專利名稱：離子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在薄膜、尤其是光學(xué)性能薄膜(optical quality film)的離子輔助沉積中的離子源以及操作這種離子源的方法。
背景技術(shù)：
離子源在空間推進(jìn)方面有其淵源，但最近發(fā)現(xiàn)了它在工業(yè)加工如薄膜涂層的IAD法中的用途。在IAD過(guò)程中，來(lái)自離子源的離子束導(dǎo)向目標(biāo)襯底，導(dǎo)致涂覆材料隨著其沉積而稠化。該過(guò)程發(fā)生在壓強(qiáng)在10-2Pa等級(jí)或更小的抽空腔內(nèi)。
離子輔助在幾乎任何一種光學(xué)材料的生長(zhǎng)中的益處是眾所周知的，而今更被廣泛地使用。通常，離子轟擊提供接近膜的體密度，導(dǎo)致在膜的耐用性和性能方面有巨大的改進(jìn)。但是，對(duì)于很多類型的材料，這一益處要通過(guò)光學(xué)特性的不良變化來(lái)實(shí)現(xiàn)，如增大了材料的吸收系數(shù)(k)和折射率(n)的可變性。對(duì)于許多材料來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題源于離子種類與沉積材料之間的不相容性。
氬離子和氧離子是用在IAD過(guò)程中的最主要的兩種類型。雖然通常導(dǎo)致金屬氧化物還原以及大部分金屬氟化物的氟耗損，但Ar+的高動(dòng)量提供較高的填充密度(packing density)。這導(dǎo)致富含金屬的膜，并隨之增大光的吸收性。
O+的使用非常適用于金屬氧化物如氧化鈦、氧化硅的IAD。通過(guò)對(duì)能量和離子流密度的正確選擇，O+的IAD可以提供充分稠密化的低應(yīng)力膜。但是當(dāng)極富化學(xué)活性的氧離子在結(jié)合到薄膜中之前從沉積分子中置換氟原子時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題。這導(dǎo)致氟氧化物的生長(zhǎng)以及隨之的光學(xué)特性的衰減。這種情況發(fā)生的程度依賴于離子能量和電流等因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面在于一種離子源，包括
一個(gè)電離區(qū)；一個(gè)供氣源；一個(gè)氣體激勵(lì)系統(tǒng)；離子感應(yīng)(influencing)裝置；和一個(gè)離子源控制器；其中，所述氣源向所述電離區(qū)提供可電離氣體；其中，所述氣體激勵(lì)系統(tǒng)導(dǎo)致氣體在所述電離區(qū)內(nèi)電離；其中，所述離子感應(yīng)裝置將所述電離區(qū)中產(chǎn)生的離子形成基本上指向目標(biāo)的離子流；以及其中，離子源控制器控制所述的離子源，從而間歇性地產(chǎn)生所述的離子流。
在第一實(shí)施例中，氣體間歇性引入到電離區(qū)中。
在第二實(shí)施例中，使電子流間歇地進(jìn)入電離區(qū)。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明的離子源與膜沉積設(shè)備組合，組合的設(shè)備包括一個(gè)沉積控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在離子流指向目標(biāo)的同時(shí)，防止新的材料沉積到目標(biāo)襯底上。


通過(guò)下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明其它優(yōu)點(diǎn)和特性將變得更加清晰，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的離子源的局部斷面圖；圖2是圖1中的離子源的平面圖；圖3示出陰極燈絲波形信號(hào)的示例；圖4是帶有鄰近出口的通用控制閥的氣體傳輸系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖5示出出口控制閥的示例；以及圖6是與IAD沉積設(shè)備結(jié)合的離子源簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
