CN116180020A - 蒸发源 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种蒸发源，蒸发源包括：电子束发射器，用于发射电子束；偏转磁场组件，用于产生偏转磁场，以偏转和/或聚焦电子束,轰击蒸发材料；扫描磁场组件，用于产生扫描磁场，以改变电子束的轰击位置。

Description

蒸发源

技术领域

本公开涉及真空镀膜技术领域，特别涉及一种蒸发源。

背景技术

磁偏转电子束蒸发源是一种安装在真空环境中，通过磁场和电场的组合对电子束进行偏转，轰击靶材，以实现材料的蒸发的装置。传统技术中的蒸发源包括单个坩埚和磁偏转装置，束斑单一，不可调节，无法测温。且水冷效果弱，磁偏转装置结构维修复杂，运行不稳定，束斑易发散。另外，传统结构偏笨重且大，不易安装维护。

发明内容

本公开提供了一种蒸发源，包括：电子束发射器，用于发射电子束；偏转磁场组件，用于产生偏转磁场，以偏转和/或聚焦电子束,轰击蒸发材料；扫描磁场组件，用于产生扫描磁场，以改变电子束的轰击位置。

在一些实施例中，偏转磁场组件包括：至少一个偏转磁体；偏转导磁体组件，与至少一个偏转磁体磁耦合；偏转导磁体组件包括：第一偏转导磁体，设置在电子束发射器的第一侧；以及第二偏转导磁体，设置在电子束发射器的第二侧，第二侧与第一侧相对。

在一些实施例中，第一偏转导磁体包括至少一块梯形的导磁板；和/或第二偏转导磁体包括至少一块梯形的导磁板。

在一些实施例中，扫描磁场组件包括至少一个第一扫描组件和至少一个第二扫描组件，第一扫描组件包括：第一磁芯；以及第一线圈，缠绕在第一磁芯上，用于产生扫描横向磁场，第二扫描组件包括：第二磁芯；以及第二线圈，缠绕在第二磁芯上，用于产生扫描纵向磁场。

在一些实施例中，扫描磁场组件包括：至少一个扫描磁体；扫描导磁体组件，与至少一个扫描磁体磁耦合；扫描导磁体组件包括：第一扫描导磁体，设置在电子束发射器的第一侧；以及第二扫描导磁体，设置在电子束发射器的第二侧，第二侧与第一侧相对。

在一些实施例中，第一扫描导磁体包括至少一块梯形的第一导磁框架，第一导磁框架围绕在第一偏转导磁体外，与第一偏转导磁体相适配；和/或第二扫描导磁体包括至少一块梯形的第二导磁框架，第二导磁框架围绕在第二偏转导磁体外，与第二偏转导磁体相适配。

在一些实施例中，蒸发源还包括：基座，包括坩埚凹槽，用于盛放坩埚，电子束发射器设置在坩埚的前侧，偏转磁场组件设置在基座的左侧和/或右侧，以限定电子束的通道；扫描磁场组件设置在电子束的通道的左侧和/右侧。

在一些实施例中，基座还包括：凹型结构，设置在坩埚的前侧；电子束发射器包括发射端，发射端设置在凹型结构的凹陷内。

在一些实施例中，第一扫描组件设置在凹型结构的顶部；第二扫描组件设置在凹型结构的侧壁上。

在一些实施例中，蒸发源还包括：冷却组件，包括：循环腔，开设在基座内，与基座热耦合；进液管，与循环腔连通，用于向循环腔输送冷却液；出液管，与循环腔连通且套设在进液管外，用于将冷却液排出循环腔。

根据本公开一些实施例的蒸发源能够带来有益的技术效果。例如，本公开一些实施例的蒸发源能够解决常规技术中以下问题中的一项或多项：束斑不可调节，无法测温；且水冷效果弱，磁偏转装置结构维修复杂，运行不稳定，束斑易发散；结构偏笨重且大，不易安装维护，能够实现通过调节束斑以对蒸发材料进行扫描、结构紧凑、安装维护简便、运行稳定、水冷效果好以及能够及时测量蒸发源的温度的技术效果中的一项或多项。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本公开一些实施例的蒸发源的结构示意图；

