[發明專利]磁偏轉電子束蒸發源

有效

• 申請號: 201710086714.2
• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN106702328B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 郭方準;陳欣
• 申請（專利權）人: 大連交通大學
• 主分類號: C23C14/30
• 分類號: C23C14/30
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 高永德;李洪福

技術領域

本發明涉及超高真空設備領域，特別涉及一種磁偏轉電子束蒸發源。

背景技術

在半導體集成電路，傳感器和太陽能電池板的生產過程中，很多結構都需要真空鍍膜技術來生成。因此真空鍍膜直接決定了半導體和太陽能電池板等產品的質量。真空鍍膜的研究與應用都離不開其產生設備，因此蒸發源的研發具有重要意義。

目前國內外的主要真空鍍膜技術有真空蒸發鍍膜、真空濺射鍍膜、真空離子鍍膜，其中應用最多的是真空蒸發鍍膜。真空蒸發鍍膜技術，即在高真空或超高真空的腔室中通過蒸發源加熱使膜材(如金屬或化合物)蒸發。蒸發的粒子從膜材表面逸出，在蒸發分子的平均自由程大于蒸發源與基片間的線尺寸的情況下，可直接到達基片表面上并凝結生成膜。影響蒸發鍍膜性能的主要因素是蒸發速率、殘余氣體和蒸發溫度。蒸發速率直接決定了薄膜的質量，相應的膜材對應相應的蒸發速率和沉積速率，蒸發鍍膜與其他鍍膜方法對比有更高的沉積率，可以蒸鍍大多數的金屬和化合物膜。

在真空蒸發鍍膜中，常見的蒸發源有四種類型：(1)電阻加熱蒸發源，它是利用對發熱體直接通電，利用電流通過后產生的焦耳熱來熔化金屬膜材實現蒸發。(2)感應加熱蒸發源，它是用高頻感應電流加熱坩堝和感應物質。(3)激光加熱蒸發源，其利用高效率的激光束作為加熱源直接對膜材進行加熱。(4)電子束加熱蒸發源，其原理是基于電子在電場的作用下，所獲得的動能轉化為加熱的熱能，從而實現對膜材的加熱，蒸發，凝結成所需薄膜。它主要由提供電子的陰極，陽極，聚束極和磁場組成。電子束加熱源的特點是能量集中，能使膜材表面迅速獲得極高的溫度，膜材蒸發速率和薄膜沉積速率較高，可通水冷卻，可調控溫度范圍大。

目前的電子束加熱蒸發源大都是利用高溫電子轟擊膜材靠巨大的能量熔化金屬(或化合物)再使其蒸發并鍍膜。與之而來的是充當陰極的燈絲發射出來的電子極易直接入射在基片上，降低了薄膜純度。同時燈絲也極易被電離出來的正離子轟擊和來自坩堝內濺射出來的蒸發物所污染。絕大數的電子束蒸發源都采用磁偏轉的方式減少污染，主要有如圖一所示三種偏轉角度。180°、225°偏轉蒸發源燈絲還是會受坩堝內蒸發物污染，效果不佳。由于熱電子轟擊坩堝內膜材導致坩堝溫度急劇升高(可達2000℃～6000℃)，傳統的冷卻機構結構復雜，散熱效果不佳，溫度控制能力較差，大大影響了薄膜性能。除此之外，目前國內外絕大數的磁偏轉蒸發源都是利用通電的磁力線圈產生偏轉磁場的，磁力線圈通電發熱極易產生雜質電子污染燈絲和薄膜。

我國目前沒有國產的磁偏轉電子束蒸發源。

發明內容

本發明針對上述技術問題，提出一種能在真空中結構簡單的高效率蒸發和沉積的的電子束蒸發源，并且極大地提高所生長的薄膜的純度的磁偏轉電子束蒸發源。

為達到以上目的，通過以下技術方案實現的：

磁偏轉電子束蒸發源，包括：電子束發生機構、磁偏轉組件、水冷坩堝機構、直線換位機構和工作電路；

所述的電子束發生機構包括：燈絲、燈絲座A、燈絲座B、陶瓷片、陶瓷座、陶瓷座套筒、支撐塊、陶瓷柱、陶瓷柱保護罩、陰極屏蔽罩、磁鐵套；

所述的燈絲以螺釘連接的方式固定在燈絲座A和燈絲座B上；所述的兩陶瓷片以螺釘連接的方式固定在燈絲座A的上下兩定位孔內，兩陶瓷座位于燈絲座A和燈絲座B正下方，以同軸心的形式分別和兩燈絲座裝配；所述的兩陶瓷座套筒與陶瓷座間隙配合并以螺釘的連接的形式與陶瓷座一起固定在所述支撐塊上；所述支撐塊以螺釘的連接方式固定在磁鐵套上，且支撐塊設置有具有放氣的作用前后兩通孔；其中，兩個燈絲座、陶瓷座套筒和陶瓷座縱向同軸均預設有螺釘裝配通孔，通過貫穿裝配的同一根螺釘連接在一起，磁鐵套、支撐塊和陶瓷座縱向同軸預設有螺釘裝配通孔，通過另一根螺釘貫穿裝配連接在一起，上述螺釘裝配通孔為縱向同軸通孔；

所述的陰極屏蔽罩位于兩燈絲座和兩陶瓷座套筒之間；所述的陶瓷柱以螺釘連接的方式固定在燈絲座A和燈絲座B之間，用以固定并絕緣兩燈絲座；

所述的陶瓷柱保護罩以螺釘連接的方式固定在陶瓷柱一側用來保護陶瓷柱；

所述的磁偏轉組件包括：永久磁鐵、軛鐵、磁偏轉擋片、磁鐵固定墊片和非磁性擋片；

所述的永久磁鐵嵌于上述磁鐵套內，并由磁鐵固定墊片通過螺釘連接固定在所述的磁鐵套上；所述的軛鐵本身無磁性，共有四塊，分別焊接在水冷坩堝機構的無氧銅坩堝上，經對應位置的永久磁鐵磁化后具備磁性兩軛鐵在電子束發生機構區域構成均勻磁場，對電子起到了偏轉270°的作用；