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正宇真空設(shè)備
Zhengyu vacuum EquipmentProfessional vacuum pump equipment and maintenance parts service provider
離子束刻蝕機(jī)由真空室、工作臺(tái)、快門、真空抽氣系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、電源和 電器系統(tǒng)等主要部分組成,圖1-1所示為離子束刻蝕機(jī)的工作原理圖。該機(jī)在正常工作 時(shí),首先將真空室的壓力抽至2×10-3Pa或更低,再調(diào)節(jié)Ar氣流量,使真空室壓力保持 在1×10-2~2×10-2Pa(如需要輔助氣體,如O2、CH2等,則可按一定比例與之混合), 然后啟動(dòng)離子源各電源,使離子源正常工作,從離子源引出一定能量和密度的離子束 被中和器發(fā)射的電子中和后,轟擊工件進(jìn)行濺射刻蝕。工件表面必須預(yù)先制備溝槽的掩 膜圖形。這樣裸露部分被刻蝕掉,掩蔽部分被保留下來(lái),從而在工件表面形成所需要的 溝槽圖形。表1-2為L(zhǎng)SK型離子束刻蝕機(jī)基本性能。
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掩膜分為兩種:一種是機(jī)械掩膜。主要用于氣體軸承變寬螺旋槽的刻蝕。由于氣體軸承 止推板的材料如碳化硼、硬質(zhì)合金、陶瓷和鈦合金等的濺射率較低,螺旋槽寬而深(約數(shù)微 米深),所以采用機(jī)械掩膜。機(jī)械掩膜的圖形隨止推板的形狀而定。它的材料為不銹鋼 (0Cr18Ni9Ti)或鈦合金,其精度直接影響被刻蝕器件的加工精度。另一種為光刻膠或金屬 膜掩膜。主要應(yīng)用于聲表面波器件溝槽柵的刻蝕。由于晶片如鈮酸鋰、鍺酸鉍和石英等濺射 率較高,溝槽窄而淺,為此用光刻膠或金屬膜作掩膜
該機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下。 (1)真空室 LSK型離子束刻蝕機(jī)的真空室采用圓筒形結(jié)構(gòu),用0Cr18Ni9Ti不銹鋼焊接而成。它 的左右兩邊都開有大門,以便裝卸工件,檢修與清洗離子源和快門等,并在真空室的前 面設(shè)置有兩個(gè)中100mm觀察窗,以便隨時(shí)觀察器件的刻蝕情況。大門為蝶形封頭或平面 形,開啟或關(guān)閉輕便自如。真空室采取臥式結(jié)構(gòu)。臥式結(jié)構(gòu)的真空室離子束水平方向噴 射,刻蝕的濺射物大部分落在真空室底部,能減少濺射材料的重新沉積。真空室后面的 φ200mm進(jìn)氣口法蘭連接抽氣機(jī)組的高真空閥門、擴(kuò)散泵、機(jī)械泵等。外形美觀,結(jié)構(gòu) 緊湊。
離子源采用永久磁鐵軸向發(fā)散磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的考 永久磁鐵
夫曼( Kanfman)型離子源。圓筒形陽(yáng)極直徑為
長(zhǎng)度為 150
鉭絲陰極直徑為0 加速極
130mm,繞成內(nèi)徑約2mm的單螺旋形。鉭絲中 屏極 啊極
和器直徑為0.4mm、長(zhǎng)度70mm;多孔鉬制屏 柵和加速極開孔區(qū)直徑120mm,柵極間隙 庭板 量分配器一回陰極極靴
陰極磁極靴
構(gòu)為可拆卸式。陰極組件可單獨(dú)卸下來(lái),中和器 中和器
1.5mm,為了便于裝卸和清洗,離子源整體結(jié) 裝置在屏蔽罩正面。供氣管和引線為接插式結(jié) 構(gòu)。圖12為離子源示意圖。 圖1-2離子源示意圖
由于考夫曼離子源的離子流密度較高,可達(dá) 1mA/cm2以上,束徑可達(dá)200mm,均勻性為士5%?？勺冸x子能量為2keV。為此,目前離 子束刻蝕機(jī)一般均采用考夫曼型離子源 )工件臺(tái) 工件臺(tái)是安裝被刻蝕器件用的。由于被刻蝕的工件種類和要求不同,所以工件臺(tái)的 種類亦不同。LSK型離子束刻蝕機(jī)所有工件臺(tái)分為平移和旋轉(zhuǎn)兩種工件臺(tái);按水冷方 式又分為直接水冷和間接水冷兩種。例如氣體軸承,它的形狀有平板形、圓柱形、圓 錐形和半球形等,為了提高溝槽刻蝕深度的均勻性和適應(yīng)各種形狀氣體軸承螺旋槽的 加工,工件臺(tái)應(yīng)能旋轉(zhuǎn),在水平和垂直方向應(yīng)能夠傾斜,而且在垂直和水平方位應(yīng)能 平移一定距離。因此研制了三維直接水冷旋轉(zhuǎn)工件臺(tái)[圖1-3(a)所示]和多軸旋轉(zhuǎn)工 件臺(tái)[圖1-3(b)所示]。