图2示出根据本公开一些实施例的蒸发源的部分结构示意图；

图3示出根据本公开一些实施例的蒸发源的部分截面示意图；

图4示出根据本公开一些实施例的蒸发源的部分结构侧视图；

图5示出根据本公开一些实施例的基座的结构示意图。

在上述附图中，各附图标记分别表示：

100 蒸发源

10 电子束发射器

11 发射端

12 第一电极

13 第二电极

14 第一电馈通

15 第二电馈通

20 偏转磁场组件

21 偏转磁体

22 偏转导磁体组件

221 第一偏转导磁体

222 第二偏转导磁体

221a、221b、222a、222b梯形导磁板

30 扫描磁场组件

31 第一扫描组件

311 第一磁芯

32 第二扫描组件

321 第二磁芯

33 扫描磁体

34 扫描导磁体组件

341 第一扫描导磁体

3411 第一导磁框架

342 第二扫描导磁体

3421 第二导磁框架

40 基座

41 坩埚凹槽

42 凹型结构

421 顶部凹槽

422 侧壁凹槽

50 冷却组件

51 循环腔

52 进液管

53 出液管

60 热电偶

具体实施方式

下面将结合附图对本公开一些实施例进行描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开示例性实施例，而不是全部的实施例。

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接；可以是两个元件内部的连通。在本公开的描述中，远端或远侧是指深入真空环境(例如，真空腔)的一端或一侧，近端或近侧是与远端或远侧相对的一端或一侧(例如，远离真空腔的一端或一侧，或者真空腔内靠近真空腔壁的一端或一侧等等)。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

图1示出根据本公开一些实施例的蒸发源100的结构示意图。

如图1所示，蒸发源100可以包括电子束发射器10、偏转磁场组件20以及扫描磁场组件30。电子束发射器10能够用于发射电子束。偏转磁场组件20能够用于产生偏转磁场，以偏转电子束，轰击蒸发材料。扫描磁场组件30能够用于产生扫描磁场，以改变电子束的轰击位置。

在本公开的一些实施例中，偏转磁场组件20能够使电子束发射器10发射的电子束偏转约270°，以轰击加热蒸发材料。能量密度极高的电子束以极高的速度轰击蒸发材料，在极短时间(例如，几分之微秒)内，电子束能量的大部分转变为热能，使得蒸发材料表面达到几千摄氏度高温，从而引起蒸发材料的局部熔化和汽化，以对衬底进行镀膜。扫描磁场组件30通过磁场改变电子束轰击位置，使得电子束的束斑能够在蒸发材料的表面上移动，对坩埚内各个位置的蒸发材料进行加热，提高蒸发材料的利用效率。

图2示出根据本公开一些实施例的蒸发源100的部分结构示意图，图3示出根据本公开一些实施例的蒸发源100的部分截面示意图。为了方便图示，在图2和图3中省略了一些部件。

如图1-图3所示，在本公开的一些实施例中，电子束发射器10可以包括发射端11、第一电极12和第二电极13。发射端11能够用于发射电子。第一电极12设置在发射端11的一端并且与发射端11的第一输入端连接，能够用于将发射端11的第一输入端与第一负高压连接。第二电极13设置在发射丝21的另一端并且与发射端11的第二输入端连接，能够用于将发射端11的第二输入端与第二负高压连接。第一电极12和第二电极13之间始终保持绝缘，防止第一电极12和第二电极13之间相互导通，从而避免造成发射端11短路从而致使发射端11损坏。例如，在本公开的一些实施例中，第一电极12和第二电极13可以固定设置在绝缘陶瓷片上，彼此之间始终保持距离，防止第一电极12和第二电极13之间相互导通。绝缘陶瓷片可以设置在基座40上，使得第一电极12和第二电极13可以固定在基座40上，并与基座40绝缘。在本公开的一些实施例中，第一电极12和第二电极13之间也可以固定设置陶瓷绝缘片，防止第一电极12和第二电极13之间相互导通。

如图1-图3所示，电子束发射器10还可以包括第一电馈通14和第二电馈通15。第一电馈通14与第一电极12连接，能够将第一电极12与第一负高压导通，第二电馈通15与第二电极13连接，能够将第二电极13与第二负高压导通。

