CN104715986B - 一种悬浮式多爪栅极组合及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于离子源技术，涉及一种悬浮式多爪栅极的注塞式绝缘紧固结构及装配方法。本发明中栅极表面具有蜂窝排布的小孔，栅极的外围为圆对称的悬浮式多爪结构，三片栅极间依靠这些悬浮爪进行紧固，采用螺杆贯穿式紧固结构固定三片栅极的每个爪，栅极之间采用凹型绝缘陶瓷和凸型绝缘陶瓷配合支撑，并可以使用金属薄垫片进行三片栅极间的间距调节。本发明通过对悬浮爪的调节，在保证栅极间距一致性的同时，降低了对三片栅极面形一致性的要求，两种类型陶瓷的配合使用提高了栅极间绝缘度，保障高温工作条件下大束压、大束流离子束的稳定引出。

Description

一种悬浮式多爪栅极组合及其装配方法

技术领域

本发明属于离子源技术，涉及一种悬浮式多爪栅极的注塞式绝缘紧固结构及装配方法。

背景技术

离子源是产生离子束的装置，可用于离子溅射沉积镀膜及离子束刻蚀等系统中。离子源栅极组件是产生大束流定向离子束的核心部件。栅极上有大量的呈蜂窝排布的小孔。典型的栅极组件是由两片栅极组合而成，分别称为束压极、加速极。一般在束压极上加有几百至几千伏特的正电压，在加速极上加有几百伏特的负电压。

为保证离子束的聚焦及准直特性，也可以在两片式栅极组件的基础上，再增加一片至两片栅极。一般，三片式栅极的新增栅极称为接地极，接零电位(即接地)。栅极组件工作时必须保证三片栅极上的小孔完全对心并且保证三片栅极间的绝缘，以实现离子束流的引出。

传统的离子源栅极一般为规整的圆形或矩形等形状，但其对固定栅极组件的结构件的厚度误差要求较高，极细小的厚度偏差可能导致整片栅极的形变，并影响到离子束的方向。

传统离子源的栅极组件的绝缘及紧固方式是靠添加绝缘陶瓷平垫片实现的。但其存在着绝缘程度差的问题：如果要实现几百乃至几千毫安的大离子束流的输出，一般栅极上孔的数量也非常多，并且每个孔内的离子束流的密度也很大，微小的定位误差就会引起栅极间的短路，导致离子束流的猝灭。为实现大束流的离子束的引出，就必须提高栅极间的绝缘度。

发明内容

本发明的目的是：为了提高离子源发射离子束流的密度，降低离子源栅极组件的装配难度及改善离子束的方向性，本发明提供了一种悬浮式多爪栅极的注塞式绝缘紧固结构。

另外，本发明还提供了一种悬浮式多爪栅极的装配方法。

本发明的技术方案是：一种悬浮式多爪栅极组合，其包括绝缘陶瓷衬套、凹型绝缘陶瓷、凸型绝缘陶瓷、螺栓、螺母，其中，螺栓上套接加速栅极，加速栅极上下两面由凹型绝缘陶瓷和凸型绝缘陶瓷配合固定，且凹型绝缘陶瓷和凸型绝缘陶瓷分别通过绝缘陶瓷衬套固定在束压栅极和接地栅极的内侧，且螺栓穿过底部凹型绝缘陶瓷后顺次贯穿接地栅极、加速栅极和束压栅极，再由螺母固定。

