專利名稱：離子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子源，尤其涉及但不限于產(chǎn)生寬離子束的源。
背景技術(shù)：
眾所周知，上世紀大多數(shù)產(chǎn)生離子束的方式是在一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生等
離子體并且利用某些形式的加速器格柵裝置(accelerator grid arrangement)從所述區(qū)域牽引離子流。大部分這種工作在熱離子三極管 (triodevalve)領(lǐng)域中完成，但是在隨后數(shù)十年開發(fā)出了離子槍(iongun)， 所述離子槍主要采用三格柵裝置，盡管四格柵裝置也開始使用。在美國 專利6346768中討論了這些不同結(jié)構(gòu)的用途，所述美國專利描述了三電 才及和四電才及裝置。
在6346768中，離子槍的類型特別設(shè)計為離子束處理設(shè)備上的應(yīng)用， 其中所述離子束經(jīng)常需要在撞擊其目標之前要運行達半米。所述離子束 的散度則變成非常重要的問題，并且現(xiàn)有設(shè)備經(jīng)歷了許多由所述格柵的 精確支撐、保持在格柵之間的絕緣層、逆向濺射(reverse sputtering)產(chǎn) 生的有害效果以及等離子體缺乏均勻性產(chǎn)生的問題。
本發(fā)明不同的實施方式尋求解決這些問題中的一些或全部。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個方面包括離子源，所述離子源包括含有等離子 體并且具有離子輸出端的腔體；以及安裝在輸出端用于沿 一個方向從等 離子體牽引離子流并形成離子束的加速器，其中加速器包括四個間隔的 基本平行的格柵，在所述方向上編號的第二至第四個格柵由兩組支撐定 位，其中一組支撐所述第二和第四格柵，另一組支撐第三格柵。
在通常的現(xiàn)有技術(shù)裝置中，第二格柵被支撐在第一格柵上并且順次
4支撐第三格柵，所述第三格柵支撐第四格柵。這提供了很大的限制，特 別是在置于第一和第二格柵之間的絕緣體長度上，并且因此限制了能夠 提供給第二格柵的電壓，所述第二格柵通常承載主加速電壓。
利用申請人的裝置，第二格柵不需要纟皮支撐在第一格柵上，而是改 為其支撐穿過第 一格柵上的孔以接合腔體壁或其延伸部，并且確實能座 入該壁或延伸部的凹槽中。絕緣體長度因此能夠極大地延伸。類似地， 第三格柵的所述支撐能夠穿過第 一格柵。
在優(yōu)選實施例中，第 一組的支撐的至少 一個包括從第二格柵延伸至 第四格柵的絕緣體，另外地或可選擇地第二格柵的支撐的至少 一個包括 從限定了輸出端或其延伸部的腔體壁延伸至第三格柵的絕緣體?？蛇x擇 地，另 一組支撐的至少 一個可以包括從第三格柵延伸至第四格柵的絕緣 體。特別優(yōu)選地，上面提到的絕緣體出現(xiàn)在所有各支撐上。
同樣優(yōu)選地，所述絕緣體的至少一部分包括產(chǎn)生濺射遮蔽(sputter shadow)以防止產(chǎn)生絕緣體的全部長度上的導(dǎo)電路徑的逆向濺射的構(gòu)造。 這種結(jié)構(gòu)還可以這樣形成以便增加絕緣體表面的軌跡長度(tracking length )。
在上面的任何一種情況中，第一才各柵可以機械地施加預(yù)應(yīng)力以防止 圍繞一個軸的方向上出現(xiàn)凹或凸的形狀。當前，發(fā)現(xiàn)第一格柵如果制作 為平的，將會經(jīng)常在等離子體產(chǎn)生的熱條件下變形，所述熱會損壞加速 器的設(shè)計并且因此會損害離子束的質(zhì)量，或者，如6346768中所述，在 格柵中實現(xiàn)凹形曲線并且所述格柵經(jīng)過熱處理以便加固其結(jié)構(gòu)。申請人 認為機械預(yù)應(yīng)力能夠獲得精確設(shè)計的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)不會在熱條件下變 形，但是所述結(jié)構(gòu)不需要昂貴的預(yù)熱處理。由于預(yù)應(yīng)力在一個維度上， 可以在腔體壁或其他部件中施加，緊靠在所述腔體壁或其他部件上的第 一格柵可以被夾持，因此避免了昂貴的熱處理。申請人進一步認為，與 6346768中教導(dǎo)的相反，凸的曲線是理想的，因為這在一定程度上解決等 離子體的不均勻性或允許等離子體密度與特定設(shè)計結(jié)構(gòu)相匹配的可能 性，因為當施加預(yù)應(yīng)力時第一格柵將位于設(shè)計的地方。凹進的形狀可以 用于提供"空"的離子束。
