專利名稱：改良型離子槍的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種改良型離子槍，尤指一種具有特殊柵極組件并應用于光學薄膜的制造過程中的離子槍。
背景技術：
目前，光學薄膜應用在雷射光學、光纖通訊等高科技用品中占有重要地位，它通過在各種光學材料的表面鍍上一層或多層膜，利用光的干涉效應改變透射光或反射光的偏振、相位及能量，薄膜可以鍍在晶體、塑料、光學玻璃等材料上，最常用的基底是光學玻璃，薄膜厚度可以從幾nm到幾μm，層數(shù)可以由一層到幾百層。濾光片是光學薄膜應用的其中一類，它是利用多光束干涉原理在光學基底上鍍制多層金屬或介質膜層而制得。
制備光學薄膜的基本原理有物理氣相沉積與化學氣相沉積，物理氣相沉積包括三個基本方法，即真空蒸鍍、濺射及離子鍍。其中真空蒸鍍是在10-3～10-4Pa的壓力下，采用各種形式的熱能轉換方式使鍍膜材料蒸發(fā)，并成為具有一定能量的氣態(tài)粒子，蒸發(fā)的氣態(tài)粒子通過基本上無碰撞的直線運動方式傳輸?shù)交?，然后在基底上凝聚成薄膜。濺射法是在真空室內充以10～1Pa的惰性氣體，被濺射的材料作為陰極，將基片作為陽極并接地，整個系統(tǒng)在陰陽極之間加上數(shù)千伏的直流電后產(chǎn)生輝光放電，由放電形成的正離子在電場作用下朝著陰極(靶材)方向加速，并轟擊陰極，在離子的轟擊下，材料從陰極上打出來，被濺射出來的粒子冷凝在放置于陽極的基片上就形成薄膜。離子鍍法是在真空蒸鍍的基礎上，再加上等離子體的活化作用，在惰性氣體的輝光放電中將膜材的蒸氣進行離子化，再對基底進行轟擊和鍍膜的方法。
隨著光學鍍膜在光學組件上的要求越趨嚴格，將離子源(離子槍)應用在鍍膜制程上以提高鍍膜品質的方式也日漸增多。在實際研究與應用中，出現(xiàn)了一系列新技術，如離子輔助沉積、反應離子鍍等。其中，離子輔助沉積(Ion Assisted Deposition)技術，它是利用在1.3*10-2～1.3*10-4Pa壓力的高真空蒸發(fā)室中設置與鍍源不發(fā)生關系的獨立離子源(或稱離子槍)，用該離子源產(chǎn)生帶能離子束直接轟擊基片和生長中的薄膜，使得基片表面溫度升高并引起較高的形核速率和生成較細的晶粒，從而可獲得凈化基片、提高鍍速和薄膜質量的效果。該技術應用在生產(chǎn)中的優(yōu)點是(1)可獨立調節(jié)離子源的離子能量、電流、方向及入射角等參數(shù)，因而能控制鍍膜的物理和化學變化。(2)適合在塑料、有機玻璃及半導體等不宜加熱的基片上制備光學薄膜。上述離子源(或離子槍)是離子輔助沉積技術的核心。
在離子束輔助沉積技術中使用的寬束離子源包括考夫曼(Kaufman)離子源(相關資料請參美國專利第4,446,403號)、冷陰極離子源、射頻(RF)離子源及無柵極的霍爾離子源，根據(jù)對每種薄膜的材料要求我們可以選擇合適的離子源。
如圖1所示，它是由美國專利第6,378,290號所揭示的高頻(或射頻)離子源結構示意圖，該高頻離子源9包括放電室90、可供應待電離的氣體的氣源、連接氣源與放電室的氣體進口91、環(huán)繞于放電室周圍的高頻線圈92、連接于高頻線圈上使其產(chǎn)生交變電磁場并可使得氣體電離的高頻發(fā)生器，以及位于放電室90的開口端并連接于加速電壓上的加速柵極組件93。其中，放電室90是由不導電材料制成，為點燃放電室90，將由外部電子束提供自由電子經(jīng)過高頻線圈92產(chǎn)生的交變電磁場加速后與放電室90內的壓縮氣體(最好是惰性氣體)發(fā)生碰撞，但是放電室一旦被點燃就不再需要外部電子束的供應，最終放電室90內形成電漿，電漿成份有離子、電子及中性物質，離子的數(shù)量取決于交變電磁場的輸出量，靠近于加速柵極組件93的離子將在加速電壓下加速并生成聚焦的離子束。柵極組件93是由二個或三個導電薄片組成，每一薄片上均設置有若干個穿孔而呈柵網(wǎng)狀，這些穿孔構成離子束的抽取通道并使離子束在這些通道內被加速與聚焦，從而均勻的引出離子束流。柵極薄片的構形在美國專利第4,873,467號中也有相關揭示。
