间设有对称分布的小细圆形孔群，每片栅极圆孔群位置一致，每一片栅极被施加不同方向和大小的电压，使得离子被带电栅极引出并且从小孔内穿过。

三栅极5的每一片栅极距离各不相同，并分别带有接电耳，且三栅极5的每一片栅极之间互相绝缘。

真空法兰6为一真空电极法兰，电极一端与三栅极5的接电耳相连，另一端与为快接接电头。

真空法兰6为标准CF法兰且设有进气管。

真空法兰6上的三栅极的电极7与三栅极5的接电耳相连时，通过弹性波片71相连。

工作时，被电离的气体(一般为氩气、氦气或者氢气)通过进气管13穿过真空电极法兰6以后，通过起弧腔3上排布的一圈细密小孔均匀到进入起弧腔内，被微波电离形成等离子体，等离子体被磁体组4约束形成等离子束，设在端部的三栅极5为三个极片，三栅极5组件整体通过绝缘基座12与其他组件绝缘，并且三个极片之间互相绝缘，通过电极7接入高压电，如图4所示，第一极为引出极，第二极为加速极(抑制极)，第三极为接地极(减速极)，引出极和接地极之间接入最高-15kV高压，加速极和接地极之间接入最高+45kV高压，用以对等离子体束中的离子引出并加速。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。