專利名稱：一種磁鐵磁場裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及磁場裝置，特別涉及一種采用環(huán)形相間排列的三組梯形 Nd-Fe-B磁鐵和處于圓心位置的圓形磁鐵所形成的磁鐵磁場裝置。
背景技術(shù)：
電子回旋共振ECR等離子體具有工作氣壓低、密度高、離化率高、大面積 均勻、工藝設(shè)備簡單、可穩(wěn)定運行和參數(shù)易于控制等優(yōu)點，可以實現(xiàn)低溫高效無 污染的表面處理，在IC制造工藝中有著巨大的應(yīng)用潛力。ECR是指當(dāng)輸入的微 波頻率a)等于電子回旋頻率coee時發(fā)生共振，微波能量耦合給電子，獲得能量的 電子電離中性氣體分子產(chǎn)生放電的過程。通過調(diào)節(jié)磁場，使得在放電室的某一區(qū) 域達(dá)到共振條件，這個區(qū)域稱為ECR區(qū)。ECR磁場是實現(xiàn)高質(zhì)量ECR等離子體 源的關(guān)鍵因素之一。在2.45GHZ微波功率源的系統(tǒng)中，電子回旋共振需要的磁 場是0.0875T。
現(xiàn)有ECR磁場有兩種基本類型 一是采用電流線圈磁場，二是采用永磁材
料的分布磁場型。常見的電流線圈磁場的ECR等離子體設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖l所示。 微波101通過波導(dǎo)102饋入反應(yīng)室，電流線圈103和104產(chǎn)生所需磁場，等離子 體在ECR區(qū)產(chǎn)生并被輸運到襯底105上，殘余氣體被真空泵106抽走。電流線 圈磁場需要多路大功率直流電源，輸出電流為30 100A，因此使得電流線圈ECR 等離子體設(shè)備體積龐大，功耗增加，工藝控制復(fù)雜，且成本上升。常見的永磁分 布型磁場ECR等離子體設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2所示。微波1001通過波導(dǎo)1002饋入反 應(yīng)室，永磁磁鐵1003和輔助電流線圈1004提供所需磁場，等離子體在ECR區(qū) 產(chǎn)生并被輸運到襯底1005上，殘余氣體被真空泵1006抽走。磁鐵磁場ECR等 離子體源具有面積大、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低和易于擴(kuò)展等優(yōu)點，但是由于 現(xiàn)有計數(shù)中大多磁鐵磁場排列設(shè)計計數(shù)僅依賴經(jīng)驗，缺乏理論計算基礎(chǔ)，導(dǎo)致磁 場分布的均勻性較差，并且磁鐵磁場的強度也偏小，通常需要輔助電流線圈1004 提供輔助磁場來增強磁場強度并提高磁場均勻性。這些因素都限制了其在大面積 平面加工工藝中的應(yīng)用。 實用新型的內(nèi)容
本實用新型的目的在于避免上述己有技術(shù)的不足，提供一種磁場裝置，以獲 得均勻性好、體積小、正面磁場強度高、安裝組合簡單的磁鐵磁場裝置，可作為 電子回旋共振等離子體源設(shè)備的部件。
實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案是利用新型高磁能積塊狀永磁磁鐵通過環(huán) 形相間排列而形成大面積高強度磁鐵磁場，利用屏蔽板提供磁鐵組合固定的基 礎(chǔ)，并增強正面磁場強度，屏蔽磁場對外界影響，利用無磁模板對各磁鐵單元起 固定和限位作用，保證磁場組合的安裝固定。
整個裝置的結(jié)構(gòu)包括磁鐵和無磁模板，其中無磁模板為圓盤形狀，該圓盤的 圓心處設(shè)有圓形固定孔，圓盤的圓周上等間隔分布有梯形固定孔，每個孔上固定 有磁鐵，磁鐵底面與無磁模板底面處于同一水平面。
所述的無磁模板下方設(shè)有屏蔽板，該屏蔽板通過磁鐵的吸力與無磁模板相固定。
所述的無磁模板的圓周上等間隔分布有三圈或者四圈梯形固定孔，每個固定 孔與磁鐵緊配合。
所述的三圈梯形固定孔在圓盤上由圓心向外依次以角度e,、 e2、 93等間隔分
布，其中，e,:02:e^4:2:l。
所述的四圈梯形固定孔在圓盤上由圓心向外依次以角度e卜e2、 e3、 94等間
隔分布，其中，9!:92:63:Or8:4:2:l。
所述的磁鐵采用Nd-Fe-B材料，無磁模板采用無磁不銹鋼材料，屏蔽板采用 鐵材料。
本實用新型具有如下優(yōu)點
(1) 環(huán)形相間排列的磁鐵和處于圓心位置的磁鐵產(chǎn)生的平面分布式磁鐵磁 場強度均勻性得到了大幅提高；
(2) 屏蔽板不僅提供了磁鐵組合固定的基礎(chǔ)，而且增強了正面磁場強度，同 時屏蔽磁場對外界的影響；