在典型的離子源中，通過(guò)可電離氣體從陰極燈絲向陽(yáng)極抽引電子。氣體分子和高能電子之間的碰撞通過(guò)感生等離子體而產(chǎn)生一個(gè)正離子源。在公知的無(wú)柵離子源這類離子源中，磁場(chǎng)施加到等離子體上，將從離子源加速的離子整形為離子束。在特定的無(wú)柵離子源中，已知的末端霍爾效應(yīng)離子源，磁場(chǎng)的軸與陰極和陽(yáng)極之間的電勢(shì)對(duì)齊。磁場(chǎng)和電場(chǎng)之間的相互作用導(dǎo)致帶電粒子大致地隨從磁力線。這些裝置中的陽(yáng)極是典型的環(huán)形，具有向外傾斜的內(nèi)徑，在陽(yáng)極壁的區(qū)域之內(nèi)形成大量等離子體。
下面描述一種特定的離子源，但應(yīng)該理解，這種描述只出于示意性目的。本發(fā)明可以適于與幾種公知的離子源中的任何一種一起使用。
圖1和圖2示出一種總地標(biāo)示為10的離子源，其具有陰極線11和陽(yáng)極12。陽(yáng)極12是具有在陰極方向上向外傾斜的內(nèi)表面35的環(huán)。在陰極1和陽(yáng)極12之間是一個(gè)電離區(qū)13。陰極線11由兩個(gè)安裝銷20懸在陽(yáng)極之上，而兩個(gè)安裝銷20由屏蔽板30固定并與屏蔽板30電絕緣。屏蔽板30通過(guò)從低于陰極12的點(diǎn)向陰極11之上的點(diǎn)延伸而基本上包圍陽(yáng)極、陰極和電離區(qū)，并且優(yōu)選地維持在地電勢(shì)以將陽(yáng)極和陰極與外電場(chǎng)屏蔽開。
在電離區(qū)13的外部但鄰近陽(yáng)極12設(shè)置一個(gè)磁鐵14。磁鐵14建立一個(gè)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的縱軸與陽(yáng)極12的軸對(duì)齊。磁鐵可以是一個(gè)永磁鐵或電磁鐵。
優(yōu)選地，磁鐵是一個(gè)大磁通量的稀土磁鐵，如NdFeB磁鐵。
或者，磁鐵14可以是一個(gè)圍繞陽(yáng)極12和電離區(qū)13設(shè)置的環(huán)形磁鐵。
磁場(chǎng)與電場(chǎng)的對(duì)齊導(dǎo)致當(dāng)陰極發(fā)射電子向陽(yáng)極移動(dòng)時(shí)它們大致隨從磁力線。這具有向著磁場(chǎng)軸集中電子流的效果。因此，磁場(chǎng)強(qiáng)度最大的區(qū)域也將是最大電通量的區(qū)域。
電離氣體、例如氧氣、氮?dú)饣驓鍤饨?jīng)氣流路徑從氣體供給管路22提供到電離區(qū)。氣流路徑在出口元件15處終止。出口元件15具有氣體蓮蓬頭的形式，帶有多個(gè)孔17，它們基本上以隨機(jī)的方向?qū)怏w引入電離區(qū)13。氣體蓮蓬頭15設(shè)置在陽(yáng)極的軸上并與電離區(qū)13相鄰，使得從孔17發(fā)射出的氣體在高電通量的點(diǎn)處進(jìn)入電離區(qū)。因?yàn)檩^大比例的電離發(fā)生在接近出口處，所以氣體蓮蓬頭是諸如不銹鋼的材料，其耐受來(lái)自進(jìn)入電通量的極高能量。
陽(yáng)極12優(yōu)選地具有其中設(shè)置的通道53，該通道與提供水來(lái)冷卻陽(yáng)極的流體導(dǎo)管55相連通。通道53優(yōu)選地延伸到出口元件15的主體內(nèi)。
陽(yáng)極12、出口元件15和屏蔽板30安裝到一個(gè)不導(dǎo)電的安裝基座50上，經(jīng)該基座延伸氣流路徑和流體導(dǎo)管55。多個(gè)安裝螺釘57將陽(yáng)極12固定到基座50上。磁鐵14裝在基座內(nèi)，使得外部磁極暴露。安裝基座50有一個(gè)導(dǎo)管58，該導(dǎo)管形成氣流路徑的一部分并將氣體供給管路22連接到出口元件15，使得在出口元件15和氣體供給管路22之間不能建立電連接。安裝基座50具有一個(gè)類似的導(dǎo)管用于將水供給管路55連接到通道53。氣體和水供給管路優(yōu)選地用螺絲擰入到安裝基座50中。適合于安裝基座50的材料是玻璃填充的聚四氟乙烯。這種配置降低電氣危害，簡(jiǎn)化了安裝和設(shè)置，并降低了在氣體供給管路中形成二次等離子體的危險(xiǎn)。
出口的大小優(yōu)選地是陽(yáng)極最小內(nèi)徑的一半或更小，以便在出口周圍建立一個(gè)局部的高壓帶，高壓隨距離迅速降低。