為能更進一步地具體的描述一般射頻離子源的工作狀態(tài)，請參照圖2所示的射頻離子源裝置結構示意圖，該射頻離子源8包括有由非導電材料制成的放電室80、通向放電室的氣體進口81、環(huán)繞于放電室周圍的射頻線圈82、位于放電室80上端開口處的柵極組件，以及設置于放電室80與射頻線圈82的外圍的屏蔽件83。其中，屏蔽件83具有電磁屏蔽功能并可以在離子化過程中向外界擴散產(chǎn)生的熱能。柵極組件包括有靠近電漿的屏柵極84(screengrid)、其上具有穿孔并與屏柵極84的穿孔相互對齊的加速極85(acceleratorgrid)及位于加速極85上方的抑止極86(decelerator grid)，屏柵極84是陽極，加速極85是陰極，抑止極86是接地極，到達屏柵極附近的離子，將被屏柵極和加速極之間的靜電場加速引出后再通過抑止極86從而形成離子束，其中抑止極86可以用來對離子束調焦并控制其能量。
上述經(jīng)過柵極組件加速后的離子束流將直接轟擊基片及其上生長中的薄膜，實現(xiàn)了對基片表面性能的調整。但是，由于在現(xiàn)有柵極組件導出的離子束中帶同種電荷的離子具有相互排斥的趨勢而會呈發(fā)散形式，如中國專利第98811776.2號所揭示的離子輔助反應裝置，其離子束形態(tài)是呈發(fā)散角。又如圖3所示的離子源裝置是用于生產(chǎn)濾光片的離子輔助沉積制程中，其主要是利用離子槍7將具高或低折射率的材料升華后沉積在玻璃基板70上，其中離子槍上的柵極組件71是由三個柵極構成，每一柵極均由鉬元素制成且在其中心區(qū)域72均形成有彎曲表面，三個柵極相互疊置且在每一柵極的邊緣之間放置絕緣體以使其相互間隔，當將該柵極組件組裝于放電室的開口處時，其呈外凸形態(tài)，而由該柵極組件71抽取出的離子束呈發(fā)散角度向外噴射。以整片基板70來講，這樣的離子束噴射流雖然有涵蓋到基板70的整個面積，不過能量卻不能集中，這將導致外圍濾光片的良率降低，或者使沉積的有效面積減少，最終都將使產(chǎn)能降低。
因此，有必要對上述現(xiàn)有的柵極組件進行改良并應用于離子輔助沉積制程中，以獲得更高效率的制程及更高質量的產(chǎn)品。

發(fā)明內容本發(fā)明的主要目的在于提供一種改良型離子槍，將該離子槍應用于制造光學薄膜的離子輔助沉積制程中可使得薄膜結構縝密、堆積密度高、品質穩(wěn)定。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有特殊柵極組件的改良型離子槍，由該柵極組件抽取出的離子束角度呈匯聚形態(tài)且能量集中，從而提高薄膜沉積設備的產(chǎn)能及生產(chǎn)良率，降低成本。
