CN1946870A - 中和器 - Google Patents

Abstract

本发明以低成本且高维护性的构成提供一种中和器，即使电极热膨胀也不会变形及破损。该中和器具有丝极、使电流流过该丝极的一对电极、及在绝缘状态下支承一对电极的基座，其中，该中和器构成为具有如下的保持装置：将一对电极和基座在相对位置至少在一方向上可以变动的状态下保持。

Description

中和器

技术领域

本发明涉及从施加了电压的丝极放出热电子的机构、即中和器。

背景技术

在真空蒸镀法等中，使导入真空槽内部的气体电离，通过由产生的阳离子将蒸镀分子向基板推压，形成粘附力强且致密的薄膜的方法通常称为Ion Assist Deposition(离子辅助沉积，下面称作IAD)。

图6是使用了IAD法的光学薄膜用真空蒸镀装置的概略图，下面说明同图所示的装置的薄膜形成的概要。

为进行真空排气，而在真空槽30主体上安装由主泵32、主阀34、粗真空泵33、粗阀35及辅助阀36等构成的排气系统。在真空槽主体30内部配置基板41、搭载基板41的基板圆顶42、用于加热基板41的基板加热用加热器43、蒸镀材料39、加入蒸镀材料39的坩锅38、将蒸镀材料39加热到蒸发温度的电子枪40、蒸镀结束时关闭而将蒸镀材料39遮蔽的挡板(shutter)37、照射用于进行辅助的离子的离子源31、对基板圆顶42放出电子的中和器46等，且在真空槽外部配置基板圆顶旋转机构44及未图示的各种电源等。

IAD中，通常为了利用具有正电荷的阳离子辅助蒸镀分子，而在基板或搭载基板的基板圆顶贮存阳离子，使基板圆顶整体带正电荷。该现象称为充电。

当充电发生时，在基板圆顶和为接地电位的其它构成部件之间发生绝缘破坏，产生电弧放电。另外，由于基板圆顶整体具有正电荷，从而也产生阳离子不朝向基板圆顶而使辅助效果减弱的不良情况。

图7表示充电之前，图8表示说明充电时的基板圆顶42的样态的示意图。

如图7所示，基板圆顶42如果为未进行充电的状态，则蒸镀分子50可通过阳离子51辅助，飞向基板圆顶42，而形成致密的薄膜。但是，如图8所示，当基板圆顶42为正在充电的状态时，基板圆顶42和阳离子51之间的电位差减少，辅助效果减弱。还有，在基板圆顶42其它构成部件53之间产生电弧放电52。

中和器46是为防止基板圆顶42的充电而将具有负电荷的电子向基板圆顶42放出，在基板圆顶42上进行电中和的机构，例如公开于有关光学元件的成膜装置的专利文献1等中。

由于中和器机构是放出电子的机构，因此，其也起到使加速了的电子与导入真空槽内部的气体冲撞，促进电离，产生等离子体的作为触发器的作用。

图9表示现有的中和器46的概略剖视图。

同图所示的中和器具有：放出热电子的丝极60；对丝极60施加加速电压，通以丝极电流的电极61；相对于电极61固定丝极60的丝极压板62；将电极61和丝极压板62连接的螺钉63；安装电极61的基座64；使电极61间绝缘的电极间绝缘体65；使电极61和基座64间绝缘的基座绝缘体66；覆盖电极61及丝极60的帽67；覆盖帽67并引导从丝极60放出的热电子的阳极帽68。

该构成中，将真空槽外部电源的配线与电极61连接，对固定于电极61上的丝极60施加加速电压，在丝极上流过电流，从丝极60放出热电子。阳极帽68及基座64接地，从丝极60放出的电子被引向接地电位的阳极帽68，朝向基板圆顶42照射。当然也可以给予阳极帽68正电位。