在操作中，陽(yáng)極相對(duì)于處在或接近地電勢(shì)的陰極在0-500V，優(yōu)選250V范圍內(nèi)充電。大約12A的DC電流通過(guò)陰極以激勵(lì)電子發(fā)射?？梢允褂肁C電流，但本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，交流電與磁場(chǎng)的結(jié)合導(dǎo)致陰極振動(dòng)，這樣將減短陰極的壽命。陰極處產(chǎn)生的電子受陽(yáng)極電勢(shì)的影響并向著陽(yáng)極加速。磁場(chǎng)賦予電子螺旋運(yùn)動(dòng)并進(jìn)一步提高它們的動(dòng)能，由此用它們的勢(shì)能使氣體分子離子化，并朝向縱軸聚焦電子。高能電子與出口元件15發(fā)射的氣體分子的碰撞導(dǎo)致電離。如果發(fā)生充分的離子化碰撞，則形成等離子體。等離子體中產(chǎn)生的正粒子經(jīng)歷與電子相反的作用。離子最初具有一個(gè)隨機(jī)的速度，但受電勢(shì)梯度的影響，該電勢(shì)梯度將它們朝向陰極11加速并通過(guò)陰極11。在此情況下，磁場(chǎng)起著控制方向的作用，離子在該方向上通過(guò)將它們聚焦為一個(gè)以磁場(chǎng)的縱軸為中心的離子束或離子流而從離子源發(fā)射。通過(guò)適當(dāng)?shù)匦?zhǔn)磁場(chǎng)的軸，可以使離子束指向目標(biāo)。
上述離子源的進(jìn)一步特點(diǎn)可以從本申請(qǐng)人的共同的待定申請(qǐng)PCT/AU99/00591中獲知，該申請(qǐng)的內(nèi)容在此引為參考。
在第一實(shí)施例中，陰極燈絲11連接到包括有一個(gè)可變波形信號(hào)發(fā)生器的DC電源上。陰極燈絲具有8～9A的DC偏流，它至少是熱離子發(fā)射所需的閾值電流的70％，優(yōu)選為75-95％(如圖3中的虛線所示)。此電流作為一個(gè)連續(xù)波(CW)信號(hào)提供給燈絲(圖3a)。疊加在基礎(chǔ)信號(hào)上的是一個(gè)約為3A的方形脈沖信號(hào)(圖3b)。合成信號(hào)(圖3c)在輔助脈沖信號(hào)的峰值周期中足以產(chǎn)生熱離子發(fā)射。因?yàn)殛帢O的電子發(fā)射以及隨后的氣體電離只在有足夠的陰極電流時(shí)發(fā)生，所以離子源在陰極電流周期的峰值期間將只產(chǎn)生離子流。當(dāng)脈沖信號(hào)完成并且總燈絲電流返回到基礎(chǔ)水平時(shí)，沒(méi)有熱離子發(fā)射來(lái)激勵(lì)氣體的電離，并因而離子束流下降為零。
基礎(chǔ)燈絲信號(hào)和脈沖信號(hào)的大小可以通過(guò)信號(hào)發(fā)生器根據(jù)采用的陰極燈絲的要求及類型變化，如同可以通過(guò)占空比或脈沖信號(hào)的頻率改變。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)對(duì)于每隔5～30nm、優(yōu)選10-20nm的沉積適于用離子對(duì)目標(biāo)轟擊0.5～5秒，優(yōu)選為1秒，這近似于具有大約5～50秒、優(yōu)選10秒、占空比5％～30％、優(yōu)選為10％的陰極燈絲脈沖信號(hào)周期對(duì)應(yīng)。利用這些參數(shù)，離子流以遠(yuǎn)短于離子束流在每個(gè)周期中為開(on)的時(shí)間長(zhǎng)度的時(shí)間增長(zhǎng)和衰減。
通過(guò)給燈絲提供一個(gè)加入周期脈沖電流的CW基礎(chǔ)電流，與較大幅度的一個(gè)脈沖信號(hào)相反，防止了燈絲的熱沖擊，并由此延長(zhǎng)燈絲壽命。
下面參見圖4描述產(chǎn)生間歇式離子束流的另一實(shí)施例。在此實(shí)施例中，氣體循環(huán)地流進(jìn)到電離區(qū)。圖4示出設(shè)置在離子源的電離區(qū)附近的氣體出口15。該出口經(jīng)氣體供給管路22被供給氣體。
氣體供給管路22中的電控閥43被提供一個(gè)來(lái)自信號(hào)發(fā)生器45的信號(hào)以控制其開關(guān)，由此操縱氣體流入電離區(qū)13。
用于控制閥的操作的波形可以與用在上述陰極燈絲實(shí)施例中的方形脈沖波相同。但是，離子束電流的上升及其隨后的衰減的時(shí)間將不再與上述周期的環(huán)形燈絲電流的實(shí)施例相同，因?yàn)橐坏╅y43打開，進(jìn)入電離區(qū)的氣體將滯后，而一旦閥閉合，則來(lái)自閥43的氣體路徑下游的殘留氣體擴(kuò)散。因此，可能用于保持控制閥43打開的脈沖需要稍長(zhǎng)于類似燈絲電流脈沖，以便提供相同效果的離子束流強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。將閥43放置得盡可能接近出口以減小閥關(guān)閉時(shí)閥的供給管路下游的殘留氣體量也很重要。