所述加速栅极、束压栅极和接地栅极中间均为产生离子束的工作区域，边缘设置有若干圆周对称的栅极爪，栅极爪中间设置有中心孔以及围绕中心孔并成圆对称分布的若干螺钉孔。

束压栅极工作区域的蜂窝小孔孔径大于加速栅极工作区域对应的蜂窝小孔孔径。

加速栅极的栅极爪包括电极导引孔。

绝缘陶瓷衬套与凹型绝缘陶瓷和凸型绝缘陶瓷之间设置有垫片。

一种悬浮式多爪栅极组合的装配方法，其装配步骤如下：

步骤1：在接地栅极和束压栅极的所有栅极爪上固定一个绝缘陶瓷衬套；

步骤2：准备几个螺栓，其数量与栅极爪的数目相同，在每个螺栓上分别装入一个底部凹型绝缘陶瓷；

步骤3：将上述串好底部凹型绝缘陶瓷的螺栓呈圆对称排布，并将其串入接地栅极的每个爪的中心大孔中，使底部凹型绝缘陶瓷的背面支撑接地栅极的绝缘陶瓷衬套；

步骤4：接地栅极每个爪的绝缘陶瓷衬套中放入一个凸形绝缘陶瓷；

步骤5：放入加速栅极，使凸型绝缘陶瓷的上表面支撑加速栅极；

步骤6：再在每个螺栓上放入一个凹型绝缘陶瓷，使凸凹陶瓷实现咬合；

步骤7：在凹型绝缘陶瓷上放置装有绝缘陶瓷衬套的束压栅极；

步骤8：最后用螺母将所有的螺栓进行固定。

本发明的有益效果是：

本发明悬浮式多爪栅极的注塞式绝缘紧固结构通过使用多爪式紧固结构使栅网的工作区与紧固区分离，实现了可调整的悬浮结构，有利于栅网的装配，使其对栅极组件的结构件的厚度误差的敏感度降低；注塞式绝缘紧固结构提高了多片栅极间的绝缘度，有利于离子束流密度的提高，避免了大束流输出时可能导致的短路及离子束流猝灭的现象，提高了栅极组件工作的可靠性。

附图说明

图1是一种悬浮式多爪形状栅极的示意图；

图2是绝缘陶瓷衬套的示意图，其中心孔用于串螺杆，周围小孔呈圆周分布；

图3为图2的俯视图；

图4为一种凸型绝缘陶瓷的示意图；

图5为图4的沿轴线的剖面图；

图6为一种凹型绝缘陶瓷的示意图；

图7为图6的沿轴线的剖面图；

图8为注塞式绝缘紧固结构示意图，为本发明一种悬浮式多爪栅极的注塞式绝缘紧固结构的较佳实施方式所涉及的三片式栅极装配结构示意图；

其中，1-栅极爪、2-栅极爪的中心孔、3-螺钉孔、4-衬套中心孔、5-衬套螺钉孔、6-凸型绝缘陶瓷中心孔、7-凹型绝缘陶瓷中心孔、8-底部凹型绝缘陶瓷、9-螺栓、10-螺母、11-束压栅极、12-绝缘陶瓷衬套、13-凹型绝缘陶瓷、14-加速栅极、15-加速栅极爪的中心大孔、16-凸型绝缘陶瓷、17-绝缘陶瓷衬套、18-接地栅极

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

请参阅图1，其是本发明所涉及的悬浮式多爪栅极的俯视图。所述悬浮式多爪栅极中间为产生离子束的工作区域，边缘设置有若干圆周对称的栅极爪1。其中，栅极爪中间设置有中心孔2以及围绕中心孔2并成圆对称分布的若干螺钉孔3。

本发明悬浮式多爪栅极的注塞式绝缘紧固结构包括绝缘陶瓷衬套、凹型绝缘陶瓷、凸型绝缘陶瓷、螺栓、螺母。其中，加速栅极套接在螺栓上，上下两面由凹型绝缘陶瓷和凸型绝缘陶瓷配合固定，且凹型绝缘陶瓷和凸型绝缘陶瓷分别通过绝缘陶瓷衬套固定在束压栅极和接地栅极的内侧。且螺栓穿过一个底部凹型绝缘陶瓷后顺次贯穿接地栅极、加速栅极和束压栅极，并由螺母固定。

本发明悬浮式多爪栅极大面积密布数千个网孔栅极，极板间连接是依靠栅极外部多个悬浮爪，柱塞陶瓷是极板间的绝缘体，通过金属螺栓贯通式固定，结构稳固，性能稳定。适用于制成发散型、汇聚型和碟型栅网，满足了大面积栅极的高温绝缘，多个极板间的数千个孔的孔孔对准，孔孔平行，大束流、高束压工作

悬浮式多爪形状及栅极组件的一种注塞式绝缘紧固结构。本发明中的悬浮式多爪栅极为外圆为圆形的栅极上呈圆对称分布有多个爪(如图1中1所示)；其每个爪可以相同，也可以不同；其每个爪上有一个中心大孔(如图1中2所示)，其周围可以分布有多个圆对称的小孔(如图1中3所示)，用于固定凹凸型陶瓷衬套，而中心大孔用于凸型绝缘陶瓷(如图2)的装配。

