离子束刻蚀机由真空室、工作台、快门、真空抽气系统、供气系统、水冷系统、电源和 电器系统等主要部分组成,图1-1所示为离子束刻蚀机的工作原理图。该机在正常工作 时,首先将真空室的压力抽至2×10-3Pa或更低,再调节Ar气流量,使真空室压力保持 在1×10-2~2×10-2Pa(如需要辅助气体,如O2、CH2等,则可按一定比例与之混合), 然后启动离子源各电源,使离子源正常工作,从离子源引出一定能量和密度的离子束 被中和器发射的电子中和后,轰击工件进行溅射刻蚀。工件表面必须预先制备沟槽的掩 膜图形。这样裸露部分被刻蚀掉,掩蔽部分被保留下来,从而在工件表面形成所需要的 沟槽图形。表1-2为LSK型离子束刻蚀机基本性能。南国浪子: 掩膜分为两种:一种是机械掩膜。主要用于气体轴承变宽螺旋槽的刻蚀。由于气体轴承 止推板的材料如碳化硼、硬质合金、陶瓷和钛合金等的溅射率较低,螺旋槽宽而深(约数微 米深),所以采用机械掩膜。机械掩膜的图形随止推板的形状而定。它的材料为不锈钢 (0Cr18Ni9Ti)或钛合金,其精度直接影响被刻蚀器件的加工精度。另一种为光刻胶或金属 膜掩膜。主要应用于声表面波器件沟槽栅的刻蚀。由于晶片如铌酸锂、锗酸铋和石英等溅射 率较高,沟槽窄而浅,为此用光刻胶或金属膜作掩膜 该机的结构特点如下。 (1)真空室 LSK型离子束刻蚀机的真空室采用圆筒形结构,用0Cr18Ni9Ti不锈钢焊接而成。它 的左右两边都开有大门,以便装卸工件,检修与清洗离子源和快门等,并在真空室的前 面设置有两个中100mm观察窗,以便随时观察器件的刻蚀情况。大门为蝶形封头或平面 形,开启或关闭轻便自如。真空室采取卧式结构。卧式结构的真空室离子束水平方向喷 射,刻蚀的溅射物大部分落在真空室底部,能减少溅射材料的重新沉积。真空室后面的 φ200mm进气口法兰连接抽气机组的高真空阀门、扩散泵、机械泵等。外形美观,结构 紧凑。 离子源采用永久磁铁轴向发散磁场结构的考 永久磁铁 夫曼( Kanfman)型离子源。圆筒形阳极直径为 长度为 150 钽丝阴极直径为0 加速极 130mm,绕成内径约2mm的单螺旋形。钽丝中 屏极 啊极 和器直径为0.4mm、长度70mm;多孔钼制屏 栅和加速极开孔区直径120mm,栅极间隙 庭板 量分配器一回阴极极靴 阴极磁极靴 构为可拆卸式。阴极组件可单独卸下来,中和器 中和器 1.5mm,为了便于装卸和清洗,离子源整体结 装置在屏蔽罩正面。供气管和引线为接插式结 构。图12为离子源示意图。 图1-2离子源示意图 由于考夫曼离子源的离子流密度较高,可达 1mA/cm2以上,束径可达200mm,均匀性为士5%。可变离子能量为2keV。为此,目前离 子束刻蚀机一般均采用考夫曼型离子源 )工件台 工件台是安装被刻蚀器件用的。由于被刻蚀的工件种类和要求不同,所以工件台的 种类亦不同。LSK型离子束刻蚀机所有工件台分为平移和旋转两种工件台;按水冷方 式又分为直接水冷和间接水冷两种。例如气体轴承,它的形状有平板形、圆柱形、圆 锥形和半球形等,为了提高沟槽刻蚀深度的均匀性和适应各种形状气体轴承螺旋槽的 加工,工件台应能旋转,在水平和垂直方向应能够倾斜,而且在垂直和水平方位应能 平移一定距离。因此研制了三维直接水冷旋转工件台[图1-3(a)所示]和多轴旋转工 件台[图1-3(b)所示]。 (3)工件台 工件台是安装被刻蚀器件用的。由于被刻蚀的工件种类和要求不同,所以工件台的 种类亦不同。1SK型离子束刻蚀机所有工件台分为平移和旋转两种工件台;按水冷方 式又分为直接水冷和间接水冷两种。例如气体轴承,它的形状有平板形、圆柱形、圆 锥形和半球形等,为了提高沟槽刻蚀深度的均匀性和适应各种形状气体轴承螺旋槽的 加工,工件台应能旋转,在水平和垂直方向应能够倾斜,而且在垂直和水平方位应能 平移一定距离。因此研制了三维直接水冷旋转工件台[图1-3(a)所示]和多轴旋转工 件台[图1-3(b)所示]。 三维直接水冷旋转工件台由SY-5力矩电动机、工件台、蜗轮蜗杆倾斜机构、丝杠驱动 平移机构等组成。直接水冷工件台直径为中100mm,旋转由力矩电动机通过齿轮来实现。转 速从5~30r/min连续可调,正反均可;倾斜角度,与离子束垂直的水平方位是0°士90°,是 通过蜗轮蜗杠实现的;平移距离150mm,是通过转动丝杠实现的;直接水冷是通过空心的 轴和碗形橡胶密封圈实现的。这种直接水冷转动工件台最大的优点是在刻蚀的过程中,在真 空条件下,通过转动手轮可以改变距离和倾斜角度。直接水冷降低了工件台靶面的温度,可 以提高器件的加工刻蚀质量 多轴旋转工件台由SY-5型力矩电动机、主动齿轮、从动齿轮、主动轴、从动轴、水冷 套等组成。工作时,通过力矩电动机带动主动轴及位于主动轴的主动齿轮转动,从而使从动 轴及位于从动轴上的从动齿轮转动。而要刻蚀的圆柱形气体轴承安装在直径为中100mm范 围内的主、从动轴上,一次可以刻蚀4组(至少是3组)圆柱形气体轴承的刻蚀加工,解决 了批量加工这类器件生产的难题。 而对于沟槽栅声表面波器件而言,由于晶片如铌酸锂、锗酸铋和石英等的溅射率较高, 沟槽窄而浅,这种器件是平面形状的,而且要求沟槽的槽壁陡直,槽底平滑,故工件台安装 面只要与离子束垂直即可;刻蚀深度加权的沟槽栅,沟槽深度可以根据晶片刻蚀速率和深度 加权函数,用计算机程序控制步进电动机驱动平移工件台,通过光阑,用计算机(简单)控 制快门的开启时间即可。LSK-2型、LSK2A型离子束刻蚀机所配的一维工件台,如图1-4 所示 平移工件台采用步进电动机直联丝杠传动结构。90BF006型步进电动机通过威尔逊高真 空转动密封机构与丝杠直联、丝杠再转动固定在工件台底部的螺母使工件台平移;丝杠和螺 母的距离为1mm;工件台最大行程为150mm,并由装在两端的行程开关加以限位;工件台 要求定位精度5μm,它主要依靠丝杠和螺母的(有松紧调节机构)加工精度来保证。润滑 油用DC-704扩散泵油,工件台内部铣成蛇形槽直接通水冷却,降低了工件温度,防止晶片 受热碎裂和光刻胶焦化。工件台的前面还备有可拆卸的光阑装架
下载地址：