參見圖5討論閥的一個(gè)建議性實(shí)施例，其中，一個(gè)螺線管60纏繞在氣體供給管路22上。設(shè)置在氣體供給管路22中的銜鐵61在第一位置與閥座63接合以關(guān)閉閥，而在第二位置允許氣體經(jīng)管路流到出口。銜鐵61是鐵磁性的和/或順磁性的，在通常條件下既可以通過(guò)彈簧65、也可以通過(guò)用于控制等離子體的離子排出的稀土磁鐵14的磁場(chǎng)來(lái)偏置，從而關(guān)閉閥。由來(lái)自信號(hào)發(fā)生器45的波形控制的螺線管60中的電流變化產(chǎn)生銜鐵61周圍局部磁場(chǎng)條件的變化。這具有將銜鐵61拉離閥座63的效果，由此允許氣體流動(dòng)。螺線管帶電狀態(tài)的反向變化導(dǎo)致銜鐵61重新與閥座63接合。
優(yōu)選的，銜鐵61磁化成使得在螺線管磁場(chǎng)(solenoid field)不存在時(shí)，銜鐵61由稀土磁鐵14驅(qū)動(dòng)到閉合位置。當(dāng)螺線管61被充電時(shí)，螺線管磁場(chǎng)克服磁鐵14的磁場(chǎng)并起到打開閥的作用。通過(guò)這種方式，氣體管路在不存在任何電力的情況下保持閉合。
在另一系統(tǒng)中，閥可以是一種壓電閥，其隨著波形發(fā)生器的控制信號(hào)而在高值和低值之間的變動(dòng)而打開和關(guān)閉。
在另一實(shí)施例中，可以用一個(gè)或多個(gè)氣體注射器代替氣體出口和閥。氣體注射器將測(cè)定的氣體量注入到電離區(qū)。氣體注入的時(shí)間由波形發(fā)生器控制。周期或循環(huán)氣流的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少提供給電離區(qū)的氣體的總量，這是因?yàn)樵诓恍枰x子流時(shí)不提供氣體，因而可以用較小和/或較廉價(jià)的真空泵實(shí)現(xiàn)最佳IAD條件所需的低壓。
更重要的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)脈沖氣流可以在電離區(qū)中實(shí)現(xiàn)較高的局部氣壓，同時(shí)對(duì)于同樣的泵系統(tǒng)仍保持較低的背景氣壓。這是因?yàn)樵跀?shù)次循環(huán)之后平均氣流及由此的平均背景氣壓對(duì)于脈沖氣流要低于對(duì)于利用相同氣體流速的連續(xù)氣流。該系統(tǒng)由此可以在氣流循環(huán)的開狀態(tài)中容許較高的氣體流速，而不會(huì)對(duì)該系統(tǒng)帶來(lái)由背景氣壓導(dǎo)致的不穩(wěn)定性。較高的氣流產(chǎn)生較高的電離區(qū)氣壓，導(dǎo)致較高的離子束流。
產(chǎn)生脈沖離子束流的另一種方法為離子源陽(yáng)極12提供相對(duì)于陰極范圍在0V到其正常工作電壓，例如250V的方形脈沖波形的電壓。當(dāng)陽(yáng)極電壓較高時(shí)，離子源按正常工作，產(chǎn)生離子束流。當(dāng)陽(yáng)極電壓降低時(shí)，在陰極產(chǎn)生的電子不受陽(yáng)極電壓的影響，并且因而不優(yōu)選向著電離區(qū)加速。因此發(fā)生最小的激勵(lì)碰撞并且不會(huì)產(chǎn)生有用的離子束。
還可以有另外的產(chǎn)生循環(huán)離子束的方法。例如，在用電磁鐵對(duì)離子束整形并導(dǎo)向的離子源中，電磁鐵可以接收脈沖信號(hào)，從而只間歇性地產(chǎn)生導(dǎo)致離子流向目標(biāo)的定向效果。
當(dāng)然還可以結(jié)合上述任何方法以產(chǎn)生間歇性離子束流。
參見圖6，圖中示出了包含根據(jù)本發(fā)明的離子源70的離子輔助薄膜沉積系統(tǒng)，沉積設(shè)備71和目標(biāo)襯底72均設(shè)置在真空腔73中。操縱離子源的電源74包括一個(gè)用于產(chǎn)生指向目標(biāo)襯底72的周期性離子束80的波形發(fā)生器72。沉積設(shè)備71產(chǎn)生待沉積的材料79的蒸汽流，并且可以采用任何用在物理氣相沉積中的公知技術(shù)，如熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)。所使用特定的蒸發(fā)技術(shù)依賴于沉積材料的類型和襯底類型。
操作中，沉積預(yù)定厚度的材料，不用離子輔助，這導(dǎo)致低填充密度的化學(xué)計(jì)量沉積的生長(zhǎng)。然后用短持續(xù)時(shí)間的高能離子脈沖轟擊沉積的膜。重復(fù)此過(guò)程，直到達(dá)到膜的全部厚度。結(jié)果是一種強(qiáng)粘附性的化學(xué)計(jì)量膜，具有良好的體密度和光學(xué)特性。
