[發明專利]一種減少濺射污染的陽極層離子源

在審

• 申請號: 202011593701.2
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112575306A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 郭杏元;曹永盛;馬金鵬
• 申請（專利權）人: 光芯薄膜（深圳）有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明通過有限元數值計算，提供一種磁鏡比較高的陽極層離子源。其主要結構包含：陽極環、陰極內環、陰極外環、永磁體、磁軛、供氣系統、所述陽極環的冷卻液進/出管道、所述陰極內環冷卻液進/出管道、所述磁軛冷卻液進/出管道。其特征在于：所述陽極層離子源放電腔磁場的磁鏡比大于2；所述陽極層離子源放電腔磁場的磁鏡中心對稱；所述陽極層離子源共采用3路冷卻液通道進行冷卻，分別對所述陽極環、所述陰極內環以及所述磁軛及永磁體進行冷卻。此種設計可以有效降低陽極層離子源的濺射污染，延長陽極層離子源維護時間。

技術領域

本發明涉及真空鍍膜設備領域，具體涉及一種減少濺射污染的陽極層離子源。

背景技術

陽極層離子源是一種具有閉合電子遷移和發射溝道的冷陰極離子源，其主要組成部分包括陰極內環、陰極外環、陽極環、磁體、磁軛、布氣系統、冷卻系統和驅動電源等部分。其中陰極內環、陰極外環與陽極環構成的放電腔被磁體、磁軛以及陰極內環極靴、陰極外環極靴所組成的磁路包圍，陽極環接正電位、陰極內環、陰極外環、磁軛等接地。在正交的電場和磁場的作用下，電子在放電室內進行閉環遷移并形成電子流。閉環遷移的電子與氣體發生碰撞時氣體電離為離子和電子。離子在陽極環正電位作用下，被加速發射出放電溝道形成離子束，離子束對基片進行轟擊或刻蝕。陽極層離子源離子束流密度很高，離子束能量范圍很寬，并且其結構簡單，設計成本低，可以制作較大尺寸，因此廣泛應用于精密光學、半導體、微電子、裝飾鍍膜、硬質薄膜等領域。其主要作用是為了提高與基材的附著力，同時有效的控制膜層應力，改善微觀結構和致密性。另外在類金剛石薄膜(DLC)沉積過程中，陽極層離子源常用于離化惰性氣體如氬氣，使其形成離子流入射到反應真空腔體，增大反應氣體（如乙炔）的離化率，進而提高DLC涂層中SP³的比例和沉積速率，提高沉積薄膜的質量以及縮短沉積時間。

現有技術中，陽極層離子源的陰極內環、陰極外環、磁軛是用導磁率較高的碳鋼制成，陰極內環與陰極外環均是離子源磁路的一部分，在使用過程中不可避免地會發生陰極濺射現象。陰極環上的鐵原子被濺射出來，一部分沉積在離子源內部，導致絕緣結構破壞，陰、陽極可能導通，需要經常維護保養；另一部分鐵原子隨著離子束發射出去，沉積到工件上，影響薄膜沉積效果，尤其是對光學薄膜而言，嚴重影響其光學性能。中國專利CN109536906A、CN211062682U采用一種濺射產額較低的材料（如石墨）做成濺射環，包裹到易發生濺射的陰極內、外環上，從而降低內、外陰極的濺射污染。但石墨非常不好加工，而且易裂，給安裝、維護帶來很多不便，同時成本也會相應增加。

上述陰極內環、陰極外環與陽極環所形成的放電腔內的磁場是非均勻磁場，帶電粒子在非均勻磁場作螺旋運動，其螺旋半徑和螺距隨磁場的強弱而發生變化。當帶電粒子向磁場較強處螺旋前進時，它將受到一個與其前進方向相反的磁力分量。該磁力分量有可能最終使粒子的前進速度減小到零，并隨之沿反方向前進，這種磁場分布稱為磁鏡。如果上述陽極層離子源的陰極內環極靴與陰極外環極靴之間形成的磁場的中心B₀小，陰極內環極靴、陰極外環極靴處磁場B_M大的話，就會形成上述磁鏡。B_M與B₀的比值稱為磁鏡比R。電子在上述磁鏡中運動，終會有一部分逃逸出來，逃逸出來的比例跟磁鏡比成反比，即磁鏡比越大，逃逸出來的電子比例越小，其計算公式如下：

R=B_M/ B₀ （1）

F(%)=(1-(1-1/R)^1/2)x100 （2）