CN109559969A - 一种增强型离子源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增强型离子源,属于离子源的技术领域;所述离子源腔室沿工作气体流动方向依次设置有气体入口、气体均布室、气体出口、电离室与离子射出口;所述电离室用于工作气体的电离;所述气体均布室用于工作气体的流速降低和均匀分布。本发明设有用于工作气体降低流速、均匀分布的气体均布室,流速进一步的变得缓慢,当为多种工作气体的混合时,也是可以将工作气体更加均匀的混合,在对工作气体进行电离时,测其离子射出口的电流,其远远高于未设置气体均布室时的数据,本发明的离子源具有较高的离化效率。

Description

一种增强型离子源
技术领域
本发明涉及一种离子源,具体是涉及一种增强型离子源。
背景技术
离子源用于真空镀膜过程中基体的离子轰击、离子注入及物理气相沉积反应。离子源的电离度高低和稳定性能够影响薄膜的生长、薄膜结构的优化,镀膜的一致性和重复性。离子源常使用的工作气体为氩气、氮气、乙炔、甲烷等,现有的阳极离子源对工作气体的电离效率较低,面积小,影响整个镀膜设备的镀膜效率和膜层的质量。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题,本发明提供一种增强型离子源。
为了实现本发明的目的,本发明采用了以下技术方案:一种增强型离子源,包括离子源腔室,所述离子源腔室内设置有阳极、磁场产生部件、用于工作气体电离的电离室及用于工作气体降低流速、均匀分布的气体均布室;远离气体均布室一侧的所述离子源腔室的室壁上还设置有用于离子射出的离子射出口、与阳极平行设置的阴极;所述离子射出口设置在阴极的避让处;所述气体均布室上分别开设有用于工作气体进入、流出气体均布室的气体入口、气体出口;所述气体均布室通过气体出口与电离室导通连接;所述磁场产生部件设置方向与电场产生部件的电场线方向相垂直,也即是磁场产生部件产生磁感线于任意一点都是垂直于电场线的。
作为优选的,所述气体均布室为至少3个串联设置的气室。
作为优选的,所述气室至少包括第一气室、第二气室与第三气室;所述气体入口设于第一气室的室壁上,气体出口设于第三气室的室壁上。所述第一气室、第二气室与第三气室相邻两气室之间设置有两两导通的第一导通口和第二导通口;所述第一导通口设于第一气室与第二气室之间;所述第二导通口设于第二气室与第三气室之间;所述气体入口与第一导通口、第一导通口与第二导通口均彼此错位排布。
作为优选的,所述第一导通口为均匀设置;所述第二导通口为均匀设置。
作为优选的,所述阴极与阳极间加设有3000V~5000V的高压电场;所述电场的电场强度、磁场产生部件产生磁场的磁场强度以及粒子的旋转半径根据要求配合设置。电离室内设置3000V~5000V的高压电场,和对应于电离室所需发生粒子旋转直径的宽度,以及相对于电离室宽度的磁场的强度,三者相互制约和配合,当气体进入电离室时,3000V以上的高压迫使部分气体发生电离,当气体电离后所形成的阳离子和电子在洛仑兹力的作用下发生偏转,在电场中加速,从而碰撞其它的气体分子,致使更多的气体分子发生电离,周而复始,电离的分子越来越多,电离度也越来越高;同时,离子或电子在旋转的过程中被随机的甩出跑道出口时,或者气体碰撞过程中改变方向而逃逸到出口处,当电离室内气体分子的不断电离与不断逃逸达到平衡时,就是电离体系内的相对平衡浓度,也称为电离效率,电离效率的多少主要取决于电压的高低,电离室的宽度,磁场的强弱以及阳阴极板之间的距离,同时跑道出口的坡度角等因素。
作为优选的,所述第二气室室壁上设置有凸块,所述第二导通口沿气流方向设置于凸块处。
作为优选的,所述工作气体为氩气、氮气、乙炔、氧气、氢气、甲烷等气体的至少一种。如混合气体中含有乙炔时,本发明的电离室的宽度、阴极和阳极之间的距离其具体值以电离乙炔气体为主要考虑对象。
作为优选的,所述磁场产生部件为单个的永磁铁或是至少两个同向设置的永磁铁。其同向设置是指至少两个的永磁铁为共线设置,并且至少两个的永磁铁的N极指向同一方向。
本发明的有益效果在于:1)、本发明设有用于工作气体降低流速、均匀分布的气体均布室,在对工作气体进行电离时,测其离子射出口的电流,未设置气体均布室的离子源的工作电流仅为1.5A;设置有气体均布室时其工作电流能达到5~8A;未设置气体均布室的离子源在对氩气、氮气、乙炔电离时,其电离率为10~15%;设置有气体均布室时离子源在对氩气、氮气、乙炔电离时,其电离率分别为65%、35%、37%。其远远高于未设置气体均布室时的数据。因上可知,本发明的离子源具有较高的离化效率。
工作气体(如氩气)分别经过第一气室、第二气室与第三气室;工作气体从气体进入口进入第一气室后,再由与气体进入口水平交错设置的第一导通口流出第一气室而进人第二气室;第二导通口延伸入第二气室内,进入第二气室的工作气体以一定速度的打到第二气室的内壁上,进一步降低了工作气体的流速,也有利于多组分工作气体的混合;经旋转后,从第二导通口流出第二气室,进入第三气室;第三气室延伸入电离室内,其气体出口可以将氩气平缓的送入电离室的电离区域。流速进一步变得缓慢,当为多种工作气体的混合时,则可以使工作气体更加均匀的混合,从而提高离化效率。