在本發(fā)明的大多數(shù)優(yōu)選形式中，涂層材料向目標(biāo)72上的沉積也對(duì)于沉積的每個(gè)階段周期性地發(fā)生，而離子轟擊不同時(shí)發(fā)生，即與其它階段之外的階段不同時(shí)發(fā)生。波形發(fā)生器45可以用于通過(guò)一個(gè)信號(hào)控制蒸發(fā)設(shè)備71，該信號(hào)的暫時(shí)反相用于控制離子源。因而目標(biāo)72接收一個(gè)重復(fù)的循環(huán)，該循環(huán)由專門的及特有的沉積和離子轟擊階段組成。
在另一種形式中，蒸發(fā)設(shè)備可以有一個(gè)活門元件78，該元件在總過(guò)程循環(huán)的離子轟擊階段的初始時(shí)致動(dòng)，以阻擋沉積材料流到達(dá)襯底，使得防止其他沉積材料在發(fā)生離子轟擊的同時(shí)到達(dá)目標(biāo)?；铋T可以由用于控制離子源的波形發(fā)生器發(fā)出的同樣波形控制。在離子轟擊階段完成時(shí)，活門移出沉積材料流。
代替使用波形發(fā)生器觸發(fā)離子束流的產(chǎn)生，離子源可以使用一個(gè)外部觸發(fā)器。例如，離子源可以接收原地測(cè)量沉積膜的生長(zhǎng)的沉積監(jiān)視器76、例如石英晶體監(jiān)視器的反饋。一旦沉積了預(yù)定厚度的膜，就可以產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)以觸發(fā)離子源來(lái)提供導(dǎo)致最后沉積膜稠化作用的離子脈沖。脈沖的大小和周期仍可以通過(guò)波形發(fā)生器或通過(guò)其它裝置控制。用于激勵(lì)離子源的同樣觸發(fā)器可以控制蒸發(fā)設(shè)備和/或活門元件，防止在離子轟擊期間進(jìn)一步的膜材料沉積到襯底上。
離子轟擊階段的持續(xù)時(shí)間可以通過(guò)波形發(fā)生器設(shè)置的脈沖長(zhǎng)度預(yù)定。
在離子轟擊階段的結(jié)尾，由于氣體向離子源的注入，壓強(qiáng)可以高于沉積階段所需的或理想的壓強(qiáng)。設(shè)置在真空腔內(nèi)的壓強(qiáng)傳感器75可以測(cè)量腔壓強(qiáng)，該系統(tǒng)可以利用該壓強(qiáng)來(lái)防止沉積過(guò)程重新開始，直到壓強(qiáng)低于預(yù)定水平。
實(shí)例研究1氟化鎂氟化鎂是一種非常通用的薄膜材料，用于雙層或多層抗反射涂層。其擁有較低的折射率(在550nm時(shí)為n＝1.35)和從深紫外到遠(yuǎn)紅外的透明范圍。常規(guī)的沉積要求較高的襯底溫度(＝300℃)，這樣在多階段過(guò)程中會(huì)延長(zhǎng)處理時(shí)間，并且相當(dāng)大地增加了損害熱敏襯底的危險(xiǎn)。通過(guò)目標(biāo)的連續(xù)性和周期性離子轟擊而沉積氟化鎂的比較例示于表1。
表1

*以250eV氧離子能量、10％占空比的750mA脈沖的離子輔助實(shí)例研究2氟化鈣大塊氟化鈣擁有所有薄膜材料中最低的折射率(在550nm時(shí)為n＝1.21(整體))。與上述氟化鎂相比，該材料具有極寬的透明范圍。蒸發(fā)的CaF2薄膜只具有50％-60％的填充密度，因此極軟且易于受損，使得其幾乎必需用在清潔的環(huán)境中，這是因?yàn)椴潦脤?huì)快速地?fù)p害涂層。表2表示用和不用脈沖離子轟擊沉積的氟化鈣膜的比較例。
表2

*以200eV氧離子能量、10％占空比的500mA脈沖的離子輔助因?yàn)楸景l(fā)明的離子源以循環(huán)模式工作，使得只在簡(jiǎn)短的周期中產(chǎn)生離子束，在開(on)階段離子源中增長(zhǎng)的不穩(wěn)定性，如果在嚴(yán)重事件如真空電弧的發(fā)生之前切換到關(guān)(off)階段，則對(duì)于離子源的工作可以不是致命的。例如，在脈沖離子束系統(tǒng)開(on)階段中可以具有比連續(xù)系統(tǒng)高的氣體流速，這導(dǎo)致較高的離子束流，因?yàn)榈诫婋x區(qū)之外的壓強(qiáng)達(dá)到可能發(fā)生真空電弧的水平時(shí)，波形信號(hào)將走低，因而切斷氣流。潛在的不穩(wěn)定性將在下一個(gè)循環(huán)開始的開(on)階段之前變?yōu)榉€(wěn)定。
