专利名称：改良型离子枪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改良型离子枪，尤指一种具有特殊栅极组件并应用于光学薄膜的制造过程中的离子枪。
背景技术：
目前，光学薄膜应用在雷射光学、光纤通讯等高科技用品中占有重要地位，它通过在各种光学材料的表面镀上一层或多层膜，利用光的干涉效应改变透射光或反射光的偏振、相位及能量，薄膜可以镀在晶体、塑料、光学玻璃等材料上，最常用的基底是光学玻璃，薄膜厚度可以从几nm到几μm，层数可以由一层到几百层。滤光片是光学薄膜应用的其中一类，它是利用多光束干涉原理在光学基底上镀制多层金属或介质膜层而制得。
制备光学薄膜的基本原理有物理气相沉积与化学气相沉积，物理气相沉积包括三个基本方法，即真空蒸镀、溅射及离子镀。其中真空蒸镀是在10-3～10-4Pa的压力下，采用各种形式的热能转换方式使镀膜材料蒸发，并成为具有一定能量的气态粒子，蒸发的气态粒子通过基本上无碰撞的直线运动方式传输到基底，然后在基底上凝聚成薄膜。溅射法是在真空室内充以10～1Pa的惰性气体，被溅射的材料作为阴极，将基片作为阳极并接地，整个系统在阴阳极之间加上数千伏的直流电后产生辉光放电，由放电形成的正离子在电场作用下朝着阴极(靶材)方向加速，并轰击阴极，在离子的轰击下，材料从阴极上打出来，被溅射出来的粒子冷凝在放置于阳极的基片上就形成薄膜。离子镀法是在真空蒸镀的基础上，再加上等离子体的活化作用，在惰性气体的辉光放电中将膜材的蒸气进行离子化，再对基底进行轰击和镀膜的方法。
随着光学镀膜在光学组件上的要求越趋严格，将离子源(离子枪)应用在镀膜制程上以提高镀膜品质的方式也日渐增多。在实际研究与应用中，出现了一系列新技术，如离子辅助沉积、反应离子镀等。其中，离子辅助沉积(Ion Assisted Deposition)技术，它是利用在1.3*10-2～1.3*10-4Pa压力的高真空蒸发室中设置与镀源不发生关系的独立离子源(或称离子枪)，用该离子源产生带能离子束直接轰击基片和生长中的薄膜，使得基片表面温度升高并引起较高的形核速率和生成较细的晶粒，从而可获得净化基片、提高镀速和薄膜质量的效果。该技术应用在生产中的优点是(1)可独立调节离子源的离子能量、电流、方向及入射角等参数，因而能控制镀膜的物理和化学变化。(2)适合在塑料、有机玻璃及半导体等不宜加热的基片上制备光学薄膜。上述离子源(或离子枪)是离子辅助沉积技术的核心。
在离子束辅助沉积技术中使用的宽束离子源包括考夫曼(Kaufman)离子源(相关资料请参美国专利第4,446,403号)、冷阴极离子源、射频(RF)离子源及无栅极的霍尔离子源，根据对每种薄膜的材料要求我们可以选择合适的离子源。
如图1所示，它是由美国专利第6,378,290号所揭示的高频(或射频)离子源结构示意图，该高频离子源9包括放电室90、可供应待电离的气体的气源、连接气源与放电室的气体进口91、环绕于放电室周围的高频线圈92、连接于高频线圈上使其产生交变电磁场并可使得气体电离的高频发生器，以及位于放电室90的开口端并连接于加速电压上的加速栅极组件93。其中，放电室90是由不导电材料制成，为点燃放电室90，将由外部电子束提供自由电子经过高频线圈92产生的交变电磁场加速后与放电室90内的压缩气体(最好是惰性气体)发生碰撞，但是放电室一旦被点燃就不再需要外部电子束的供应，最终放电室90内形成电浆，电浆成份有离子、电子及中性物质，离子的数量取决于交变电磁场的输出量，靠近于加速栅极组件93的离子将在加速电压下加速并生成聚焦的离子束。栅极组件93是由二个或三个导电薄片组成，每一薄片上均设置有若干个穿孔而呈栅网状，这些穿孔构成离子束的抽取通道并使离子束在这些通道内被加速与聚焦，从而均匀的引出离子束流。栅极薄片的构形在美国专利第4,873,467号中也有相关揭示。
为能更进一步地具体的描述一般射频离子源的工作状态，请参照图2所示的射频离子源装置结构示意图，该射频离子源8包括有由非导电材料制成的放电室80、通向放电室的气体进口81、环绕于放电室周围的射频线圈82、位于放电室80上端开口处的栅极组件，以及设置于放电室80与射频线圈82的外围的屏蔽件83。其中，屏蔽件83具有电磁屏蔽功能并可以在离子化过程中向外界扩散产生的热能。栅极组件包括有靠近电浆的屏栅极84(screengrid)、其上具有穿孔并与屏栅极84的穿孔相互对齐的加速极85(acceleratorgrid)及位于加速极85上方的抑止极86(decelerator grid)，屏栅极84是阳极，加速极85是阴极，抑止极86是接地极，到达屏栅极附近的离子，将被屏栅极和加速极之间的静电场加速引出后再通过抑止极86从而形成离子束，其中抑止极86可以用来对离子束调焦并控制其能量。
