[发明专利]磁偏转电子束蒸发源

说明书

技术领域

本发明涉及超高真空设备领域，特别涉及一种磁偏转电子束蒸发源。

背景技术

在半导体集成电路，传感器和太阳能电池板的生产过程中，很多结构都需要真空镀膜技术来生成。因此真空镀膜直接决定了半导体和太阳能电池板等产品的质量。真空镀膜的研究与应用都离不开其产生设备，因此蒸发源的研发具有重要意义。

目前国内外的主要真空镀膜技术有真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜、真空离子镀膜，其中应用最多的是真空蒸发镀膜。真空蒸发镀膜技术，即在高真空或超高真空的腔室中通过蒸发源加热使膜材(如金属或化合物)蒸发。蒸发的粒子从膜材表面逸出，在蒸发分子的平均自由程大于蒸发源与基片间的线尺寸的情况下，可直接到达基片表面上并凝结生成膜。影响蒸发镀膜性能的主要因素是蒸发速率、残余气体和蒸发温度。蒸发速率直接决定了薄膜的质量，相应的膜材对应相应的蒸发速率和沉积速率，蒸发镀膜与其他镀膜方法对比有更高的沉积率，可以蒸镀大多数的金属和化合物膜。

在真空蒸发镀膜中，常见的蒸发源有四种类型：(1)电阻加热蒸发源，它是利用对发热体直接通电，利用电流通过后产生的焦耳热来熔化金属膜材实现蒸发。(2)感应加热蒸发源，它是用高频感应电流加热坩埚和感应物质。(3)激光加热蒸发源，其利用高效率的激光束作为加热源直接对膜材进行加热。(4)电子束加热蒸发源，其原理是基于电子在电场的作用下，所获得的动能转化为加热的热能，从而实现对膜材的加热，蒸发，凝结成所需薄膜。它主要由提供电子的阴极，阳极，聚束极和磁场组成。电子束加热源的特点是能量集中，能使膜材表面迅速获得极高的温度，膜材蒸发速率和薄膜沉积速率较高，可通水冷却，可调控温度范围大。

目前的电子束加热蒸发源大都是利用高温电子轰击膜材靠巨大的能量熔化金属(或化合物)再使其蒸发并镀膜。与之而来的是充当阴极的灯丝发射出来的电子极易直接入射在基片上，降低了薄膜纯度。同时灯丝也极易被电离出来的正离子轰击和来自坩埚内溅射出来的蒸发物所污染。绝大数的电子束蒸发源都采用磁偏转的方式减少污染，主要有如图一所示三种偏转角度。180°、225°偏转蒸发源灯丝还是会受坩埚内蒸发物污染，效果不佳。由于热电子轰击坩埚内膜材导致坩埚温度急剧升高(可达2000℃～6000℃)，传统的冷却机构结构复杂，散热效果不佳，温度控制能力较差，大大影响了薄膜性能。除此之外，目前国内外绝大数的磁偏转蒸发源都是利用通电的磁力线圈产生偏转磁场的，磁力线圈通电发热极易产生杂质电子污染灯丝和薄膜。

我国目前没有国产的磁偏转电子束蒸发源。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种能在真空中结构简单的高效率蒸发和沉积的的电子束蒸发源，并且极大地提高所生长的薄膜的纯度的磁偏转电子束蒸发源。

为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：

磁偏转电子束蒸发源，包括：电子束发生机构、磁偏转组件、水冷坩埚机构、直线换位机构和工作电路；

所述的电子束发生机构包括：灯丝、灯丝座A、灯丝座B、陶瓷片、陶瓷座、陶瓷座套筒、支撑块、陶瓷柱、陶瓷柱保护罩、阴极屏蔽罩、磁铁套；

所述的灯丝以螺钉连接的方式固定在灯丝座A和灯丝座B上；所述的两陶瓷片以螺钉连接的方式固定在灯丝座A的上下两定位孔内，两陶瓷座位于灯丝座A和灯丝座B正下方，以同轴心的形式分别和两灯丝座装配；所述的两陶瓷座套筒与陶瓷座间隙配合并以螺钉的连接的形式与陶瓷座一起固定在所述支撑块上；所述支撑块以螺钉的连接方式固定在磁铁套上，且支撑块设置有具有放气的作用前后两通孔；其中，两个灯丝座、陶瓷座套筒和陶瓷座纵向同轴均预设有螺钉装配通孔，通过贯穿装配的同一根螺钉连接在一起，磁铁套、支撑块和陶瓷座纵向同轴预设有螺钉装配通孔，通过另一根螺钉贯穿装配连接在一起，上述螺钉装配通孔为纵向同轴通孔；

所述的阴极屏蔽罩位于两灯丝座和两陶瓷座套筒之间；所述的陶瓷柱以螺钉连接的方式固定在灯丝座A和灯丝座B之间，用以固定并绝缘两灯丝座；

所述的陶瓷柱保护罩以螺钉连接的方式固定在陶瓷柱一侧用来保护陶瓷柱；

所述的磁偏转组件包括：永久磁铁、轭铁、磁偏转挡片、磁铁固定垫片和非磁性挡片；

所述的永久磁铁嵌于上述磁铁套内，并由磁铁固定垫片通过螺钉连接固定在所述的磁铁套上；所述的轭铁本身无磁性，共有四块，分别焊接在水冷坩埚机构的无氧铜坩埚上，经对应位置的永久磁铁磁化后具备磁性两轭铁在电子束发生机构区域构成均匀磁场，对电子起到了偏转270°的作用；