在帽67和电极61、阳极帽68和基座64上，相互开设细的螺纹，构成拧入的构造。其它构成部件通过螺钉固定而固定。

在利用图6所示的装置进行蒸镀时，首先，在基板圆顶42上设置进行蒸镀的基板41。然后，将蒸镀材料39放入坩锅38内。之后，在使用粗真空泵33及粗阀35将真空槽内抽真空到数Pa程度的压力后，使用主泵32、主阀34及辅助阀36等真空排气至高真空。真空槽内形成真空状态后，利用基板圆顶旋转基构44使基板圆顶42旋转，使用基板用加热器43加热基板41。如果真空度及基板温度到达目标值，则从电子枪40向蒸镀材料39照射电子束，使蒸镀材料39升温至蒸发温度。另外，使用离子源(离子枪)31照射离子。离子化装置不限于离子源，例如只要适宜选择装置，对基板圆顶施加高频电压(下面称作RF)或导入天线对其施加RF而在真空槽内部产生等离子体来进行离子化等即可。当打开挡板37时，蒸镀材料39在真空槽内飞散，通过用离子辅助使其在基板42上堆积，从而形成致密的薄膜。与此同时，从中和器46向基板放出电子。如果膜厚达到目标值，则挡板37关闭，将电子枪40及中和器46、基板加热用加热器43、以及离子源31等停止，在冷却后，将大气导入真空槽内，之后将形成有薄膜的基板取出。

专利文献1：特开2004-131783号公报

由于中和器为从通过电阻加热发热的丝极放出热电子的机构，因此，丝极及电极在通电时上升到高温度。

现有的中和器机构为进行绝缘而将电极用螺钉固定在绝缘体上，但是，由于电极和绝缘体的热膨胀系数不同，因此在通电时电极的膨胀大大超过绝缘体，从而产生绝缘体变形及破损这样的问题。

例如，在将不锈钢SUS304用作电极材料，将氧化铝制绝缘体用作绝缘体材料时，由于不锈钢SUS304的线膨胀系数约为17.3E-6，氧化铝制绝缘体的线膨胀系数约为7.0E-6，因此，当在丝极上流过电流，组件内的温度上升到数百℃时，线膨胀系数之差使不锈钢热膨胀至极高于绝缘体。此时，由于电极间绝缘体被电极夹着，用螺钉可靠地固定，因此，在热膨胀时产生变形及破损。另外，由于基座绝缘体也用螺钉固定向基座内部，因此，热膨胀时同样产生变形及破损。

另外，现有的中和器机构中，将阳极帽及帽拆下，松开丝极安装螺钉来进行丝极的更换，但由于阳极帽及帽为用细的螺纹拧入的构造，因此，在中和器使用后其主体上残留余热时，存在在该细螺纹上产生咬紧等的问题。而且，当不能均匀地紧固丝极安装螺钉时，受丝极通电时加热的影响，也可能产生丝极压板的破损、丝极安装螺钉的咬紧、松动等，且存在更换丝极时的作业性产生个人差异的问题。

另外，现有的中和器机构中，在需要使用两个丝极的情况下，需要搭载两个图9所示的中和器机构整体，其结果使部件数量增加二倍，也产生了真空槽内部的占有面积的增大及成本升高的问题。

发明内容

本发明的目的在于，以低成本且高维护性的构成提供一种中和器，即使电极热膨胀也不会变形及破损。

本发明第一方面提供中和器，其具有丝极、使电流流过丝极的一对电极、及在绝缘状态下支承一对电极的基座，其中，该中和器具有将一对电极和基座在相对位置至少在一方向上可以变动的状态下保持的保持装置。在此，将一方向设为与一对电极的电极间距离方向垂直的方向。另外，保持装置由固定装置及定位装置构成，固定装置将一对电极在各电极的至少一个部位固定在基座上，定位装置将一对电极在各电极的至少一个部位相对于基座定位，且一对电极和基座的相对位置至少在一方向上可以变动。另外，固定装置通过由螺栓或螺钉等构成的第一插通固定件形成，定位装置由设于一对电极上的一对第一孔、设于基座上的一对第二孔及至少贯通第一孔的第二插通固定件构成，第一或第二孔的形状和第二插通固定件的外周侧面形状具有不同的形状，第一或第二孔的面积比第二插通固定件的被基座面切断的截面积大。还有，第一或第二孔为在与一对电极的电极间距离方向垂直的方向具有长半径的大致椭圆形状或在该方向延伸了的长圆形状。而且，基座上至少与电极固定的部位由绝缘体构成。