5所述檔4冊為大致矩形并且軸為縱軸。
格柵中臨近其邊緣的至少 一些開口可以在橫截面上小于位于中間區(qū) 域的開口。以前的思想是，外部孔或開口應(yīng)該較大以增加靠近等離子腔 體壁的流量，該處等離子密度有減小。發(fā)明人已經(jīng)驚奇地發(fā)現(xiàn)這是錯誤 的方法并且發(fā)明人將提供具有減小的散度的離子束的建議。通常，開口 的橫截面可以與期望的本地等離子體密度成比例。所述源可以包括多個 等離子發(fā)生器，當所述源是矩形或長條形時，所述發(fā)生器能夠沿長度方 向間隔。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個方面，本發(fā)明包括用于離子加速器的基本為矩 形的格柵，其中所述格柵機械地施加預(yù)應(yīng)力以在一個維度方向出現(xiàn)凸或 凹的形狀。
在特定實施例中，當所述檔4冊在組裝期間施加預(yù)應(yīng)力時產(chǎn)生所述形狀。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明包括用于離子加速器的格柵，其 中在格柵中臨近其邊緣的至少一些開口在橫截面上小于位于所述格柵中 間區(qū)域的開口。
盡管已經(jīng)如上限定了本發(fā)明，應(yīng)該理解，本發(fā)明包括上述或說明書 中特征的任何組合。


本發(fā)明可以通過結(jié)合附圖的示例方式以不同方式和現(xiàn)在將要描述的
特定實施例實現(xiàn)，其中 圖l是離子槍的原理圖2是以放大比例顯示的圖l所示的離子槍的加速器格柵的原理圖； 圖3是用于圖l的離子槍的格柵組件從前方一側(cè)的視圖； 圖4是用于圖1的離子槍的第 一格柵的俯視圖； 圖5是沿線A-A的具有夸張曲線的圖4的格柵的剖視圖； 圖6是圖4的格柵的端部視圖7是表示第 一組支撐之一的通過加速器格柵的剖視圖；圖8是通過第二組支撐之一的圖8的相應(yīng)視圖； 圖9和圖10分別對應(yīng)于圖7和圖8，作為可選l奪的實施例；并且 圖ll是多天線源的原理圖。
具體實施例方式
離子槍10如圖l所示。所述離子槍包括由射頻(RF)源12驅(qū)動的 等離子發(fā)生器ll、具有輸出端14的等離子或源腔13,穿過輸出端14安 裝有加速器格柵15。加速器格柵15包括四個獨立的格柵。最靠近輸出端 14的第一格柵16由DC電源16a保持正電壓，第二格柵17由DC電源 17a保持在強負電壓。第三格柵18由DC電源18a保持在負電壓，所述 負電壓遠低于第二格柵17，并且第四格柵19接地。
出于下面強調(diào)的理由，申請人能夠?qū)⒌诙駯?7運行在大約-2000V 甚至更高。這具有在板16和17之間產(chǎn)生好的電子透鏡的雙重效果。該 結(jié)果顯示在圖2中，其中離子束20在板16和17之間聚焦。格柵17上 的很高的負電壓也會極大地加速束20中的離子并且相應(yīng)地減小在離子束 20的才更射操:作長度上的4黃向聚焦力(transverse focusing force)散度生成 效果。
格柵18具有非常小的負電壓，所述負電壓允許格柵19的接地電壓 在兩個降低步驟中獲得，而不引起離子束20的嚴重散射。
所述格柵的正、負、負、接地的設(shè)置還極大地減小了反向電流的可 能性，所述反向電流能夠引起電壓崩潰和不穩(wěn)。