如图2和图3所示，在本公开的一些实施例中，偏转磁场组件20可以包括偏转磁体21和偏转导磁体组件22。偏转导磁体组件22与偏转磁体磁21磁耦合。偏转导磁体组件22可以包括第一偏转导磁体221和第二偏转导磁体222。第一偏转导磁体221设置在电子束发射器10的第一侧(例如，图1和图2所示的右侧)，第二偏转导磁体222设置在电子束发射器10的第二侧(例如，图1和图2所示的左侧)，第二侧与第一侧相对设置。偏转磁体21可以包括永磁体或电磁体，偏转磁体21与偏转导磁体组件22磁耦合，使偏转导磁体组件22被磁化，产生磁场使得电子束发生偏转，以轰击加热坩埚内的蒸发材料。

本领域技术人员可以理解，虽然本公开的一些实施例中仅示出一个偏转磁体21，但是偏转磁体的数量可以大于一，例如两个。

如图2所示，在本公开的一些实施例中，第一偏转导磁体221可以具有类梯形的形状。在本公开中，类梯形是指梯形或者类似梯形的形状，类似梯形的形状可以包括一侧尺寸大于另一侧、总体上类似于梯形的形状，例如，缺角的梯形、底边不平行的类似梯形、腰边分段的类似梯形等等。例如，第一偏转导磁体221可以具有缺角梯形的形状，一侧(例如，图1和图2所示的右侧)的尺寸大于另一侧(例如，图1和图2所示的左侧)的尺寸。为了描述清楚，如图2所示，第一偏转导磁体221可以包括两个梯形导磁板部分(例如，梯形导磁板部分221a、梯形导磁板部分221b)。第二偏转导磁体222可以具有与第一偏转导磁体221类似的结构，以下仅以第一偏转导磁体221为例进行说明。类梯形的第一偏转导磁体221能够在保证磁场强度的同时，紧凑结构，节省空间，使得蒸发源100的安装法兰大小不变的情况下，容纳更大容量的坩埚，例如，将蒸发源100安装在CF63法兰上时，可选坩埚容量为2CC–7CC。此外，第一偏转导磁体221和第二偏转导磁体222之间除了产生磁力线平行的偏转磁场外，也可以产生弧形磁场，能够用于对电子束进行偏转和/或聚焦。

本领域技术人员可以理解，虽然图2中示出第一偏转导磁体221的形状，但这仅是示例性的，第一偏转导磁体221和/或第二偏转导磁体222也可以为其他合适形状，例如，梯形、矩形等。

图4示出根据本公开一些实施例的蒸发源100的部分结构侧视图，为了清楚说明扫描磁场组件30，图4中省略了电子束发射器10的第一侧的第一偏转导磁体221。

如图1-图4所示，在本公开的一些实施例中，扫描磁场组件30可以包括第一扫描组件31和第二扫描组件32。第一扫描组件31可以包括第一磁芯311和第一线圈(图中未示出)。第一线圈缠绕在第一磁芯311上，能够用于产生扫描横向磁场。第二扫描组件32可以包括至少一个(例如，一对)第二磁芯321和至少一个(例如，一对)第二线圈(图中未示出)。例如，一对第二磁芯321可以相对设置在电子束发射器10的第一侧和第二侧。第二线圈缠绕在第二磁芯321上，能够用于产生扫描纵向磁场。第一磁芯311和第二磁芯321均采用“工”字形，能够增大磁场范围。可以向第一线圈和第二线圈通交流电，例如正弦交流电，通过改变正弦交流电的振幅和频率，能够调整第一扫描组件31和第二扫描组件32产生的扫描磁场，从而调节电子束在坩埚内的扫描位置，使得蒸发材料的有效面积增加，提高使用效率，降低使用成本。

本领域技术人员可以理解，本公开中的横向扫描磁场是指能够使电子束斑在x方向上扫描的磁场，纵向扫描磁场是指能够使电子束斑在y方向上扫描的磁场。x、y方向可以根据具体实施例进行定义。例如，y方向可以定义为沿电子轨迹的方向，x方向定义为与y方向垂直，并且x-y平面可以定义为与坩埚上表面平行。

本领域技术人员可以理解，扫描磁场组件30也可以仅包括第一扫描组件31或第二扫描组件32，或者除了第一扫描组件31和第二扫描组件32之外，在本公开的一些实施例中，扫描磁场组件30还可以包括其他附加扫描组件。