在薄膜的離子輔助沉積中利用間歇的離子束防止或至少減少了上述現(xiàn)有IAD系統(tǒng)的問(wèn)題，如離子種類損耗和變位。這是因?yàn)樵谘h(huán)的離子轟擊階段只沉積最少量的新材料。因而，該離子束只作為使已沉積的材料致密的能量源?，F(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題可以通過(guò)排除離子轟擊階段所有的沉積而進(jìn)一步得以緩解。
本發(fā)明還使得能夠制造穩(wěn)定、高光學(xué)質(zhì)量的UV膜。
雖然以上以描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)特點(diǎn)的情況下以其它的形式實(shí)施。因此，本發(fā)明的實(shí)施例和實(shí)例將被認(rèn)為是示意性的而非限定性的，本發(fā)明的范圍將由所附的權(quán)利要求限定而非前述描述限定，并且所有的改型將落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。還應(yīng)該理解，在此公知為現(xiàn)有技術(shù)的任何對(duì)比文件，除非有相反的指示，都不構(gòu)成這樣的承認(rèn)即這些現(xiàn)有技術(shù)通常為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。
權(quán)利要求
1.一種離子源，包括電離區(qū)；供氣源；氣體激勵(lì)源；離子影響裝置；和離子源控制器；其中，所述供氣源向所述電離區(qū)提供可電離氣體；所述氣體激勵(lì)系統(tǒng)導(dǎo)致氣體在所述電離區(qū)電離；所述離子影響裝置將所述電離區(qū)中產(chǎn)生的離子形成為基本指向目標(biāo)的離子流；以及所述離子源控制器控制所述離子源，從而間歇性地產(chǎn)生所述離子流。
2.如權(quán)利要求1所述的離子源，其中，所述離子源控制器包括產(chǎn)生規(guī)律的波形信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器，所產(chǎn)生的信號(hào)控制離子流的產(chǎn)生。
3.如權(quán)利要求1所述的離子源，其中，所述離子流的開始響應(yīng)于所述離子源控制器接收到的外界觸發(fā)，所述離子源控制器還包括用于控制離子源持續(xù)時(shí)間的計(jì)時(shí)器。
4.一種離子源，包括電離區(qū)；供氣源；陰極；陰極發(fā)射控制器；陽(yáng)極；電勢(shì)發(fā)生器；以及離子影響裝置；并且其中，所述供氣源向所述電離區(qū)提供可電離氣體；所述陰極設(shè)置在所述電離區(qū)的一端；所述陽(yáng)極設(shè)置在所述電離區(qū)的相對(duì)的縱向端；所述陰極發(fā)射控制器導(dǎo)致所述陰極發(fā)射電子；所述電勢(shì)發(fā)生器在所述陰極和所述陽(yáng)極之間產(chǎn)生電勢(shì)；所述產(chǎn)生的電勢(shì)導(dǎo)致由所述陰極發(fā)射的電子沿所述陽(yáng)極方向加速；向所述陽(yáng)極移動(dòng)的電子轟擊所述可電離氣體以產(chǎn)生離子；所述離子影響裝置將所述電離區(qū)中產(chǎn)生的離子形成為基本指向目標(biāo)的離子流；以及所述陰極發(fā)射控制器導(dǎo)致電子從所述陰極間歇性地發(fā)射，使得所述離子源產(chǎn)生間歇離子流。
5.如權(quán)利要求4所述的離子源，其中，所述陰極發(fā)射控制器產(chǎn)生一個(gè)波形電流信號(hào)，該信號(hào)被提供給所述陰極，以激勵(lì)從所述陰極發(fā)射電子。
6.如權(quán)利要求4所述的離子源，其中，所述陰極發(fā)射控制器產(chǎn)生一個(gè)DC電流信號(hào)，該信號(hào)被提供給所述陰極，以激勵(lì)從所述陰極發(fā)射電子；DC電流信號(hào)包括處于從所述陰極發(fā)射電子所需的閾值以下的連續(xù)基礎(chǔ)電流信號(hào)和疊加在上述基礎(chǔ)電流信號(hào)上的間歇脈沖電流信號(hào)，并且所述基礎(chǔ)電流和所述脈沖電流的結(jié)合高于從所述陰極發(fā)射電子所需的閾值電流。
7.如權(quán)利要求6所述的離子源，其中，脈沖電流信號(hào)具有5％～20％的占空比。
8.如權(quán)利要求6所述的離子源，其中，通向所述陰極的總電流在整個(gè)信號(hào)周期的5％～20％內(nèi)高于電子發(fā)射閾值5～20％。