依據(jù)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種應用于制造光學薄膜的離子輔助沉積技術中的改良型離子槍，其包括有可用來收容待電離的氣體及氣體電離后生成的電漿的放電室、可向放電室提供待電離的氣體的氣源、可產(chǎn)生高頻電磁場的激勵器、用于抽取并加速離子束的柵極組件，以及位于放電室與激勵器外圍的屏蔽件，其中柵極組件包括屏柵極、加速極及抑止極。屏柵極是屬于陽極并靠近于放電室內的電漿；加速極是屬于陰極并與屏柵極相互間隔；抑止極是屬于接地極并位于加速極的上方。每一柵極的中心區(qū)域均具有彎曲表面，若干個穿孔設置于這些彎曲表面上并相互對齊，從而形成離子束的抽取通道，當將柵極組件組裝于放電室上時，柵極組件的彎曲表面呈內凹狀，而由該柵極組件引出的離子束的角度呈匯聚狀。
上述柵極組件的屏柵極、加速極及抑止極之間是借由螺絲及絕緣體組裝成一體，并在相互之間保持絕緣且具一定間隔，這些柵極的每一彎曲表面均形成柵極組件的內凹結構，當將該柵極組件組裝于離子槍的放電室上時，其朝著放電室的內部方向內凹，從而達到匯聚離子束的目的。
相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明改良型離子槍采用了具內凹結構的柵極組件，當將該柵極組件組裝于放電室上時，它是向放電室內凹，從而可引出呈匯聚狀的離子束，借此不但可得到品質穩(wěn)定的沉積薄膜，而且還提高其產(chǎn)能及生產(chǎn)良率。

圖1是現(xiàn)有高頻離子源結構示意圖。
圖2是現(xiàn)有射頻離子源的工作狀態(tài)示意圖。
圖3是現(xiàn)有離子源裝置的離子束形態(tài)。
圖4是本發(fā)明改良型離子槍的柵極組件的結構示意圖。
圖5是本發(fā)明改良型離子槍的離子束形態(tài)。
具體實施方式
請同時參閱圖4與圖5，本發(fā)明改良型離子槍1的主要構件與現(xiàn)有產(chǎn)品類似，其裝備于鍍膜腔100(可以是真空腔)內并應用于制造光學薄膜的離子輔助沉積制程中，離子槍1主要包括有放電室(電漿室)10、供應待電離的氣體的氣源、位于放電室側邊處的激勵器、安裝于放電室的開口處的離子束引出裝置，以及位于放電室與激勵器的外圍的屏蔽件30。其中，放電室10是由非導電材料制成，屏蔽件30可以是金屬件，該激勵器可以是射頻線圈以產(chǎn)生高頻電磁場使氣體離子化以產(chǎn)生電漿。
上述離子束引出裝置是柵極組件20，如圖4所示，包括有屏柵極21及加速極22，為使得加速后的離子束具有較好的品質，所以還采用了一抑止極23，其中屏柵極21是屬于陽極并靠近電漿，加速極22是屬于陰極并與屏柵極21相互間隔，抑止極23是屬于接地極并位于加速極22的上方，這些柵極的結構相近，其均具有定位于放電室的壁面上的邊緣及可與放電室內的電漿形成接觸的中心區(qū)域24，每一柵極的中心區(qū)域24均具有彎曲表面(如圖5所示)且在這些柵極的中心區(qū)域24內均具有若干個穿孔(因這些穿孔細小致密，所以圖中未示出)并相互對齊，從而構成離子束的抽取通道。借由數(shù)個外部螺絲25、墊片及絕緣柱體26穿過這些柵極的邊緣的孔隙進行依次組裝并相互絕緣間隔后，再一并組裝于放電室的開口處，因此類組裝方式屬于業(yè)界的現(xiàn)有技術，所以在此不做詳細介紹。到達屏柵極21附近的離子，將被屏柵極21和加速極22之間的靜電場加速引出后再通過抑止極23最后形成離子束40，其中抑止極23可以用來對離子束調焦并控制離子束能量。
如圖5所示，本發(fā)明與現(xiàn)有技術的不同之處在于由于該柵極組件20的每一柵極21、22、23均具有彎曲表面，且組裝于放電室后，這些彎曲表面均朝向放電室內凹，即呈內凹狀結構，從而使得由該柵極組件20引出的離子束40的角度呈匯聚狀，并直接轟擊位于離子槍1上方的玻璃基板50，促進其上鍍膜生長，而該玻璃基板50是安裝于一旋轉機構60上以使得其上的鍍膜均勻。