如图1-图4所示，在本公开的一些实施例中，扫描磁场组件30还可以包括至少一个(例如，一对)扫描磁体33和扫描导磁体组件34。扫描导磁体组件34与扫描磁体磁33磁耦合，扫描导磁体组件34可以包括第一扫描导磁体341和第二扫描导磁体342。第一扫描导磁体341设置在电子束发射器10的第一侧，第二扫描导磁体342设置在电子束发射器10的第二侧，第二侧与第一侧相对。

在本公开的一些实施例中，一对扫描磁体33相对设置在电子束发射器10的第一侧和第二侧，可以包括永磁体或电磁体。第一扫描导磁体341和第二扫描导磁体342分别与一对扫描磁体33磁耦合，在扫描磁体33的作用下产生磁场，能够加强用于y方向扫描的扫描磁场，以辅助第二扫描组件32控制电子束进行y方向上的扫描。在安装空间较小的情况下，第二扫描组件32体积受限，第二线圈的圈数较少时，y方向的扫描磁场强度随之减弱，第一扫描导磁体341和第二扫描导磁体342能够在扫描磁体33的作用下对y方向的扫描磁场进行辅助加强。

如图1-图4所示，在本公开的一些实施例中，第一扫描导磁体341可以包括第一导磁框架3411，第一导磁框架3411围绕在第一偏转导磁体221外，与第一偏转导磁体221相适配，例如第一偏转导磁体221可以嵌入第一导磁框架3411。第二扫描导磁体342可以包括第二导磁框架3421，第二导磁框架3421围绕在第二偏转导磁体222外，与第二偏转导磁体222相适配，例如第二偏转导磁体222可以嵌入第二导磁框架3421。第一扫描导磁体341和第二导磁框架3421可以具有类梯形的形状。

在本公开的一些实施例中，第一扫描导磁体341和第一偏转导磁体221之间留有空隙，使得第一扫描导磁体341和第一偏转导磁体221产生磁场互不影响，有效合理地提供了磁场的磁感应能力。类似地，第二扫描导磁体342和第二偏转导磁体222之间留有空隙，使得第二扫描导磁体342和第二偏转导磁体222产生磁场互不影响，有效合理地提供了磁场的磁感应能力。

图5示出根据本公开一些实施例的基座的结构示意图。

如图1-图5所示，在本公开的一些实施例中，蒸发源100还可以包括基座40。基座40可以包括坩埚凹槽41，能够用于盛放坩埚。坩埚凹槽41的底面具有15°-25°的倾斜角度，其盛放的坩埚也具有15°-25°的倾斜角度，能够适应实际使用中各种形状的真空腔体，有效保证镀膜质量。在本公开的一些实施例中，偏转磁体21的顶面也设置有15°-25°的倾斜角度，能够用于适配倾斜的坩埚，如图3所示。电子束发射器10设置在坩埚的前侧，偏转磁场组件20设置在基座的左侧和右侧，以限定电子束的通道。扫描磁场组件30的第一扫描组件31和第二扫描组件32分别设置在电子束的通道的左侧和右侧。

如图5所示，在本公开的一些实施例中，基座40还可以包括凹型结构42。凹型结构42设置在坩埚的前侧，电子束发射器10可以包括发射端11，发射端11设置在凹型结构42的凹陷内。

如图1-图5所示，在本公开的一些实施例中，第一扫描组件31设置在凹型结构42的顶部凹槽421内，第二扫描组件32设置在凹型结构42的侧壁凹槽422内。

如图1-图5所示，在本公开的一些实施例中，蒸发源100还可以包括冷却组件50。如图3所示，冷却组件50可以包括循环腔51、进液管52以及出液管53。循环腔51开设在基座40内，与基座40热耦合。进液管52与循环腔51连通，能够用于向循环腔51输送冷却液。出液管53与循环腔51连通且套设在进液管52外，能够用于将冷却液排出循环腔51。冷却液可以包括任何合适的液体，例如水。在本公开的实施例中，循环腔51设置在坩埚凹槽41与偏转磁体21之间，并与坩埚凹槽41与偏转磁体21尽可能紧密贴合，能够有效地与坩埚和偏转磁体21进行热交换降温。

