CN214012895U - 一种新型离子源中和器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及真空镀膜设备技术领域，提出了一种新型离子源中和器，包括具有空腔的导磁钢外壳、在导磁钢外壳内由下至上依次设置有永磁铁、阳极，导磁钢外壳上设置有离子出射孔，永磁铁的一端与导磁钢外壳的底部连接，另外一端位于阳极下方，还包括直流电源，直流电源与阳极连接，导磁钢接地，增设了设置在离子出射孔旁的电子发生装置，电子发生装置包括不锈钢外壳及设置在不锈钢外壳内的钨丝，不锈钢外壳接负电，不锈钢外壳上设置有朝向离子出射孔的电子出射孔。通过上述技术方案，解决了现有技术中离子源中和器灯丝挥发污染基片、寿命短的问题。

Description

一种新型离子源中和器

技术领域

本实用新型涉及真空镀膜设备技术领域，具体的，涉及一种新型离子源中和器。

背景技术

随着现代工业的发展，特别是随着大规模集成电路的发展，离子源广泛应用于集成电路制作的离子刻蚀设备、沉积金属层和金属引线以及介质膜的镀膜机、亚微米超大规模集成电路制作工艺中离子束曝光机、制作超大规模集成电路的光刻机镜头的亚纳米级精度离子束抛光机、高质量光学离子束辅助和溅射镀膜机等领域。目前的离子源主要采用正离子源，即通过不同的电离原理把气体电离成离子，然后采用引束系统把正离子引出，形成具有一定能量的束流。在这些领域的离子源应用中，需要的是中性的等离子体束流，而不是带正电或负电的束流。因此，在离子源系统中需要增加一个中和器，用于发射电子并与离子束流形成正负电荷相同的等离子体束流，从而应用于所需要的刻蚀、镀膜或加工。

现有技术中，大量采用灯丝型离子源中和器，一般采用钨丝，通大电流，灯丝在电流的作用下产生高温，在白炽状态下发射电子，电子向四面八方发射。这种灯丝型中和器存在以下问题，灯丝持续工作时间比较短，由于灯丝横跨离子源，灯丝收到离子的刻蚀，最长不超过10小时，需要经常更换，降低生产效率，且无法满足需要长时间连续工作的工艺要求；此外，灯丝高温蒸发，灯丝材料会蒸发原子，原子在腔室内形成污染，在基片上沉积，高端工艺往往对于污染极其敏感。基于以上问题，急需一种寿命长、清洁的离子源中和器。

实用新型内容

本实用新型提出一种新型离子源中和器，解决了现有技术中离子源中和器灯丝挥发污染基片、寿命短的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种新型离子源中和器，包括具有空腔的导磁钢外壳、在所述导磁钢外壳内由下至上依次设置有永磁铁、阳极，所述导磁钢外壳上设置有离子出射孔，所述永磁铁的一端与所述导磁钢外壳的底部连接，另外一端位于所述阳极下方，还包括直流电源，所述直流电源输出到所述阳极，所述导磁钢外壳接地，增设了设置在所述离子出射孔旁的电子发生装置，所述电子发生装置包括不锈钢外壳及设置在所述不锈钢外壳内的钨丝，所述不锈钢外壳接负电，所述不锈钢外壳上设置有朝向所述离子出射孔的电子出射孔。

