[发明专利]一种磁场增强型线性大面积离子源

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用离子束清洗、刻蚀和辅助沉积的离子源，尤其涉及的是一种磁场增强型线性大面积离子源。

背景技术

在真空离子镀膜PVD技术生产过程中，需要借助外来高能粒子，对整个生产过程的基体清洗、靶材刻蚀以及沉积过程进行协助。利用离子源产生离子束，是当前运用较多的技术方法。离子束的效率和质量，直接关系到PVD技术产品的质量和生产效率。

离子源主要实现两个功能：一是完成某种气体介质的有效电离，生成浓度足够的等离子体，以满足抽取束流密度的需要；二是从等离子体边界抽取、加速、聚焦形成大面积均匀的离子束，实现这种功能的离子源部件，即离子引出系统。这种线性离子源不需要电子发射器（如灯丝等），所以适合于放电气体中含有氧、氢以及带有腐蚀性气体的工况，可以避免因电子发射器损坏而使离子源无法正常工作的缺点。线性离子源离子束能量范围很宽，且结构简单，设计成本低，因此广泛应用于工业镀膜中。

通常的线性离子源的气体是从气瓶通过气管直接输送到电离室，这样电离室内气压较大，来不及电离就离开电离室了，从而得到的离子束电离度较低。磁钢长期在高温下工作，影响其寿命，且磁场强度也会受到影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种磁场增强型线性大面积离子源，能持续实现在恶劣的镀膜环境下长时间稳定的工作。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括阴极顶板、阴极框体、环形阳极、绝缘支柱、条形磁钢、气体电离室和环形离子束引出口；所述阴极顶板设置于阴极框体的顶部开口处，环形离子束引出口开设在阴极顶板上，环形阳极固定在绝缘支柱上，环形阳极和绝缘支柱位于阴极框体内，绝缘支柱的底部设置于阴极框体上，环形离子束引出口位于环形阳极之上，环形离子束引出口和环形阳极形状位置相匹配，气体电离室设置于环形阳极上表面和环形离子束引出口之间，条形磁钢设置于环形阳极的环形开口内，条形磁钢、环形阳极和阴极顶板构成了环形放电槽；所述阴极框体、环形阳极、阴极顶板上分别设有冷水管；阴极框体的底部开设通气管道，所述通气管道设置于环形阳极和条形磁钢之间。

所述环形离子束引出口的剖面包括倒梯形和长方形，倒梯形的短底边和长方形连接，长方形位于环形阳极的上表面之上；所述倒梯形的两个斜边相互垂直。长方形口可以起到束流的作用，防止等离子体太过分散，等离子因撞击外壁而导致过多损耗，倒梯形则可以减少这种损耗。

位于环形离子束引出口之内的阴极顶板为阴极内环，位于环形离子束引出口之外的阴极顶板为阴极外环，阴极内环上设有冷水管，阴极外环与阴极框体连接，阴极框体内设有冷水管，环形阳极的环体内设有冷水管。通过冷水管对环形阳极、阴极内环和阴极框体进行冷却，阴极外环通过与阴极框体的接触实现传热冷却，实现离子源能够长时间工作，避免由于温度过高造成磁钢退磁，能够适应更高温度的工作环境。

所述气体电离室的高度为3～5mm。即环形阳极的上表面和阴极顶板的下表面的距离为3～5mm，减小了由于环形阳极的上表面与环形离子束引出口处由于镀膜碎片的积累，造成阳极与阴极短路的危险，使离子源能够在恶劣的镀膜环境下长时间工作，而距离过远也易造成气体因电场强度过低而不能充分电离。

作为本发明的优选方式之一，所述阴极框体的内部开设多个沉孔，绝缘支柱的底部嵌入在所述沉孔内。

作为本发明的优选方式之一，所述阴极顶板与阴极框体通过螺栓相连，环形阳极和绝缘支柱通过螺栓相连。

所述阴极框体的底部设有气体缓冲装置，所述气体缓冲装置包括相互连接的一级缓冲室和二级缓冲室，一级缓冲室上设有一级进气口和一级出气口，二级缓冲室上设有二级进气口和二级出气口，一级进气口位于一级缓冲室的底部，一级出气口位于一级缓冲室的顶部，一级出气口向缓冲室内凸起且位于一级进气口的两侧，二级进气口和一级出气口重合，二级进气口位于二级缓冲室的底部，二级出气口位于二级缓冲室的顶部，二级进气口位于二级出气口的两侧，二级出气口和阴极框体的通气管道相连。

作为本发明的优选方式之一，所述条形磁钢为Nd-Fe-B永磁体。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明整个环形区域都可以实现电离，工作面积大，效率高；确保进气均匀，合适的气室空间和均匀分布的气孔与的输气通道；均匀的磁场排布使用条形磁铁，确保磁场均匀分布；电、磁场处于正交位置；气体电离室的区域空间能依据条件适当地调节；充足的水冷条件，对阳极、阴极、磁场同时水冷，确保温度不会太高也防止出现退磁；结构简单，拆装方便，易于维护。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；