如图1-图5所示，在本公开的一些实施例中，蒸发源100还可以包括热电偶(图中未示出)和电磁馈通60。热电偶与基座40热耦合，并通过电磁馈通60信号反馈，能够用于实时测量基座40的温度，对温度进行监控，防止在水冷组件50未工作的情况下对坩埚内的材料进行高温加热。热电偶可以与高压电源(例如，第一负高压、第二负高压)的保护端口连接，并设置温度监控阈值(例如，80℃-100℃)，一旦基座40的温度达到阈值，高压电源断电，防止未通水操作损伤蒸发源100。

本领域技术人员可以理解，在图1中省去了电磁馈通60和热电偶与基座40的连接，以便使附图更加清楚、简洁。

需要指出的是，以上仅为本公开的示例性实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蒸发源，其特征在于，包括：

电子束发射器，用于发射电子束；

偏转磁场组件，用于产生偏转磁场，以偏转和/或聚焦所述电子束,轰击蒸发材料；

扫描磁场组件，用于产生扫描磁场，以改变所述电子束的轰击位置。

2.根据权利要求1所述的蒸发源，其特征在于，所述偏转磁场组件包括：

至少一个偏转磁体；

偏转导磁体组件，与所述至少一个偏转磁体磁耦合；

所述偏转导磁体组件包括：

第一偏转导磁体，设置在所述电子束发射器的第一侧；以及

第二偏转导磁体，设置在所述电子束发射器的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对。

3.根据权利要求2所述的蒸发源，其特征在于，

所述第一偏转导磁体包括至少一块类梯形的导磁板；和/或

所述第二偏转导磁体包括至少一块类梯形的导磁板。

4.根据权利要求2所述的蒸发源，其特征在于，所述扫描磁场组件包括至少一个第一扫描组件和至少一个第二扫描组件，

所述第一扫描组件包括：

第一磁芯；以及

第一线圈，缠绕在所述第一磁芯上，用于产生扫描横向磁场，

所述第二扫描组件包括：

至少一个第二磁芯；以及

至少一个第二线圈，所述第二线圈缠绕在所述第二磁芯上，用于产生扫描纵向磁场。

5.根据权利要求4所述的蒸发源，其特征在于，所述扫描磁场组件包括：

至少一个扫描磁体；

扫描导磁体组件，与所述至少一个扫描磁体磁耦合；

所述扫描导磁体组件包括：

第一扫描导磁体，设置在所述电子束发射器的第一侧；以及

第二扫描导磁体，设置在所述电子束发射器的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对。

6.根据权利要求5所述的蒸发源，其特征在于，

所述第一扫描导磁体包括类梯形的第一导磁框架，所述第一导磁框架围绕在所述第一偏转导磁体外，与所述第一偏转导磁体相适配；和/或

所述第二扫描导磁体包括类梯形的第二导磁框架，所述第二导磁框架围绕在所述第二偏转导磁体外，与所述第二偏转导磁体相适配。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的蒸发源，其特征在于，还包括：

基座，包括坩埚凹槽，用于盛放坩埚，

所述电子束发射器设置在所述坩埚的前侧，

所述偏转磁场组件设置在所述基座的左侧和/或右侧，以限定所述电子束的通道；

所述扫描磁场组件设置在所述电子束的所述通道的左侧和/右侧。

8.根据权利要求7所述的蒸发源，其特征在于，所述基座还包括：

凹型结构，设置在所述坩埚的前侧；

所述电子束发射器包括发射端，所述发射端设置在所述凹型结构的凹陷内。

9.根据权利要求8所述的蒸发源，其特征在于，所述第一扫描组件设置在所述凹型结构的顶部凹槽内；所述第二扫描组件设置在所述凹型结构的侧壁上。

10.根据权利要求7所述的蒸发源，其特征在于，还包括：

冷却组件，包括：

循环腔，开设在所述基座内，与所述基座热耦合；

进液管，与所述循环腔连通，用于向所述循环腔输送冷却液；

出液管，与所述循环腔连通且套设在所述进液管外，用于将冷却液排出所述循环腔；和/或

热电偶，与所述坩埚热耦合，用于测量所述坩埚的温度。

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