请参阅图8，下面给出本发明悬浮式多爪栅极的装配方法，其装配步骤如下：

步骤1：将接地栅极18和束压栅极11上的所有栅极爪上均固定一个绝缘陶瓷衬套；

步骤2：准备几个螺栓，其数量与栅极爪的数目相同，在每个螺栓上分别装入一个凹型绝缘陶瓷垫片，其目的是避免螺栓与栅极短路；

步骤3：将上述串好底部凹型绝缘陶瓷的螺栓呈圆对称排布，并将其串入接地栅极18的每个爪的中心大孔中，使底部凹型绝缘陶瓷的背面接地栅极18的绝缘陶瓷衬套；

步骤4：接地栅极18每个爪的绝缘陶瓷衬套中放入一个凸形绝缘陶瓷；

步骤5：放入加速栅极14，使凸型绝缘陶瓷的上表面支撑加速栅极14；

步骤6：再在每个螺栓上放入一个凹型绝缘陶瓷，使凸凹陶瓷实现咬合；

步骤7：再将其上放置装入绝缘陶瓷衬套的束压栅极11；

步骤8：最后用螺母将所有的螺栓进行固定。

本实施方式中，要求将绝缘陶瓷衬套装配于接地栅极和束压栅极中，需要注意陶瓷衬套与栅极的装配孔的配合。

本实施方式中，陶瓷衬套中需要装入绝缘陶瓷，装入陶瓷后，陶瓷应高出陶瓷衬套的高度，以避免栅极间的短路。另外，需要注意的是凹型陶瓷和凸型陶瓷的配合，要有一定的配合间隙，以避免离子源在高温工作时陶瓷的炸裂。

本实施方式中，多爪式栅极实现了栅极的紧固结构区和产生离子束的工作区的分离，可通过在陶瓷衬套内增加金属垫片的形式对栅极的每个爪进行调整，降低了对三片栅极面形一致性的要求；并且可以实现对三片栅极间距的整体调整。

综上所述，本发明悬浮式多爪栅极的注塞式绝缘紧固结构降低了对三片栅极面形一致性的要求，实现了可调整的悬浮结构，提高了多片栅极间的绝缘度，避免了大束流输出时可能导致的短路及离子束流猝灭的现象，提高了栅极组件工作的可靠性。同时该方法操作简单、成本较低、经济性较好，因此具有较高的实际应用价值。

Claims (6)

1.一种悬浮式多爪栅极组合，其特征在于，包括绝缘陶瓷衬套、凹型绝缘陶瓷、凸型绝缘陶瓷、螺栓、螺母，其中，螺栓上套接加速栅极，加速栅极上下两面由凹型绝缘陶瓷和凸型绝缘陶瓷配合固定，且凹型绝缘陶瓷和凸型绝缘陶瓷分别通过绝缘陶瓷衬套固定在束压栅极和接地栅极的内侧，且螺栓穿过底部凹型绝缘陶瓷后顺次贯穿接地栅极、加速栅极和束压栅极，再由螺母固定。

2.根据权利要求1所述的悬浮式多爪栅极组合，其特征在于，所述加速栅极、束压栅极和接地栅极中间均为产生离子束的工作区域，边缘设置有若干圆周对称的栅极爪(1)，栅极爪中间设置有中心孔(2)以及围绕中心孔(2)并成圆对称分布的若干螺钉孔(3)。

3.根据权利要求1所述的悬浮式多爪栅极组合，其特征在于，束压栅极工作区域的蜂窝小孔孔径大于加速栅极工作区域对应的蜂窝小孔孔径。

4.根据权利要求1所述的悬浮式多爪栅极组合，其特征在于，加速栅极的栅极爪包括电极导引孔。

5.根据权利要求1所述的悬浮式多爪栅极组合，其特征在于，绝缘陶瓷衬套与凹型绝缘陶瓷和凸型绝缘陶瓷之间设置有垫片。

6.一种悬浮式多爪栅极组合的装配方法，其装配步骤如下：

步骤1：在接地栅极和束压栅极的所有栅极爪上固定一个绝缘陶瓷衬套；

步骤2：准备几个螺栓，其数量与栅极爪的数目相同，在每个螺栓上分别装入一个底部凹型绝缘陶瓷；

步骤3：将上述串好底部凹型绝缘陶瓷的螺栓呈圆对称排布，并将其串入接地栅极的每个爪的中心大孔中，使底部凹型绝缘陶瓷的背面支撑接地栅极的绝缘陶瓷衬套；

步骤4：接地栅极每个爪的绝缘陶瓷衬套中放入一个凸形绝缘陶瓷；

步骤5：放入加速栅极，使凸型绝缘陶瓷的上表面支撑加速栅极；

步骤6：再在每个螺栓上放入一个凹型绝缘陶瓷，使凸凹陶瓷实现咬合；

步骤7：在凹型绝缘陶瓷上放置装有绝缘陶瓷衬套的束压栅极；

步骤8：最后用螺母将所有的螺栓进行固定。