圖3表示格柵組件。格柵14至19可以通過框架組件21連接到腔體 13,并且它們自身如下所述連接至框架22。轉(zhuǎn)到圖4至6，首先應(yīng)該注 意，由于前面討論的理由，檔4冊16中的開口 23在外圍處比中心處更小。 第二，如圖7所示，對格柵16沿略微縱向凸起的曲線機械地施加預(yù)應(yīng)力， 所述凸起的曲線在圖中被夸張，以克服前面提到的熱效應(yīng)。方便地，可 能很難看到的該曲線，可以加工為腔室壁，緊靠所述腔室壁夾持第一格 柵，因此避免了昂貴的熱處理?？蛇x4奪地，曲線可以是凹陷的，所述凹 陷可以產(chǎn)生空心離子束。
7應(yīng)該注意，在框架22中具有開口 23，所述支撐穿過所述開口 23, 并且在所述開口 23中可以附有電壓連接，如圖3中標記24所示。
如圖7和8所示，推薦采用兩種不同形式的支撐。每種支撐包括中 央芯部，所述中央芯部能夠使支撐位于源腔13的壁25中。在每種情況 下，中央芯部包括螺釘26、墊片27、村套28和夾具29,所述夾具可以 是框架22。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，該設(shè)置可以用于通過壓緊來夾持 格柵16至19并且因此將所述格柵垂直地和橫向地放置，依它們之間的 相互連接而定。
如前所述，由第一組組成的所述支撐之一表示為30。其進一步包括 兩個環(huán)形絕緣體31和32?？梢钥吹?，絕緣體31能夠穿過檔4冊16以置入 壁25中的凹槽33中。然后其向下穿過第二檔4冊17中的開口 34以支撐 第三格柵18。絕緣體32順次放置在格柵18上以支撐格柵19。這有效地 將第二格柵與第三格柵機械地分離，同時在腔體25和第三格柵18之間 提供長絕緣體33。
如圖8所示多個第二組支撐為35。這里下部的環(huán)形絕緣體36支撐第 二格柵17并且上部環(huán)形絕緣體37順次支撐第四格柵19。在這種方式中， 第二和第三格柵尺寸上參考壁25和第四格柵19,但是彼此沒有接合。這 使得絕緣體36穿過第一格柵16，而不是放置在其上以便再次獲得凹槽 33的優(yōu)勢，并且這還使得凸出的曲線被引入格柵16而不失去其余格柵的 位置精度。
圖9和10表示一個可選擇的裝置，在所述裝置中在第三格柵18上 沒有支撐第四格柵，并且襯套28設(shè)有肩部38以夾持第三格柵18。
格柵16至19被描述為除了格柵16的曲率外基本平行。才各柵在結(jié)構(gòu) 上大致為平面，這在字面上對于本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解。
在圖11中，單個的大腔體13 (例如，150mmx 900mm)由三等離子 發(fā)生器11提供。所述發(fā)生器11是由Aviza技術(shù)公司提供的MOR^源， 但是可以采用任何適合的發(fā)生器。加速器格柵表示為15。多個該類型的 發(fā)生器源可以用于提供寬束以處理大基板，例如平板屏幕顯示器。
如前面所示，本發(fā)明的離子源可以用于寬離子束沉積設(shè)備并且因為 獲得的離子束的低散度，特別適于該目的。
8
權(quán)利要求
1、一種離子源，其特征在于，包括含有等離子體并具有離子輸出端的腔體；安裝在所述輸出端用于在一個方向上從等離子體牽引離子流并形成離子束的加速器，其中，所述加速器包括四個間隔的基本平行的格柵，沿所述方向編號的第二和第四格柵由兩組支撐定位，其中一組支撐第二和第四格柵，另一組支撐第三格柵。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的離子源，其特征在于，另一組支撐第三和 第四格柵。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的離子源，其特征在于，所述第一組支 撐的至少 一個包括從限定輸出端的腔體壁或其延伸部延伸到第二格柵的 絕緣體。
4、 根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求所述的離子源，其特征在于，所述第 一組支撐的至少 一個包括從第二格柵延伸到第四格柵的絕緣體。