因本發(fā)明改良型的離子槍的柵極組件20引出的離子束40的角度呈匯聚狀，該離子束40的能量相對比較集中且均勻分布，其不僅可涵蓋到整個基板50而且更使得其鍍膜的良率及產(chǎn)能得以提升。在實際應用中，具高或低折射率的材料經(jīng)過本發(fā)明改良型的離子槍1的作用后沉積在玻璃基板50上最終形成光學薄膜，并使這些薄膜更縝密、堆積密度更高，從而得到更穩(wěn)定的品質。
需注意的是，在離子輔助沉積制程中使用的離子源可以是考夫曼離子源也可以是射頻離子源，離子源類型不同所需采用的柵極數(shù)目也不相同，例如一般而言，考夫曼離子源只需要一個柵極，而射頻離子源則需用三個柵極。上面描述的柵極組件20是為配合射頻離子源所需要的，而該柵極組件20的內凹結構當然也可應用于其它類型的離子源的柵極上。
權利要求
1.一種改良型離子槍，其應用于制造光學薄膜的離子輔助沉積制程中，該離子槍包括有放電室、氣源、激勵器、屏蔽件及柵極組件，其中放電室是用來收容待電離的氣體及氣體電離后生成的電漿；氣源可以向放電室提供待電離的氣體；激勵器可以產(chǎn)生高頻電磁場用來使氣體離子化并在放電室內生成電漿；屏蔽件位于放電室與激勵器的外圍；柵極組件是用于抽取并加速離子束，該柵極組件包括有屏柵極、加速極及抑止極，其中屏柵極是屬于陽極并靠近于放電室內的電漿；加速極是屬于陰極并與屏柵極相互間隔；抑止極是屬于接地極并位于加速極的上方；這些柵極均具有彎曲表面，若干個穿孔設置于這些彎曲表面上并相互對齊，從而形成離子束的抽取通道，其特征在于當將柵極組件組裝于放電室上時，其每一柵極的彎曲表面均朝向放電室內凹，而由該柵極組件引出的離子束的角度呈匯聚狀。
2.如權利要求1所述的改良型離子槍，其特征在于柵極組件的屏柵極、加速極及抑止極之間是通過螺絲組裝成一體，且相互之間需保持絕緣并具一定間隔。
3.如權利要求2所述的改良型離子槍，其特征在于放電室至少具有一與氣源相連通的氣體進口及一連接柵極組件的開口。
4.如權利要求3所述的改良型離子槍，其特征在于放電室是由非導電材料制成。
5.如權利要求3所述的改良型離子槍，其特征在于屏蔽件是一金屬件，其具有電磁屏蔽功能并可在離子化過程中向外界擴散所產(chǎn)生的熱能。
6.如權利要求3所述的改良型離子槍，其特征在于激勵器是射頻線圈，其放置于放電室的外圍。
7.一種具內凹結構的柵極組件的離子槍，其用來輔助玻璃基板的表面鍍膜的形成，該離子槍包括有放電室及組裝于放電室上的柵極組件，放電室是用來收容待電離的氣體及氣體電離后生成的電漿；柵極組件包括有定位于放電室的壁面上的邊緣及可與放電室內的電漿形成接觸的中心區(qū)域，其特征在于該柵極組件的中心區(qū)域是朝向放電室內凹，其上形成有若干個穿孔以供離子通過并使其聚集成束，且由該柵極組件引出的離子束的角度呈匯聚狀。
8.如權利要求7所述的具內凹結構的柵極組件的離子槍，其特征在于柵極組件包括有中心區(qū)域朝向放電室內凹的屏柵極與加速極，其中屏柵極是屬于陽極并靠近電漿，加速極是屬于陰極并與屏柵極相互間隔，兩柵極上的穿孔相互對齊，從而形成離子束的抽取通道。
9.如權利要求8所述的具內凹結構的柵極組件的離子槍，其特征在于柵極組件還包括有中心區(qū)域朝向放電室內凹的抑止極，該抑止極是屬于接地極并位于加速極的上方。
10.如權利要求9所述的具內凹結構的柵極組件的離子槍，其特征在于柵極組件的各柵極是通過數(shù)個螺絲將其邊緣連接起來，形成疊置形狀，但在螺絲的設置處還具有絕緣體，從而使得各柵極可間隔開而未形成電性連接。
11.如權利要求7或9所述的具內凹結構的柵極組件的離子槍，其特征在于放電室至少具有一氣體進口及一連接柵極組件的開口，而柵極組件是朝著放電室內凹設置。