所述导磁钢外壳包括依次互相连接的底板、侧板及顶板，所述底板与所述永磁铁一端连接，所述顶板上设置有离子出射孔。

所述电子发生装置为对称设置在所述离子出射孔旁的一组。

还包括气体通道和衬垫，所述气体通道穿过所述侧板，所述气体通道的出气端位于所述衬垫的下方，所述永磁铁与所述阳极之间设置有衬垫。

所述钨丝通电流为20～50A。

所述钨丝为螺旋状。

所述钨丝的直径为0.8～1mm。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

本实用新型中，公开了一种新型离子源中和器，其结构在具有空腔结构的导磁钢外壳内设置有永磁铁、阳极，永磁铁的一端与导磁钢外壳的底部连接，另一端在阳极的下方，导磁钢外壳接地，形成阴极，导磁钢外壳与阳极之间形成电场，阳极与直流电源连接，导磁钢外壳上设置有离子出射孔，在离子出射孔的边缘，增设了电子发生装置，电子发生装置是由不锈钢外壳和钨丝组成，钨丝安装在不锈钢外壳的内部，不锈钢外壳上设置了一个电子出射孔，电子出射孔朝向导磁钢外壳的离子出射孔方向，不锈钢外壳接负电；工作过程中，首先对钨丝通电，通电至白炽状态，之后直流电源对阳极通电，导磁钢外壳即阴极接地，阴极与阳极之间形成电场，永磁铁的一个极性与导磁钢外壳的底部连接，另个极性则在阳极的底部，导磁钢能够被永磁铁接触的那端极性磁化，外壳与永磁铁的另一端极性形成磁场，此时通入气体在电场与磁场的作用下，钨丝产生的电子激发气体，气体分子电离，起辉形成等离子体，同时，在工作过程中，在阳极和阴极之间的电子发生装置会释放电子，起到中和离子源的作用，钨丝通电后，其表面激发出电子，此时，不锈钢外壳则对激发出的电子起到限制左右，避免激发出来的电子无规律在腔体内移动，不锈钢外壳上开设有一电子出射孔，电子经电子出射孔从不锈钢外壳内散射出，钨丝改为短粗的形态，通入电流，在不锈钢外壳的保护下，避免了离子轰击刻蚀钨丝，依然能够保持较高的使用寿命，电子的利用率也提高，同时控制了电子的游离方向，形成具备特定方向的电子束，钨丝在白炽状态下，即使出现蒸发，其形成的原子也会在不锈钢外壳内沉积，避免游离到腔室内，避免了腔体污染；与现有技术相比，其钨丝的布置由贯穿电场改为了安装在不锈钢外壳内，钨丝由原来的长细改为了短粗，不仅能够满足电子激发的需求，还在一定程度上保留了原始的使用寿命，并且其更换便捷，能够大幅度提升工作效率，解决了现有技术中离子源中和器灯丝挥发污染基片、寿命短的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为现有技术结构示意图；

图2为本实用新型结构示意图；

图3为本实用新型电子射出方向示意图；

图中：1、导磁钢外壳，2、永磁铁，3、阳极，5、直流电源，6、不锈钢外壳，7、钨丝， 8、电子出射孔，9、底板，10、侧板，11、顶板，12、离子出射孔，13、气体通道，14、衬垫，15、基片。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。

如图1～图3所示，一种新型离子源中和器，包括具有空腔的导磁钢外壳1、在所述导磁钢外壳1内由下至上依次设置有永磁铁2、阳极3，所述导磁钢外壳1上设置有离子出射孔12，所述永磁铁2的一端与所述导磁钢外壳1的底部连接，另外一端位于所述阳极3下方，还包括直流电源5，所述直流电源5输出到所述阳极3，所述导磁钢接地，增设了设置在所述离子出射孔12旁的电子发生装置，所述电子发生装置包括不锈钢外壳6及设置在所述不锈钢外壳6内的钨丝7，所述不锈钢外壳6接负电，所述不锈钢外壳6上设置有朝向所述离子出射孔12的电子出射孔8。

本实施例中，公开了一种新型离子源中和器，其结构在具有空腔结构的导磁钢外壳1内设置有永磁铁2、阳极3，永磁铁2的一端与导磁钢外壳1的底部连接，另一端在阳极3的下方，导磁钢外壳1接地，形成阴极，导磁钢外壳1与阳极3之间形成电场，阳极3与直流电源5连接，通电电压80～300V，导磁钢外壳1上设置有离子出射孔12，在离子出射孔12 的边缘，增设了电子发生装置，电子发生装置是由不锈钢外壳6和钨丝7组成，钨丝7安装在不锈钢外壳6的内部，不锈钢外壳6上设置了一个电子出射孔8，电子出射孔8朝向导磁钢外壳1的离子出射孔12方向，不锈钢外壳6接负电；工作过程中，首先对钨丝7通电，通电至白炽状态，之后直流电源5对阳极3通电，导磁钢外壳1即阴极接地，阴极与阳极3之间形成电场，永磁铁2的一个极性与导磁钢外壳1的底部连接，另个极性则在阳极3的底部，导磁钢能够被永磁铁2接触的那端极性磁化，外壳与永磁铁2的另一端极性形成磁场，此时通入气体在电场与磁场的作用下，钨丝7产生的电子激发气体，气体分子电离，起辉形成等离子体，同时，在工作过程中，在阳极3和阴极之间的电子发生装置会释放电子，起到中和离子源的作用，钨丝7通电后，其表面激发出电子，此时，不锈钢外壳6则对激发出的电子起到限制作用，避免激发出来的电子无规律在腔体内移动，不锈钢外壳6上开设有一电子出射孔8，电子经电子出射孔8从不锈钢外壳6内散射出，钨丝7改为短粗的形态，通入电流，在不锈钢外壳6的保护下，避免了离子轰击刻蚀钨丝7，能够保持较高的使用寿命，电子的利用率也提高，同时控制了电子的游离方向，形成具备特定方向的电子束，钨丝7在白炽状态下，即使出现蒸发，其形成的原子也会在不锈钢外壳6内沉积，避免游离到腔室内，避免了腔体污染；

与现有技术相比，传统的钨丝7在使用纯氩气的情况下一般寿命<10小时，离子源通氩气+氧气的情况下一般<5小时，而有些工艺需要离子源长时间连续工作，如果在工艺中间破真空，更换灯丝，将导致良品率大幅降低，其钨丝7的布置由贯穿电场改为了安装在不锈钢外壳6内，钨丝7由原来的长细改为了短粗，不仅能够满足电子激发的需求，大幅提高了中和器灯丝的使用寿命，从而离子源可以长时间连续工作，且解决了现有技术中离子源中和器灯丝挥发污染基片、寿命短的问题。