以氩气为代表的工作气体(气体混合气体也是相同的)位于电离室时,在正交的电磁场作用下电离,生成Ar+和e-,带电粒子在电场中加速和磁场中不断改变运动方向的共同作用下,使其氩离子可以从离子射出口射出,完成离子源对射出离子的要求。
本发明提供的增强型离子源可以设计为长条状的,其长度最高可以设计到2m;离子的旋转半径所对应的离子源的高度可以为100-130mm。此大尺寸的设计可以扩宽离子源的适用范围,并可以实现高效率的工作。
附图说明
图1为本发明的增强型离子源的示意图;
图2为图1的剖面示意图;
图3为图2的简易视图。
1-离子源腔室;2-阳极;3-磁场产生部件;4-气体均布室;41-气体入口;42-气体出口;43-第一气室;44-第二气室;45-第三气室;46-第一导通口和47-第二导通口;5-离子射出口;6-阴极;7-电离室。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案做出更为具体的说明:
实施例1
如图1-3所示,本发明的一种增强型离子源,包括离子源腔室1,离子源腔室1的室壁上一侧设有气体入口41,另一侧设有离子射出口5;所述离子源腔室1内设置有阳极2、磁场产生部件3、用于工作气体电离的电离室7及用于工作气体降低流速、均匀分布的气体均布室4;电离室7的室壁可为整个的阴极6,其电离室7内中部设置有与阳极2;阳极2与用于离子射出的离子射出口5与阴极6设于离子源腔室1的同侧室壁平行设置;离子射出口5设于阴极6的避让区域;分别用于工作气体进入、流出气体均布室4的气体入口41、气体出口42设于气体均布室4的两侧室壁上;所述气体均布室4通过气体出口42与电离室7导通连接;所述阴极6与阳极2之间形成电场的电场线与磁场产生部件3产生的磁感线相垂直设置,也即是磁场和电场相垂直设置。
实施例2
在实施例1的基础上,所述气体均布室4为至少3个相互串联的气室。气体均布室4至少包括第一气室43、第二气室44与第三气室45;所述气体入口41设于第一气室43的室壁上,气体出口42设于第三气室45的室壁上。第一气室43与第二气室44、第二气室44与第三气室45分别设置有导通的第一导通口46和第二导通口47;所述第一导通口46设于第一气室43与第二气室44之间;所述第二导通口47设于第二气室44与第三气室45之间。
实施例3
在实施例2的基础上,所述第一导通口46至少设置2个,并呈均匀排布;所述第二导通口47至少设置2个,且为均匀布置;所述气体入口41与第一导通口46、第一导通口46与第二导通口47两两之间水平向上错位设置。所述第二气室44内壁设置有凸块,于此凸块处,设置有第二导通口47。凸块是向第一气室43方向延伸,到接近第一气室43的室壁。
实施例4
在实施例1的基础上,所述工作气体为氩气、氮气、乙炔、氧气、氢气、甲烷等气体的至少一种。所述磁场产生部件3为单个的永磁铁,或是一个以上同向设置的永磁铁;其同向设置的解释为:一个以上的永磁铁设置在同一条线上,并且N极共同指向同一个点。永磁铁的设置方向是与阴极阳极之间形成电场内的电场线相垂直。以垂直于纸面,纸外视角为外,图3所示的,图中的N极是向外的;除此设置以外,N极和S极可以进行位置调换,使得S极向外设置。
实施例5
在实施例4的基础上,所述的离子源为长条型的,其横截面为长方形(如图1),以气体均布室4的外壁方向与阴极6所在的室壁之间的距离为离子源的宽,沿永磁铁设置的方向为长,根据离子在电离室7内受到的洛伦磁力计算出的离子旋转半径所对应设置的离子源的高度;离子源的长度是宽度的3倍以上。电离室7内设置3000V~5000V的高压电场,和对应于电离室7所需发生粒子旋转直径的宽度,以及相对于电离室7的磁场的强度,三者相互制约和配合。当气体进入电离室7时,3000V以上的高压迫使部分气体发生电离,当气体电离后所形成的阳离子和电子在洛仑兹力的作用下发生偏转,在电场中加速,从而碰撞其它的气体分子,致使更多的气体分子发生电离,周而复始,电离的分子越来越多,电离度也越来越高;同时,离子或电子在旋转的过程中被随机的甩出跑道出口时,或者气体碰撞过程中改变方向而逃逸到出口处,当电离室内气体分子的不断电离与不断逃逸达到平衡时,就是电离体系内的相对平衡浓度,也称为电离效率,电离效率的多少主要取决于电压的高低,电离室7的宽度,磁场的强弱以及阳阴极板之间的距离,同时跑道出口的坡度角等因素。其第一导通口46为多个,且为等间距布置;所述也是第二导通口47为多个,且为等间距布置。第一导通口46和第二导通口47水平方向错位设置。
实施例6