12.一種利用改良型離子槍進行離子輔助鍍膜的方法，其用來生產(chǎn)濾光片，該鍍膜方法包括如下步驟步驟(1)是提供一鍍膜腔；步驟(2)是提供一放電室，其置于鍍膜腔內用來收容待電離的氣體及氣體電離后生成的電漿，其至少具有一氣體進口及一電漿出口；步驟(3)是提供至少一氣源，其與放電室的氣體進口相連通，并向放電室提供待電離的氣體；步驟(4)是提供一激勵器，其置于鍍膜腔內用來使放電室內的氣體離子化以產(chǎn)生電漿；步驟(5)是提供一引出裝置，其安裝于放電室的電漿出口處；及步驟(6)是提供至少一玻璃基板，其位于鍍膜腔內可接受離子束的轟擊，其特征在于由步驟(5)提供的引出裝置具有內凹結構，該內凹結構是朝向放電室內凹，而由該引出裝置引出的離子束的角度呈匯聚狀，從而可得到高品質的濾光片。
13.如權利要求12所述的利用改良型離子槍進行離子輔助鍍膜的方法，其特征在于由步驟(4)提供的激勵器可以是射頻線圈并環(huán)繞于放電室的外圍，用來產(chǎn)生高頻電磁場。
14.如權利要求12所述的利用改良型離子槍進行離子輔助鍍膜的方法，其特征在于由步驟(5)提供的引出裝置包括有屏柵極與加速極，其中屏柵極是屬于陽極并靠近電漿，加速極是屬于陰極并與屏柵極相互間隔，兩柵極上的穿孔相互對齊，從而形成離子束的抽取通道。
15.如權利要求14所述的利用改良型離子槍進行離子輔助鍍膜的方法，其特征在于引出裝置還包括有抑止極，該抑止極是屬于接地極并位于加速極的上方，其結構與屏柵極及加速極的結構相似。
16.如權利要求15所述的利用改良型離子槍進行離子輔助鍍膜的方法，其特征在于屏柵極、加速極及抑止極均具有位于其中心區(qū)域的彎曲表面，這些彎曲表面形成引出裝置的內凹結構。
17.如權利要求12所述的利用改良型離子槍進行離子輔助鍍膜的方法，其特征在于由步驟(6)提供的玻璃基板是安裝于旋轉機構上，借此可使其上的鍍膜均勻。
18.如權利要求12所述的利用改良型離子槍進行離子輔助鍍膜的方法，其特征在于在放電室及射頻線圈的外圍還配備有屏蔽件。
19.一種改良型離子槍的柵極組件，其組裝于離子槍的放電室上，該柵極組件包括有屏柵極、加速極及抑止極，其中屏柵極是屬于陽極并靠近于被電離的離子，加速極是屬于陰極并與屏柵極相互間隔，抑止極是屬于接地極并位于加速極的上方，每一柵極均具有彎曲表面，若干個穿孔設置于這些彎曲表面上并在兩柵極上相互對齊，從而形成離子束的抽取通道，其特征在于當將柵極組件組裝于放電室上時，柵極組件的彎曲表面是朝向放電室內凹，而由該柵極組件引出的離子束的角度呈匯聚狀。
20.如權利要求19所述的改良型離子槍的柵極組件，其特征在于柵極組件的屏柵極、加速極及抑止極之間是借由螺絲及絕緣體組裝成一體，并在相互之間保持絕緣且具一定間隔。
全文摘要
本發(fā)明公開一種改良型離子槍，其應用于制造光學薄膜的離子輔助沉積制程中，包括有放電室、氣源、激勵器、柵極組件及屏蔽件，其中柵極組件包括有屏柵極、加速極及抑止極，屏柵極是屬于陽極并靠近于被電離的離子，加速極是屬于陰極并與屏柵極相互間隔，抑止極是屬于接地極并位于加速極的上方，每一柵極的中心區(qū)域均具有彎曲表面，若干個穿孔設置于這些彎曲表面上并相互對齊，從而形成離子束的抽取通道，當將柵極組件組裝于放電室上時，柵極組件的彎曲表面呈內凹狀，而由該柵極組件引出的離子束的角度呈匯聚狀，借此可得到品質穩(wěn)定的光學薄膜，并提高其產(chǎn)能及生產(chǎn)良率。
文檔編號H01J33/00GK1725424SQ20041006959
公開日2006年1月25日 申請日期2004年7月23日 優(yōu)先權日2004年7月23日
發(fā)明者張陳益升 申請人:亞洲光學股份有限公司