[发明专利]一种三栅组件及含有该三栅组件的离子源

说明书

本发明公开了一种三栅组件，包括依次平行设置的内栅网、中栅网和外栅网，所述内栅网内侧设有内法兰，所述内栅网安装于所述内法兰上，所述外栅网外侧设有外法兰，所述外栅网安装于所述外法兰上，所述内法兰与所述中栅网之间、以及所述外法兰与所述中栅网之间均夹设有绝缘隔离件，所述中栅网上设有用于吸收热变形的应力吸收槽。本发明进一步公开了一种离子源，包括内罩、位于内罩内部的放电室、以及位于放电室内的阴极和阳极，还包括上述的三栅组件，三栅组件中的内法兰与所述放电室紧贴，三栅组件中的外法兰与所述内罩相连。本发明具有结构简单、成本低、有利于减少栅网间距离、可防止栅网间形变短路等优点。

技术领域

本发明涉及离子束溅射镀膜设备，尤其涉及一种三栅组件及含有该三栅组件的离子源，特别适用于低能宽束束流引出工况。

背景技术

离子束溅射是物理溅射方法之一。作为新一代薄膜生长方法，它具有膜材纯净、薄膜致密度高、粘附力强等特点，在半导体、薄膜材料、光学元件等行业得到了广泛应用。

薄膜沉积分为物理沉积和化学沉积两种。物理沉积是纯物理作用，不改变靶材和被沉积材料的原子结构和组份。仅仅是将靶材按相同组分比和原子(或分子)结构转移到工件上。物理沉积有三种常用的方法：一种是蒸发镀膜、一种是磁控溅射镀膜、一种是离子束溅射镀膜。蒸发镀膜是在超高真空状态下，将被镀材料加热形成气态物质，利用物质气态时的分子迁移和热运动，将材料附着在工件表面；磁控溅射是利用电磁场作用，在一定真空条件下，在被镀材料和工件间通过辉光放电产生等离子体，利用等离子的动能撞击靶材，将靶材中的原子或分子溅射出来，附着在工件表面；离子束溅射是在一定真空条件下，利用离子源在放电室内产生离子，利用离子束引出系统，将放电室内的离子引出形成带能量的离子束，离子束射向靶材，使靶材的原子或分子溅射出来，附着在工件表面。由于离子束能量高、束流大，与被镀材料的能量交换充分，溅射出来的原子或分子也带有很大能量，且溅射出来的原子或分子产额高，因此与工件的附着力强，致密性好。在三种物理镀膜方法中，其薄膜材料质量、薄膜材料的致密性、薄膜材料的附着力等都是最好的，因此使用越来越广泛。

离子束溅射镀膜设备的关键是离子源，离子源的性能直接影响镀膜质量及重复性。而影响离子源性能的关键因素之一是离子引出系统。离子引出系统的原理是在两极板(或称栅网)间施加电压，从而在极板间产生电场，离子进入极板后，受到电场力作用加速向负极板运动，如果在两极板上开孔，离子将会从负极板孔内射出，也即离子束流的引出。要使离子获得的电场力大，需要使极板间电场大，使电场增大有两个方面的因素，其一、增加两极板间的电位差，其二缩小极板间的距离。当极板间的电位差是可变的时，为了保证获得大的束流，要求极板距离要小于2mm，而且要保证在如此近的距离下，两极板间不会放电打火影响离子源工作，因而对引出系统的设计要求很高。目前，离子源的引出系统结构有两栅和三栅两种。两栅结构设计、制造简单，容易实现，安装时栅网内的网孔对准也比较容易。但由于两栅上都带有高压电，而外侧的栅网直接暴露在薄膜生长的反应室中，易受到反应室内空间电荷的影响，使离子源工作不稳定。此外，研究发现两栅结构的离子引出系统其束流的发散性更大，可能会因为离子束的发散将反应室内其他材料溅射出来沉积到工件上，降低薄膜质量。三栅结构离子源是在两栅结构离子源的外栅网外侧再增加了一个栅网，此栅网接地，与离子源的内罩共同形成一个等电位体，将内部两个栅网及放电室包裹在内部，使栅网及放电室与反应室隔离，保护内部栅网不受反应室空间电荷及反应环境的影响。但由于各栅网之间的距离非常近(小于2mm)，而内栅网又处于等离子体的出口，温度高，很容易导致栅网变形、短路，为了解决此问题，常规的做法是将增大三栅的尺寸，并在栅网的外周增加零件，提高栅网强度，这样虽然有利于防止栅网变形，但是会导致结构复杂，尺寸大大增加，进一步地反应室的尺寸也需要相应地增大，造成设备成本大大提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低、有利于减少栅网间距离、可防止栅网间形变短路的三栅组件。

本发明进一步提供一种含有上述三栅组件的离子源