[实用新型]一种加工硅基材料的大气感应耦合等离子体发生器

说明书

本实用新型公开了一种加工硅基材料的大气感应耦合等离子体(ICP)发生器，主要由分体式炬管、炬管安装座、弹簧夹头、单匝线圈、端盖板、喷嘴和底板组成；所述分体式炬管由相互独立的外管、一体式中管、内管以及固定装置组成，所述单匝线圈由环形碟片、电流引入座和电流引出座三部分组成；所述端盖板通过多个紧固螺钉和底板进行连接；所述喷嘴由喷嘴外体和喷嘴内体两部分组成，通过多个紧固螺钉和端盖板连接。所述固定装置包括外管夹套、内管盖板、炬管安装座、弹簧夹头。本实用新型具有以下突出优点：1.采用与炬管同轴布置的单匝线圈可加工表面质量；2.降低炬管的替换和维修成本；3.提升炬管同轴度；4.实现加工分辨率可调。

技术领域

本实用新型公开了一种加工硅基材料的大气感应耦合等离子体发生器，属于等离子体加工设备的技术领域。

背景技术

随着科学技术快速发展，轻量化的硅基超精密零件在航空航天，天文观测等领域应用越来越广泛，对于硅基材料加工表面质量要求也越来越高，如表面粗糙度达到纳米级，加工表面无变质层和亚表面损伤等要求。

为了达到上述要求，以等离子体激发如CF4一类的含氟气体产生活性反应粒子的大气感应耦合等离子体（ICP）加工方法被提出。大气感应耦合等离子体加工技术依靠活性反应粒子与硅基材料之间发生化学反应生成气相产物，实现硅基材料的去除加工。由于该种去除反应为原子级，可达到极高的表面质量；并且该种加工技术属于非接触式化学加工，不会产生机械接触力导致的加工表面变质层和亚表面损伤，所以得到了国内外科研工作者的极大关注。

但是现有的用于加工硅基材料的ICP发生器均采用标准螺旋线圈作为高频磁场的产生装置，等离子体温度的分布往往取决于螺旋线圈的形状，最终导致非均匀加热，使炬管内的等离子形状倾斜向上，形成的等离子体射流并不稳定，加工表面质量并不能达到理想目标；此外，现有的ICP发生器大都采用一体式的三层同轴石英管，在使用过程中，由于感应线圈高频磁场的磁泵效应导致活性反应粒子回流，使内部的石英管容易被活性反应粒子刻蚀缩短，而相对而言，外层管和中间管发生损坏的几率较低。当内部管发生损坏时，无法替换新的内部管，只能整根炬管替换，从而使得ICP发生器炬管的替换和维修成本过高。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型公开了一种加工硅基材料的大气感应耦合等离子体发生器，采用平行布置的单匝线圈，设定参数不变的条件下可长时间产生去除函数直径不变的等离子体射流，提升硅基材料的加工表面质量；采用分体式的炬管结构，有效降低等离子炬管的替换和维修成本。

本实用新型的技术方案如下所述。

一种加工硅基材料的大气感应耦合等离子体发生器，主要由分体式炬管、单匝线圈、端盖板、喷嘴和底板组成，所述分体式炬管由相互独立的外管、一体式中管、内管以及固定装置组成，所述单匝线圈由环形碟片、电流引入座和电流引出座三部分组成；所述端盖板通过多个紧固螺钉和底板进行连接；所述喷嘴由喷嘴外体和喷嘴内体两部分组成，通过多个紧固螺钉和端盖板连接。

所述固定装置包括外管夹套、内管盖板、炬管安装座、弹簧夹头，外管夹套大直径圆柱部分端面设有均布沉头孔，小直径圆柱部分端面设有螺纹孔，一体式中管设有与上述螺纹孔配合的均布通孔；内管盖板端面设有与上述通孔匹配的均布沉头孔；炬管安装座中部设有一斜度为8°圆锥孔，端面有多个均布在外侧和均布在内侧的螺纹孔，均布在外侧的螺纹孔用于和上述外管夹套中的沉头孔配合，炬管安装座下部设有第一安装孔，用于安装紧固螺钉与底板进行连接，依靠多个紧固螺钉可将炬管安装座、外管夹套、一体式中管、内管盖板四部分连为一体，再由炬管安装座下部的第一安装孔与底板连接。