在实施例1-5任意一项所述离子源的基础上,本发明包含内设有如上离子源的镀膜装置。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种增强型离子源,包括离子源腔室(1),其特征在于:所述离子源腔室(1)沿工作气体流动方向依次设置有气体入口(41)、气体均布室(4)、气体出口(42)、电离室(7)与离子射出口(5);所述电离室(7)用于工作气体的电离;所述气体均布室(4)用于工作气体的流速降低和气体均匀分布。
2.根据权利要求1所述的一种增强型离子源,其特征在于:所述电离室(7)内设有电场产生部件和磁场产生部件(3);所述电场产生部件包括平行设置的阴极(6)与阳极(2);所述阳极(2)位于电离室(7)中部;所述阴极(6)与离子射出口(5)分别设于电离室(7)的壁上;所述磁场产生部件(3)的设置方向与电场产生部件的电场线方向相垂直。
3.根据权利要求1所述的一种增强型离子源,其特征在于:所述气体均布室(4)为至少3个相串联的气室。
4.根据权利要求3所述的一种增强型离子源,其特征在于:所述气室数至少包括第一气室(43)、第二气室(44)与第三气室(45);所述气体入口(41)设于第一气室(43)的室壁上,气体出口(42)设于第三气室(45)的室壁上;所述第一气室(43)与第二气室(44)、第二气室(44)与第三气室(45)之间分别设置有用于气流导通的第一导通口(46)和第二导通口(47);所述气体入口(41)与第一导通口(46)、第一导通口(46)和第二导通口(47)均彼此错位排布。
5.根据权利要求4所述的一种增强型离子源,其特征在于:所述第一导通口(46)为均匀设置;所述第二导通口(47)为均匀设置。
6.根据权利要求1所述的一种增强型离子源,其特征在于:所述阴极(6)与阳极(2)间加设有3000V~5000V的高压电场;所述电场的电场强度、磁场产生部件(3)产生磁场的磁场强度以及粒子的旋转半径满足洛伦茨力公式。
7.根据权利要求4所述的一种增强型离子源,其特征在于:所述第二气室(44)室壁上设置有凸块,所述第二导通口(47)沿气流方向设置于凸块处。
8.根据权利要求7所述的一种增强型离子源,其特征在于:所述凸块靠近第一气室(43)的室壁。
9.根据权利要求1所述的一种增强型离子源,其特征在于:所述工作气体为氩气、氮气、乙炔、氧气、氢气、甲烷的至少一种。
10.根据权利要求1所述的一种增强型离子源,其特征在于:所述磁场产生部件(3)为永磁铁。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103887133A (zh) * 2014-04-01 2014-06-25 南京迪奥赛真空科技有限公司 一种磁场增强型线性大面积离子源
CN104878392A (zh) * 2015-06-24 2015-09-02 安徽纯源镀膜科技有限公司 离子束清洗刻蚀设备
CN105331953A (zh) * 2014-07-23 2016-02-17 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 进气装置以及半导体加工设备
US9607819B1 (en) * 2016-02-03 2017-03-28 The Charles Stark Draper Laboratory Inc. Non-radioactive, capacitive discharge plasma ion source and method
CN210272248U (zh) * 2018-11-28 2020-04-07 合肥如一真空设备有限公司 一种增强型离子源

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103887133A (zh) * 2014-04-01 2014-06-25 南京迪奥赛真空科技有限公司 一种磁场增强型线性大面积离子源
CN105331953A (zh) * 2014-07-23 2016-02-17 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 进气装置以及半导体加工设备
CN104878392A (zh) * 2015-06-24 2015-09-02 安徽纯源镀膜科技有限公司 离子束清洗刻蚀设备
US9607819B1 (en) * 2016-02-03 2017-03-28 The Charles Stark Draper Laboratory Inc. Non-radioactive, capacitive discharge plasma ion source and method
CN210272248U (zh) * 2018-11-28 2020-04-07 合肥如一真空设备有限公司 一种增强型离子源

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