本发明第二方面，在上述第一方面的中和器中，还具有用于将丝极固定到电极上的丝极压板，各电极的一对电极间距离方向上的截面具有向上方开口的形状的切口，丝极压板具有与该切口嵌合的形状，丝极压板用第三插通固定件固定到电极上，通过该嵌合部支承丝极的端部。还有，切口的形状为大致梯形。再有，第三插通固定件为螺栓。

本发明第三方面，在上述第一或第二方面的中和器中，其中，在电极上固定多个丝极。

本发明第四方面，在上述第一至第三方面中任一方面的中和器中，具有引出从丝极放出的电子的阳极板以及覆盖丝极及电极侧面的侧板，阳极板通过第四插通固定件固定在侧板的上表面。另外，第四插通固定件为螺栓。

本发明第五方面，在上述第一至第四方面中任一方面的中和器中，使用的插通固定件全部沿同一方向插通。

本发明第六方面提供一种固定方法，在具有丝极、施加电压使电流流过丝极的一对电极、以及在绝缘状态下支承一对电极的热膨胀系数与电极不同的基座的中和器中，将一对电极固定到基座上，其中，将一对电极和基座在相对位置至少在一方向上可以变动的状态下固定。另外，该一方向为与该一对电极的电极间距离方向垂直的方向。

本发明第七方面提供一种组装或分解的方法，将使用的全部插通固定件仅向一方向插通，组装或分解上述第一至第五方面中任一方面的中和器。

本发明的中和器，由于提出了减少部件数量，并且防止由热膨胀而产生的变形或破损的设计，因此，有助于长寿命化及成本的降低。还有，也对提高维护性、防止作业者在组装·调节时的个人差异有效。

附图说明

图1是本发明的中和器机构的外观图；

图2是本发明的中和器机构内部的概略图；

图3是定位销的具体说明图；

图4是丝极安装概略图；

图5是本发明其它实施例的概略图；

图6是光学薄膜用真空蒸镀装置的概略图；

图7是基板圆顶充电的说明图1；

图8是基板圆顶充电的说明图2；

图9是现有中和器的概略剖视图。

标号说明

1  丝极

2  电极

3  丝极压板

4  螺钉

5  中和器基座

6  阳极板

7  基座绝缘体

8  定位销

9  皿头螺钉

10 压接端子

11 阳极板

12 中和器罩

13 螺钉

20 基座绝缘体

21 定位销

22 螺钉

30 真空槽主体

31 离子源

32 主泵

33 粗真空泵

34 主阀

35 粗阀

36 辅助阀

37 挡板

38 坩锅

39 蒸镀材料

40 电子枪

41 基板

42 基板圆顶

43 基板加热用加热器

44 基板圆顶旋转机构

50 蒸镀分子

51 阳离子

52 电弧放电

53 其它构成部件

80 孔

具体实施方式

图1表示本发明实施例的外观图，图2表示内部概略图。下面，本发明的中和器搭载于与图6所示的装置相同的真空装置内，其动作与现有动作相同，故省略说明，但可实施本发明的装置不限于此。

图1及图2所示的中和器具有丝极1、施加加速电压使电流流过丝极1的电极2、将来自真空槽外部电源的配线与电极2连接的压接端子10、将丝极1对电极2固定的丝极压板3、连接电极2和丝极压板3的螺钉4、安装电极2的基座绝缘体7、覆盖电极2及丝极1的中和器罩12、引出从丝极1放出的热电子的阳极板11。

阳极板11通过安装螺钉13固定在阳极支柱6上。中和器罩12被配置于中和器基座5上，夹在中和器基座5与阳极板11之间，构成不会脱落的构造。在实施例中，考虑加工性及成本，设为将阳极板11、中和器罩12以及阳极支柱6全部分别用螺栓固定的构造，但也可以使全部构成一体而成为箱形状。

实施例中，由于不使用由细螺纹拧入的帽状的阳极68，而采用螺钉固定板状阳极的构造，因此，构成为极力抑制加热引起的咬紧等的构造。另外，由于将由帽67和阳极帽68双重覆盖的现有构造变更为一重覆盖，因此，也有助于构成的简化及维护性的提高。