(3) 無磁模板和屏蔽板組合使用，在模板上按磁鐵的形狀和分布方式切割出 相同形狀、大小和分布的固定孔，減小了由于高磁場強度磁鐵單元之間較強的相 互作用力對磁鐵的固定和安裝造成的困難，簡化了其安裝組合過程；
(4) 由于避免了電流線圈磁場，因此采用本實用新型提供的磁鐵磁場裝置的 等離子體設(shè)備的能耗和體積都顯著減小。
以下結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)采用電流線圈磁場裝置的ECR等離子體設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)采用磁鐵磁場裝置的ECR等離子體設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實用新型磁鐵磁場裝置的磁鐵組合安裝方式示意圖4是本實用新型采用的磁鐵形狀示意圖，其中，圖4(a)為梯形磁鐵俯視圖， 圖4(b)為梯形磁鐵剖面圖，圖4(c)為圓形磁鐵俯視圖，圖4(d)為圓形磁鐵剖面圖5是本實用新型無磁模板結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

參照圖3，本實用新型裝置包括磁鐵200、無磁模板302、屏蔽板301，磁 鐵200固定在無磁模板302上，通過環(huán)形相間排列形成大面積高強度磁鐵磁場， 無磁模板下方設(shè)有屏蔽板，該屏蔽板通過磁鐵的吸力與無磁模板固定為一體。
所述磁鐵的形狀包括梯形磁鐵和圓形磁鐵，如圖4所示。圖4a和圖4b所示 的梯形磁鐵的幾何尺寸包括上邊長2001，下邊長2002，高2003，厚2004;圖 4c和圖4d所示的圓形磁鐵的幾何尺寸包括直徑2005，高2006。
所述無磁模板302為圓盤形狀，圓心處設(shè)有圓形固定孔202，圓周等間隔分 布三圈或者四圈梯形固定孔201，如圖5所示。梯形固定孔的邊長與所述梯形磁 鐵的邊長相等，圓形固定孔的邊長與所述圓形磁鐵的邊長相等。該三圈固定孔在
圓盤上由圓心向外分別以角度e,、 e2、 93等間隔分布，其中，e1:e2:e3=4:2:i;三
圈固定孔在圓盤上由圓心向外分別以半徑R,、 R2、 R3排列，其中R^R2〈R3。
該四圈固定孔在圓盤上由圓心向外分別以角度e,、 e2、 e3、 94等間隔分布，其中，
e1:e2:e3:e4=8:4:2:l;四圈固定孔在圓盤上由圓心向外分別以半徑R,、 R2、 R3、 R4 排列，其中R,〈R2〈R3〈R4。
所述屏蔽板301為圓形板。所用材料為純鐵或軟鐵。該純鐵或軟鐵材^4制作 的屏蔽板不僅可以作為磁鐵組合固定的基礎(chǔ)，而且能增強正面磁場強度，同時可 有效地屏蔽磁場對外界的作用。
安裝時，將屏蔽板301置于操作臺上，將無磁模板302置于屏蔽板301上并 用楔子固定對齊。將磁鐵200逐個嵌入無磁模板302的固定孔中。磁鐵200嵌入 無磁模板302的具體方法為從圓心向外沿順時針或逆時針方向逐一嵌入，每個
固定孔與磁鐵緊配合。磁鐵底面與無磁模板底面處于同一平面，該屏蔽板通過磁 鐵的吸力與下方的無磁模板固定為一體，形成磁鐵200、屏蔽板301、無磁模板 302的組合整體。
實施例l
磁鐵200采用Nd-Fe-B永磁材料。其中，梯形磁鐵的幾何尺寸為上邊長2001 為19毫米，下邊長2002為26毫米，高度2003為22毫米，厚度2004為19毫 米；圓形磁鐵的幾何尺寸為直徑2005為10毫米，高2006為19毫米。磁鐵表 面磁場強度為5特斯拉。
磁鐵的具體排列方式為在270mm直徑的屏蔽板301和無磁模板302上， 在半徑為34毫米，70毫米和IIO毫米圓環(huán)位置處，分別以60度，30度和15度 均勻等間隔排列梯形磁鐵，在圓心位置處放置圓形磁鐵。
屏蔽板301是一個直徑為270mm，厚度約為7mm的圓板，所用材料為純鐵。 無磁模板302的材料為無磁不銹鋼。無磁模板是一個直徑為270毫米，厚度為 10毫米的圓板，且在其上按照上述磁鐵的安裝組合方法進(jìn)行安裝組合后，倒扣 在ECR等離子體源的陶瓷窗頂部，在ECR工藝室內(nèi)部陶瓷窗距離磁鐵表面5cm 處形成符合ECR放電要求的磁鐵磁場，即該平面上磁場強度的均值為875GS， 磁場強度均勻性優(yōu)于85%。 實施例2
磁鐵200采用Nd-Fe-B永磁材料。其中，梯形磁鐵的幾何尺寸為上邊長2001 為19毫米，下邊長2002為26毫米，高度2003為22毫米，厚度2004為22毫 米；圓形磁鐵的幾何尺寸為直徑2005為10毫米，高2006為22毫米。磁鐵表 面磁場強度為6特斯拉。
本實用新型采用的永磁磁鐵的具體排列方式為在270mm直徑的屏蔽板302 和無磁模板302上，在半徑為36毫米，72毫米和108毫米圓環(huán)位置處，分別以 60度，30度和15度均勻等間隔排列梯形磁鐵，在圓心位置處放置圓形磁鐵。