所述导磁钢外壳1包括依次互相连接的底板9、侧板10及顶板11，所述底板9与所述永磁铁2一端连接，所述顶板11上设置有离子出射孔12。

本实施例中，导磁钢外壳1包括底板9、侧板10及顶板11，侧板10与底板9四边连接，顶板11上设有离子出射孔12，永磁铁2极性的一端与底板9连接，导磁钢外壳1的底板9、侧板10及顶板11均能够引导磁力，侧板10与顶板11与永磁铁2的另外一个极性之间便形成了磁场。

所述电子发生装置为对称设置在所述离子出射孔12旁的一组。

本实施例中，电子发生装置为对称设置在离子出射孔12旁的一组，使用过程中，电子发生装置成对使用，电子发生装置为多个，工作时，当其中一对电子发生装置内的钨丝7寿命用尽时，我们可以启动备用电子发生装置，能够进一步提高离子源持续工作时间，降低维护次数，提升工作效率。

还包括气体通道13和衬垫14，所述气体通道13穿过所述侧板10，所述气体通道13的出气端位于所述衬垫14的下方，所述永磁铁2与所述阳极3之间设置有衬垫14。

本实施例中，还设置了气体通道13和衬垫14，气体通道13穿过侧板10设置在衬垫14 的下方，气体通道13向腔体内输送气体，位于永磁铁2上方阳极3下方的衬垫14，对气体进行导流，使气流分散方向更加均匀，另外，衬垫14对永磁铁2表面进行保护，避免离子轰击。

所述钨丝7通电流为20～50A。

本实施例中，钨丝7需要通电流进行激发电子，钨丝7经过改进，短粗型的钨丝7通电 20～50A，能够保持钨丝7有比较高效率的激发状态。

所述钨丝7为螺旋状。

本实施例中，钨丝7为螺旋状，采取螺旋状的钨丝7，能够在有限的不锈钢外壳6内安装更多的钨丝7材料，从而在改变形态后，能够依然保持原钨丝7的使用寿命，甚至超过原钨丝7的使用寿命。寿命提高：一个是灯丝粗短，粗短肯定比细长更不容易烧断；另一个是原来的灯丝横跨离子出射孔，会被离子轰击，产生离子刻蚀，导致寿命减短，如果是氧离子，还产生化合，进一步缩短工作寿命。现在设计的第三个好处是灯丝挥发物不会污染基片，因为外围包裹，只能从电子发射孔挥发出去，这个方向到不了上方的基片处。

所述钨丝7的直径为0.8～1mm。

本实施例中，钨丝7直径从0.5增大到0.8mm，发射电子部分(螺旋部分)长度从约287mm 缩短到约60mm，但是发射电子部分灯丝表面积分别为约900和300平方毫米，为了得到足够的电子，一方面，我们将灯丝电流从之前的20-25A提高到35-45A，钨丝7变粗提高电子得率及使用寿命，经过实验本实用新型中钨丝7寿命由原来的5小时提升至50小时。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种新型离子源中和器，包括具有空腔的导磁钢外壳(1)、在所述导磁钢外壳(1)内由下至上依次设置有永磁铁(2)、阳极(3)，所述导磁钢外壳(1)上设置有离子出射孔(12)，所述永磁铁(2)的一端与所述导磁钢外壳(1)的底部连接，另外一端位于所述阳极(3)下方，还包括直流电源(5)，所述直流电源(5)输出到所述阳极(3)，所述导磁钢外壳(1)接地，其特征在于，增设了设置在所述离子出射孔(12)旁的电子发生装置，所述电子发生装置包括不锈钢外壳(6)及设置在所述不锈钢外壳(6)内的钨丝(7)，所述不锈钢外壳(6)接负电，所述不锈钢外壳(6)上设置有朝向所述离子出射孔(12)的电子出射孔(8)。

2.根据权利要求1所述的新型离子源中和器，其特征在于，所述导磁钢外壳(1)包括依次互相连接的底板(9)、侧板(10)及顶板(11)，所述底板(9)与所述永磁铁(2)一端连接，所述顶板(11)上设置有离子出射孔(12)。

3.根据权利要求2所述的新型离子源中和器，其特征在于，所述电子发生装置为对称设置在所述离子出射孔(12)旁的一组。

4.根据权利要求3所述的新型离子源中和器，其特征在于，还包括气体通道(13)和衬垫(14)，所述气体通道(13)穿过所述侧板(10)，所述气体通道(13)的出气端位于所述衬垫(14)的下方，所述永磁铁(2)与所述阳极(3)之间设置有衬垫(14)。

5.根据权利要求1所述的新型离子源中和器，其特征在于，所述钨丝(7)通电流为20～50A。

6.根据权利要求1所述的新型离子源中和器，其特征在于，所述钨丝(7)为螺旋状。

7.根据权利要求1所述的新型离子源中和器，其特征在于，所述钨丝(7)的直径为0.8～1mm。

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