电极2通过定位销8及皿头螺钉9在与中和器基座5绝缘的状态下固定在由螺钉固定于中和器基座5上的基座绝缘体7上。在实施例中，由绝缘体构成基座绝缘体7，但只要使用至少与电极2的接触面由绝缘材料构成的基座即可。

图3表示定位销8的具体说明图。设于电极2上的定位销8用的孔80为在与电极间距离方向垂直的方向上具有长半径的大致椭圆形状，大致椭圆的短半径比销8的直径稍大。另外，该大致椭圆形状是也含有使圆沿一方向伸长的长圆形的概念。由此，构成确保图3所示的箭头C方向、图2所示的箭头B方向，且可靠地确保电极间距离的构造。因此，由于为不需要图9所示的现有的电极间绝缘体65的构造，故完全没有电极间绝缘体破坏的可能性。

由于定位销8用的孔80的形状，电极2仅可向图2所示的A方向热膨胀。由于不是如现有那样电极两端用螺钉固定，而是单侧由定位销8固定，因此，即使通电将丝极1加热，电极2也可以热膨胀，从而不会在基座绝缘体7上作用强行的力，能够显著降低基座绝缘体7破坏的可能性。

同图中，将孔80设为了大致椭圆或长圆形状，但孔80的形状只要为在与电极2的电极间距离方向垂直的方向(长度方向)具有定位销8可动的自由度，且在电极间距离方向限制可动范围的形状，则也可以为其它形状。进而，在本实施例中假设定位销8的截面为圆形，但只要能够确定位置，则截面也可以不是圆形，例如也可以为多边形等其它截面形状。据此，孔80的形状也可以为与定位销8的截面形状对应的形状。

另外，上述那样形状的孔可以不设置在电极2上而设置的基座绝缘体7上，也可以设置在电极2和基座绝缘体7两者上。仅在基座绝缘体7上设置孔的情况下，既可以使定位销8贯通基座绝缘体7，也可以使定位销8的终端位于基座绝缘体7中，在定位销8贯通基座绝缘体7的情况下，需要对定位销8施行绝缘处理，使中和器基座5和定位销8绝缘。另外，在电极2和基座绝缘体7两者上设置了孔的情况下，由于定位销8被固定在中和器5上，因此，与上述相同，需要将定位销8绝缘。还有，也可以将电极2和基座绝缘体7在全部的部位用定位销8固定，但此时由于电极2的位置相对于基座绝缘体7可自由移动，因此，在实施例中，采用将一端用皿头螺栓9定位的方法。

在实施例中，采用将有可能破损的绝缘体的数量减少到只有一个，且电极和绝缘体不是用螺钉固定，而是单侧由销进行定位的构造，由此，即使电极热膨胀，也不会在绝缘体上作用强行的力，能够防止其变形及破损。

参照图4说明丝极的安装。

丝极1通过丝极压板3及丝极安装用螺钉4固定在电极2上，对丝极1从真空槽外部的电源经由压接端子10及电极2施加电压，流过电流。丝极压板3由截面大致梯形的块体构成，通过用螺钉4向图4所示的箭头D方向拧紧而固定到电极2上。通过大致梯形块在丝极1上向图4所示的箭头E方向产作用力，能够可靠地固定丝极1。另外，通过将丝极压板3的截面设为大致梯形，可同时且可靠地固定多个丝极。

还有，在实施例中，将丝极压板3的截面形状设为向上方开口的梯形，但只要为通过向下方推压将压力施加到丝极压板3的侧面的构成，则也可以由例如向上方开口的多边形等其它截面形状构成。

实施例中，通过采用在一个组件内安装多个丝极的构造，不必如现有技术那样追加组件，而可追加丝极，可大幅减少部件数量。丝极向一个组件内的安装数量只要适宜选择即可，当然也可以在一个组件内安装一个丝极。该情况下，只要使与实施例相同的机构减小尺寸即可。另外，由于丝极任何形状都可以使用，因此，只要适宜选择所希望的形状即可。

实施例中，采用将丝极压板3的形状设为大致梯形块，通过从上面进行螺钉固定可将丝极1可靠地固定的构造，由此，实现了减小丝极安装位置及高度的个人差别。

还有，由于构成将丝极压板3从上面用螺钉固定的构造、和将板状的阳极11从上面用螺钉固定的构造，从而可统一安装部件的螺钉固定方向。在实施例中，由于采用将丝极更换时及维护时拆装的部件全部从上面用螺钉固定的构造，因此，可显著提高作业性及维护性。