按照上述技術(shù)方案中磁鐵的安裝組合方法進(jìn)行安裝組合后，倒扣在ECR等 離子體源的陶瓷窗頂部，在ECR工藝室內(nèi)部陶瓷窗距離磁鐵表面7 cm處形成符 合ECR放電要求的磁鐵磁場，即該平面上磁場強度的均值為875GS，磁場強度 均勻性優(yōu)于85%。
實施例3
磁鐵200采用Nd-Fe-B永磁材料。其中，梯形磁鐵的幾何尺寸為上邊長2001 為19毫米，下邊長2002為26毫米，高度2003為22毫米，厚度2004為20毫 米；圓形磁鐵的幾何尺寸為直徑2005為10毫米，高2006為20毫米。磁鐵表 面磁場強度為5.2特斯拉。
永磁磁鐵的具體排列方式為在370mm直徑的的軟鐵屏蔽板和無磁模板302 上，在半徑為36毫米，72毫米，110毫米和145毫米圓環(huán)位置處，分別以120 度，60度，30度和15度均勻等間隔排列梯形永磁磁鐵，在圓心位置處放置圓形 永磁磁鐵。
按照上述技術(shù)方案中磁鐵的安裝組合方法進(jìn)行安裝組合后，倒扣在ECR等 離子體源的陶瓷窗頂部，在ECR工藝室內(nèi)部陶瓷窗距離磁鐵表面5.6 cm處形成 符合ECR放電要求的磁鐵磁場，即該平面上磁場強度的均值為875GS，磁場強 度均勻性優(yōu)于85%。
權(quán)利要求1.一種磁鐵磁場裝置，包括磁鐵(200)和無磁模板(302)，其特征在于無磁模板為圓盤形狀，該圓盤的圓心處設(shè)有圓形固定孔，圓盤的圓周上等間隔分布有梯形固定孔，每個孔上固定有磁鐵，磁鐵底面與無磁模板底面處于同一水平面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁鐵磁場裝置，其特征在于無磁模板(302)下方設(shè)有屏蔽 板(301)，該屏蔽板通過磁鐵的吸力與無磁模板相固定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁鐵磁場裝置，其特征在于無磁模板(302)的圓周上等間 隔分布有三圈或者四圈梯形固定孔，每個固定孔與磁鐵緊配合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁鐵磁場裝置，其特征在于三圈梯形固定孔在圓盤上由圓心向外依次以角度e,、 e2、 63等間隔分布，其中，e1:e2:e3=4:2:i。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁鐵磁場裝置，其特征在于三圈梯形固定孔的分布半徑 分別為Ri二34mm、 R2 = 70mm、 R3 = 110mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁鐵磁場裝置，其特征在于四圈梯形固定孔在圓盤上由圓心向外依次以角度e,、 e2、 e3、 94等間隔分布，其中，e1:e2:e3:e4=8:4:2:i。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁鐵磁場裝置，其特征在于四圈梯形固定孔在圓盤上由 圓心向外依次以半徑R，、 R2、 R3、 R4排列'其中Ri二36mm、 R,二72mm、 R2=110mm、 R3=145mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁鐵磁場裝置，其特征在于磁鐵(200)采用Nd-Fe-B 材料，無磁模板(302)采用無磁不銹鋼材料，屏蔽板(301)采用鐵材料。
專利摘要本實用新型公開了一種磁鐵磁場裝置，主要解決現(xiàn)有磁場裝置體積大、均勻性差的問題。整個裝置包括磁鐵200，屏蔽板301、無磁模板302，該無磁模板上設(shè)有數(shù)個梯形固定孔201和一個圓形固定孔202，梯形固定孔由圓心向外在半徑R₁、R₂、R₃處分別以角度θ₁、θ₂、θ₃等間隔分布，且θ₁∶θ₂∶θ₃＝4∶2∶1，每個磁鐵嵌入無磁模板的固定孔中，與固定孔緊配合，磁鐵底面與模板底面處于同一平面，通過環(huán)形相間排列形成大面積高強度永磁磁場，模板下方設(shè)有屏蔽板，該屏蔽板通過磁鐵的吸力與模板固定為一體，形成磁鐵、無磁模板、屏蔽板的組合整體。本實用新型具有均勻性好、體積小、正面磁場強度高、安裝組合簡單的優(yōu)點，可作為電子回旋共振等離子體源設(shè)備的部件。
文檔編號H01F7/00GK201072680SQ20072003254
公開日2008年6月11日 申請日期2007年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月21日
發(fā)明者付俊興, 俞書樂, 吳振宇, 端 周, 楊銀堂, 汪家友 申請人:西安電子科技大學(xué)