9.一種離子源，包括電離區(qū)；供氣源；氣體激勵(lì)源；離子影響裝置；以及氣流控制器；其中，所述供氣源向所述電離區(qū)提供可電離氣體；所述氣體激勵(lì)系統(tǒng)導(dǎo)致氣體在所述電離區(qū)內(nèi)電離；所述離子影響裝置將所述電離區(qū)中產(chǎn)生的離子形成為基本指向目標(biāo)的離子流；并且所述氣流控制器控制氣體流進(jìn)所述電離區(qū)，從而間歇性地產(chǎn)生所述離子流。
10.如權(quán)利要求9所述的離子源，其中，所述供氣源包括氣體管路，所述氣體管路中通向所述電離區(qū)的出口和設(shè)置在所述氣體管路中以控制氣體流向所述出口的閥，其中，所述氣流控制器包括一個(gè)信號(hào)發(fā)生器，并且所述信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)控制所述閥開、關(guān)的信號(hào)。
11.如權(quán)利要求9所述的離子源，其中，所述閥基本上鄰近所述出口。
12.如權(quán)利要求10所述的離子源，其中，所述信號(hào)是規(guī)則脈沖波形信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所述的離子源，其中，所述規(guī)則的脈沖波形信號(hào)具有5％～30％的占空比。
14.如權(quán)利要求10所述的離子源，其中，所述閥由來(lái)自所述信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)電控。
15.如權(quán)利要求10所述的離子源，其中，所述閥包括形成在所述氣體管路中的閥座、設(shè)置在所述氣體管路中的銜鐵和圍繞所述氣體管路設(shè)置的線圈，其中，所述銜鐵適于密封地接合所述閥座，以防止氣體經(jīng)所述氣體管路流動(dòng)，所述線圈由來(lái)自信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)充電，并且所述銜鐵響應(yīng)于所述線圈帶電狀態(tài)的變化而與所述閥座脫開。
16.如權(quán)利要求15所述的離子源，其中，所述銜鐵被偏壓向所述銜鐵與所述閥座接合的位置。
17.如權(quán)利要求16所述的離子源，還包括磁鐵，其中所述磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)將所述銜鐵偏壓成與所述閥座接合。
18.如權(quán)利要求9所述的離子源，其中，所述供氣源包括一個(gè)或多個(gè)氣體注射器，所述氣體注射器將測(cè)定量的氣體注入到所述電離區(qū)中，并且由所述氣體注射器注射氣體被離子源控制器加以控制。
19.一種離子源，包括電離區(qū)；供氣源；陰極；陰極發(fā)射控制器；陽(yáng)極；電勢(shì)發(fā)生器；以及離子影響裝置；并且其中，所述供氣源向所述電離區(qū)提供可電離氣體；所述陰極設(shè)置在所述電離區(qū)的一端；所述陽(yáng)極設(shè)置在所述電離區(qū)的相對(duì)的縱向端；所述陰極發(fā)射控制器導(dǎo)致所述陰極發(fā)射電子；所述電勢(shì)發(fā)生器在所述陰極和所述陽(yáng)極之間產(chǎn)生電勢(shì)；所述產(chǎn)生的電勢(shì)導(dǎo)致由所述陰極發(fā)射的電子沿所述陽(yáng)極方向加速；向所述陽(yáng)極移動(dòng)的電子轟擊所述可電離氣體以產(chǎn)生離子；所述離子影響裝置將所述電離區(qū)中產(chǎn)生的離子形成為基本指向目標(biāo)的離子流；以及所述電勢(shì)間歇性地產(chǎn)生，使得所述離子源產(chǎn)生間歇的離子流。
20.如權(quán)利要求19所述的離子源，其中，所述電勢(shì)發(fā)生器給所述陽(yáng)極提供電勢(shì)，導(dǎo)致由所述陰極發(fā)射的電子沿所述陽(yáng)極的方向加速。
21.一種薄膜沉積系統(tǒng)，包括沉積設(shè)備和如權(quán)利要求1所述的離子源，其中，所述沉積設(shè)備向所述目標(biāo)發(fā)射沉積材料的射流。