5、 根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求所述的離子源，其特征在于，所述另 一組支撐的至少 一個包括從限定輸出端的腔體壁或其延伸部延伸到第三 格柵的絕緣體。
6、 根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求所述的離子源，其特征在于，所述另 一組支撐的至少 一個包括從第三格柵延伸到第四格柵的絕緣體。
7、 根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求所述的離子源，其特征在于，絕緣體 包括用于產(chǎn)生濺射屏蔽的信息。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3至7中任何一項所述的離子源，其特征在于，所 述腔體壁或其延伸部包括至少一個用于容納所述絕緣體的凹槽。
9、 才艮據(jù)前面任何一項權(quán)利要求所述的離子源，其特征在于，對第一 格柵機械地施加預(yù)應(yīng)力以在 一個維度方向上出現(xiàn)凹或凸的形狀。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的離子源，其特征在于，第一格柵基本為 矩形并且一個軸是縱軸。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的離子源，其特征在于，所述格柵是繞所 述纟從軸凹或凸的。
12、 根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求所述的離子源，其特征在于，格柵 中臨近其邊緣的至少一些開口在橫截面上小于位于所述格柵中間區(qū)域的 開口。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任何一項所述的離子源，其特征在于， 所述格柵中開口的橫截面與等離子容積內(nèi)設(shè)計的本地等離子體密度成比 例。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任何一項所述的離子源，其特征在于，包括多個等離子發(fā)生器。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的離子源，其特征在于，所述腔體是長條 形的并且等離子發(fā)生器沿其長度設(shè)置。
16、 一種用于離子加速器的基本矩形的格柵，其特征在于，對所述 才各牙冊才幾-喊地施加預(yù)應(yīng)力以在一個維度方向上出現(xiàn)凹或凸的形狀。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的離子源，其特征在于， 一個維度基本沿 所述檔4冊的縱軸延伸。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的離子源，其特征在于， 一個維度基本沿 所述^4冊的纟黃軸延伸。
19、 一種用于離子加速器的格柵，其特征在于，格柵中臨近其邊緣 的至少 一 些開口在橫截面上小于位于所述格柵中間區(qū)域的開口 。
全文摘要
本發(fā)明涉及離子槍(10)，所述離子槍包括由RF源(12)驅(qū)動的等離子發(fā)生器(11)、具有輸出端(14)的等離子或源腔(13)，穿過輸出端(14)安裝有加速器格柵(15)。加速器格柵(15)包括四個獨立的格柵。最靠近輸出端(14)的第一格柵(16)由DC電源(16a)保持正電壓，第二格柵(17)由DC電源(17a)保持在強負電壓。第三格柵(18)由DC電源(18a)保持在負電壓，所述負電壓遠低于第二格柵(17)，并且第四格柵(19)接地。也描述了安裝這些格柵的裝置。
文檔編號H01J27/18GK101490789SQ200780027484
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月20日
發(fā)明者加里·普勞德富特, 戈登·羅伯特·格林, 羅伯特·肯尼思·特羅韋爾 申請人:阿維扎技術(shù)有限公司