(3)工件臺(tái) 工件臺(tái)是安裝被刻蝕器件用的。由于被刻蝕的工件種類和要求不同,所以工件臺(tái)的 種類亦不同。1SK型離子束刻蝕機(jī)所有工件臺(tái)分為平移和旋轉(zhuǎn)兩種工件臺(tái);按水冷方 式又分為直接水冷和間接水冷兩種。例如氣體軸承,它的形狀有平板形、圓柱形、圓 錐形和半球形等,為了提高溝槽刻蝕深度的均勻性和適應(yīng)各種形狀氣體軸承螺旋槽的 加工,工件臺(tái)應(yīng)能旋轉(zhuǎn),在水平和垂直方向應(yīng)能夠傾斜,而且在垂直和水平方位應(yīng)能 平移一定距離。因此研制了三維直接水冷旋轉(zhuǎn)工件臺(tái)[圖1-3(a)所示]和多軸旋轉(zhuǎn)工 件臺(tái)[圖1-3(b)所示]。
三維直接水冷旋轉(zhuǎn)工件臺(tái)由SY-5力矩電動(dòng)機(jī)、工件臺(tái)、蝸輪蝸桿傾斜機(jī)構(gòu)、絲杠驅(qū)動(dòng) 平移機(jī)構(gòu)等組成。直接水冷工件臺(tái)直徑為中100mm,旋轉(zhuǎn)由力矩電動(dòng)機(jī)通過齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn) 速?gòu)?~30r/min連續(xù)可調(diào),正反均可;傾斜角度,與離子束垂直的水平方位是0°士90°,是 通過蝸輪蝸杠實(shí)現(xiàn)的;平移距離150mm,是通過轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)的;直接水冷是通過空心的 軸和碗形橡膠密封圈實(shí)現(xiàn)的。這種直接水冷轉(zhuǎn)動(dòng)工件臺(tái)最大的優(yōu)點(diǎn)是在刻蝕的過程中,在真 空條件下,通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪可以改變距離和傾斜角度。直接水冷降低了工件臺(tái)靶面的溫度,可 以提高器件的加工刻蝕質(zhì)量 多軸旋轉(zhuǎn)工件臺(tái)由SY-5型力矩電動(dòng)機(jī)、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、主動(dòng)軸、從動(dòng)軸、水冷 套等組成。工作時(shí),通過力矩電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)軸及位于主動(dòng)軸的主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),從而使從動(dòng) 軸及位于從動(dòng)軸上的從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。而要刻蝕的圓柱形氣體軸承安裝在直徑為中100mm范 圍內(nèi)的主、從動(dòng)軸上,一次可以刻蝕4組(至少是3組)圓柱形氣體軸承的刻蝕加工,解決 了批量加工這類器件生產(chǎn)的難題。 而對(duì)于溝槽柵聲表面波器件而言,由于晶片如鈮酸鋰、鍺酸鉍和石英等的濺射率較高, 溝槽窄而淺,這種器件是平面形狀的,而且要求溝槽的槽壁陡直,槽底平滑,故工件臺(tái)安裝 面只要與離子束垂直即可;刻蝕深度加權(quán)的溝槽柵,溝槽深度可以根據(jù)晶片刻蝕速率和深度 加權(quán)函數(shù),用計(jì)算機(jī)程序控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)平移工件臺(tái),通過光闌,用計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)單)控 制快門的開啟時(shí)間即可。LSK-2型、LSK2A型離子束刻蝕機(jī)所配的一維工件臺(tái),如圖1-4 所示
平移工件臺(tái)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直聯(lián)絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。90BF006型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過威爾遜高真 空轉(zhuǎn)動(dòng)密封機(jī)構(gòu)與絲杠直聯(lián)、絲杠再轉(zhuǎn)動(dòng)固定在工件臺(tái)底部的螺母使工件臺(tái)平移;絲杠和螺 母的距離為1mm;工件臺(tái)最大行程為150mm,并由裝在兩端的行程開關(guān)加以限位;工件臺(tái) 要求定位精度5μm,它主要依靠絲杠和螺母的(有松緊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu))加工精度來(lái)保證。潤(rùn)滑 油用DC-704擴(kuò)散泵油,工件臺(tái)內(nèi)部銑成蛇形槽直接通水冷卻,降低了工件溫度,防止晶片 受熱碎裂和光刻膠焦化。工件臺(tái)的前面還備有可拆卸的光闌裝架
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