22.一種薄膜沉積系統(tǒng)，包括沉積設(shè)備；離子源；離子源控制器；以及至少一個(gè)目標(biāo)襯底；其中，所述沉積設(shè)備向所述目標(biāo)發(fā)射沉積材料的射流；所述離子源產(chǎn)生基本上指向目標(biāo)襯底的離子流；所述離子源控制器控制所述離子源，以便間歇性地產(chǎn)生所述離子流；且在所述目標(biāo)襯底上遭受所述離子流的同時(shí)基本上防止材料在所述目標(biāo)襯底上沉積。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，還包括一個(gè)活門元件，在所述目標(biāo)襯底遭受所述離子流的同時(shí)該活門元件基本上阻擋了沉積材料的射流。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述活門元件由所述離子源控制器控制。
25.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述離子源控制器包括一個(gè)產(chǎn)生脈沖波形信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)控制所述離子源和所述活門元件。
26.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，還包括一個(gè)壓強(qiáng)監(jiān)視器，其中壓強(qiáng)監(jiān)視器測(cè)量系統(tǒng)的壓強(qiáng)，并且響應(yīng)于處于預(yù)定水平以下的壓強(qiáng)測(cè)量值開始材料向所述目標(biāo)襯底上的沉積。
27.一種薄膜沉積系統(tǒng)，包括沉積設(shè)備；離子源；離子源控制器；至少一個(gè)目標(biāo)襯底；以及沉積監(jiān)視器；其中，所述沉積設(shè)備向目標(biāo)發(fā)射沉積材料的射流；所述離子源產(chǎn)生基本上指向目標(biāo)襯底的離子流；所述離子源控制器控制所述離子源，以產(chǎn)生離子流預(yù)定的持續(xù)時(shí)間；所述沉積監(jiān)視器監(jiān)視沉積在所述目標(biāo)襯底上的材料厚度的增長(zhǎng)；并且所述沉積監(jiān)視器觸發(fā)所述離子源，以響應(yīng)所測(cè)量的沉積材料的增長(zhǎng)在預(yù)定水平以上而開始產(chǎn)生離子流。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定水平在5～30nm之間。
29.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定的持續(xù)時(shí)間處于0.5～5秒之間。
30.一種控制系統(tǒng)，用于控制離子輔助沉積過(guò)程，包括沉積監(jiān)視器；壓強(qiáng)監(jiān)視器；離子源控制器；以及沉積控制器；其中，所述沉積監(jiān)視器監(jiān)視沉積在目標(biāo)襯底上的材料厚度的增長(zhǎng)；所述壓強(qiáng)監(jiān)視器測(cè)量發(fā)生所述離子輔助沉積的真空腔內(nèi)的壓強(qiáng)；響應(yīng)由所述沉積監(jiān)視器測(cè)得的襯底上沉積材料厚度增長(zhǎng)超過(guò)預(yù)定水平而產(chǎn)生第一控制信號(hào)；響應(yīng)所述第一控制信號(hào)，所述沉積控制器導(dǎo)致材料在所述襯底上的沉積停止；響應(yīng)所述第一控制信號(hào)，所述離子源控制器導(dǎo)致離子源產(chǎn)生指向所述襯底的離子流預(yù)定的持續(xù)時(shí)間；在所述預(yù)定的持續(xù)時(shí)間屆滿之后，響應(yīng)由所述壓強(qiáng)監(jiān)視器測(cè)得的低于預(yù)定壓強(qiáng)的壓強(qiáng)而產(chǎn)生第二控制信號(hào)；并且響應(yīng)所述第二控制信號(hào)，所述沉積控制器導(dǎo)致材料在所述襯底上的沉積開始。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用在薄膜離子輔助沉積中的離子源，其具有一個(gè)電離區(qū)(13)；一個(gè)供氣源(22)，向電離區(qū)提供可電離氣體；一個(gè)導(dǎo)致氣體電離的氣體激系統(tǒng)(11，12)，用于將離子形成指向目標(biāo)的離子流的離子影響裝置，以及一個(gè)控制離子源從而間歇性地產(chǎn)生離子流的離子源控制器。
文檔編號(hào)C23C14/54GK1486502SQ01821886
公開日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2001年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月30日
發(fā)明者韋恩·G·塞恩蒂, 韋恩 G 塞恩蒂 申請(qǐng)人:塞恩技術(shù)有限公司