图5表示本发明的其它实施例。

在图2所示的实施例中，为得到电极热膨胀时的可动范围，而在电极2上设置长孔，在绝缘体7上安装定位销8，但图5所示的中和器具有以下这样的特征，即，分割基座绝缘体20，将分割了的一方绝缘体用螺钉固定在中和器基座5上，对另一方绝缘体施行长孔加工，用定位销21进行固定。若将电极用螺栓22固定在分割了的绝缘体20上，则与图2所示的实施例相同，可设置热膨胀时的可动范围。

还有，上面对用于IAD法的中和器进行了说明，但本发明只要是从丝极放出热电子的机构，则可不受上述实施例限制而进行实施。

Claims (17)

1.一种中和器，其具有丝极、使电流流过该丝极的一对电极、及在绝缘状态下支承该一对电极的基座，其特征在于，

该中和器具有将该一对电极和该基座在相对位置至少在一方向上可以变动的状态下保持的保持装置。

2.如权利要求1所述的中和器，其特征在于，

所述一方向是与该一对电极的电极间距离方向垂直的方向。

3.如权利要求1或2所述的中和器，其特征在于，

所述保持装置由固定装置及定位装置构成，该固定装置将该一对电极在各该电极的至少一个部位固定在该基座上，

该定位装置将该一对电极在各该电极的至少一个部位相对于该基座定位，且该一对电极和该基座的相对位置至少在一方向上可以变动。

4.如权利要求3所述的中和器，其特征在于，

所述固定装置由第一插通固定件构成，

所述定位装置由设于该一对电极上的一对第一孔、设于该基座上的一对第二孔及至少贯通该第一孔的第二插通固定件构成，

该第一或第二孔的形状和该第二插通固定件的外周侧面形状具有不同的形状，该第一或第二孔的面积比该第二插通固定件的被该基座面切断的截面积大。

5.如权利要求4所述的中和器，其特征在于，

该第一或第二孔为在与该一对电极的电极间距离方向垂直的方向上具有长半径的大致椭圆形状或在该方向上延伸的长圆形状。

6.如权利要求4或5所述的中和器，其特征在于，

该第一插通固定件是螺栓或螺钉。

7.如权利要求1～6中任一项所述的中和器，其特征在于，

该基座上至少与该电极的固定部位由绝缘体构成。

8.如权利要求1～7中任一项所述的中和器，其特征在于，

该中和器还具有用于将该丝极固定到该电极上的丝极压板，

各该电极的该一对电极间距离方向上的截面具有向上方开口的形状的切口，

该丝极压板具有与该切口嵌合的形状，

该丝极压板用第三插通固定件固定到该电极上，

通过该嵌合部支承该丝极的端部。

9.如权利要求8所述的中和器，其特征在于，

该切口的形状为大致梯形。

10.如权利要求9所述的中和器，其特征在于，

该第三插通固定件为螺栓。

11.如权利要求1～10中任一项所述的中和器，其特征在于，

在该电极上固定有多个丝极。

12.如权利要求1～11中任一项所述的中和器，其特征在于，

该中和器具有引出从该丝极放出的电子的阳极板以及覆盖该丝极及该电极侧面的侧板，

该阳极板通过第四插通固定件固定在该侧板的上表面。

13.如权利要求12所述的中和器，其特征在于，

该第四插通固定件为螺栓。

14.如权利要求4～13中任一项所述的中和器，其特征在于，

所述插通固定件全部沿同一方向插通。

15.一种固定方法，在具有丝极、施加电压使电流流过该丝极的一对电极、以及在绝缘状态下支承该一对电极的热膨胀系数与该电极不同的基座的中和器中，将该一对电极固定到该基座上，其特征在于，

将该一对电极和该基座在相对位置至少在一方向上可以变动的状态下固定。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，

所述一方向是与该一对电极的电极间距离方向垂直的方向。

17.一种组装或分解的方法，组装或分解权利要求4～14中任一项中所述的中和器，其特征在于，

将全部的所述插通固定件仅向一方向插通。

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