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      離子束刻蝕機由真空室、工作臺、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的工作原理圖。該機在正常工作  時,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,從而在工件表面形成所需要的  溝槽圖形。表1-2為LSK型離子束刻蝕機基本性能。南國浪子:
掩膜分為兩種:一種是機械掩膜。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),所以采用機械掩膜。機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
該機的結(jié)構(gòu)特點如下。  (1)真空室  LSK型離子束刻蝕機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)置有兩個中100mm觀察窗,以便隨時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進氣口法蘭連接抽氣機組的高真空閥門、擴散泵、機械泵等。外形美觀,結(jié)構(gòu)  緊湊。
離子源采用永久磁鐵軸向發(fā)散磁場結(jié)構(gòu)的考  永久磁鐵
夫曼( Kanfman)型離子源。圓筒形陽極直徑為

長度為  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。陰極組件可單獨卸下來,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  1mA/cm2以上,束徑可達200mm,均勻性為士5%。可變離子能量為2keV。為此,目前離  子束刻蝕機一般均采用考夫曼型離子源  )工件臺  工件臺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,所以工件臺的  種類亦不同。LSK型離子束刻蝕機所有工件臺分為平移和旋轉(zhuǎn)兩種工件臺;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[圖1-3(a)所示]和多軸旋轉(zhuǎn)工  件臺[圖1-3(b)所示]。
(3)工件臺  工件臺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,所以工件臺的  種類亦不同。1SK型離子束刻蝕機所有工件臺分為平移和旋轉(zhuǎn)兩種工件臺;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[圖1-3(a)所示]和多軸旋轉(zhuǎn)工  件臺[圖1-3(b)所示]。

三維直接水冷旋轉(zhuǎn)工件臺由SY-5力矩電動機、工件臺、蝸輪蝸桿傾斜機構(gòu)、絲杠驅(qū)動  平移機構(gòu)等組成。直接水冷工件臺直徑為中100mm,旋轉(zhuǎn)由力矩電動機通過齒輪來實現(xiàn)。轉(zhuǎn)  速從5~30r/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  通過蝸輪蝸杠實現(xiàn)的;平移距離150mm,是通過轉(zhuǎn)動絲杠實現(xiàn)的;直接水冷是通過空心的  軸和碗形橡膠密封圈實現(xiàn)的。這種直接水冷轉(zhuǎn)動工件臺最大的優(yōu)點是在刻蝕的過程中,在真  空條件下,通過轉(zhuǎn)動手輪可以改變距離和傾斜角度。直接水冷降低了工件臺靶面的溫度,可  以提高器件的加工刻蝕質(zhì)量  多軸旋轉(zhuǎn)工件臺由SY-5型力矩電動機、主動齒輪、從動齒輪、主動軸、從動軸、水冷  套等組成。工作時,通過力矩電動機帶動主動軸及位于主動軸的主動齒輪轉(zhuǎn)動,從而使從動  軸及位于從動軸上的從動齒輪轉(zhuǎn)動。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),用計算機程序控制步進電動機驅(qū)動平移工件臺,通過光闌,用計算機(簡單)控  制快門的開啟時間即可。LSK-2型、LSK2A型離子束刻蝕機所配的一維工件臺,如圖1-4  所示

平移工件臺采用步進電動機直聯(lián)絲杠傳動結(jié)構(gòu)。90BF006型步進電動機通過威爾遜高真  空轉(zhuǎn)動密封機構(gòu)與絲杠直聯(lián)、絲杠再轉(zhuǎn)動固定在工件臺底部的螺母使工件臺平移;絲杠和螺  母的距離為1mm;工件臺最大行程為150mm,并由裝在兩端的行程開關(guān)加以限位;工件臺  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)機構(gòu))加工精度來保證。潤滑  油用DC-704擴散泵油,工件臺內(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。工件臺的前面還備有可拆卸的光闌裝架