上述经过栅极组件加速后的离子束流将直接轰击基片及其上生长中的薄膜，实现了对基片表面性能的调整。但是，由于在现有栅极组件导出的离子束中带同种电荷的离子具有相互排斥的趋势而会呈发散形式，如中国专利第98811776.2号所揭示的离子辅助反应装置，其离子束形态是呈发散角。又如图3所示的离子源装置是用于生产滤光片的离子辅助沉积制程中，其主要是利用离子枪7将具高或低折射率的材料升华后沉积在玻璃基板70上，其中离子枪上的栅极组件71是由三个栅极构成，每一栅极均由钼元素制成且在其中心区域72均形成有弯曲表面，三个栅极相互叠置且在每一栅极的边缘之间放置绝缘体以使其相互间隔，当将该栅极组件组装于放电室的开口处时，其呈外凸形态，而由该栅极组件71抽取出的离子束呈发散角度向外喷射。以整片基板70来讲，这样的离子束喷射流虽然有涵盖到基板70的整个面积，不过能量却不能集中，这将导致外围滤光片的良率降低，或者使沉积的有效面积减少，最终都将使产能降低。
因此，有必要对上述现有的栅极组件进行改良并应用于离子辅助沉积制程中，以获得更高效率的制程及更高质量的产品。
发明内容本发明的主要目的在于提供一种改良型离子枪，将该离子枪应用于制造光学薄膜的离子辅助沉积制程中可使得薄膜结构缜密、堆积密度高、品质稳定。
本发明的另一目的在于提供一种具有特殊栅极组件的改良型离子枪，由该栅极组件抽取出的离子束角度呈汇聚形态且能量集中，从而提高薄膜沉积设备的产能及生产良率，降低成本。
依据本发明的上述目的，本发明提供一种应用于制造光学薄膜的离子辅助沉积技术中的改良型离子枪，其包括有可用来收容待电离的气体及气体电离后生成的电浆的放电室、可向放电室提供待电离的气体的气源、可产生高频电磁场的激励器、用于抽取并加速离子束的栅极组件，以及位于放电室与激励器外围的屏蔽件，其中栅极组件包括屏栅极、加速极及抑止极。屏栅极是属于阳极并靠近于放电室内的电浆；加速极是属于阴极并与屏栅极相互间隔；抑止极是属于接地极并位于加速极的上方。每一栅极的中心区域均具有弯曲表面，若干个穿孔设置于这些弯曲表面上并相互对齐，从而形成离子束的抽取通道，当将栅极组件组装于放电室上时，栅极组件的弯曲表面呈内凹状，而由该栅极组件引出的离子束的角度呈汇聚状。
上述栅极组件的屏栅极、加速极及抑止极之间是借由螺丝及绝缘体组装成一体，并在相互之间保持绝缘且具一定间隔，这些栅极的每一弯曲表面均形成栅极组件的内凹结构，当将该栅极组件组装于离子枪的放电室上时，其朝着放电室的内部方向内凹，从而达到汇聚离子束的目的。
相较于现有技术，本发明改良型离子枪采用了具内凹结构的栅极组件，当将该栅极组件组装于放电室上时，它是向放电室内凹，从而可引出呈汇聚状的离子束，借此不但可得到品质稳定的沉积薄膜，而且还提高其产能及生产良率。
图1是现有高频离子源结构示意图。
图2是现有射频离子源的工作状态示意图。
图3是现有离子源装置的离子束形态。
图4是本发明改良型离子枪的栅极组件的结构示意图。
图5是本发明改良型离子枪的离子束形态。
具体实施方式
请同时参阅图4与图5，本发明改良型离子枪1的主要构件与现有产品类似，其装备于镀膜腔100(可以是真空腔)内并应用于制造光学薄膜的离子辅助沉积制程中，离子枪1主要包括有放电室(电浆室)10、供应待电离的气体的气源、位于放电室侧边处的激励器、安装于放电室的开口处的离子束引出装置，以及位于放电室与激励器的外围的屏蔽件30。其中，放电室10是由非导电材料制成，屏蔽件30可以是金属件，该激励器可以是射频线圈以产生高频电磁场使气体离子化以产生电浆。
上述离子束引出装置是栅极组件20，如图4所示，包括有屏栅极21及加速极22，为使得加速后的离子束具有较好的品质，所以还采用了一抑止极23，其中屏栅极21是属于阳极并靠近电浆，加速极22是属于阴极并与屏栅极21相互间隔，抑止极23是属于接地极并位于加速极22的上方，这些栅极的结构相近，其均具有定位于放电室的壁面上的边缘及可与放电室内的电浆形成接触的中心区域24，每一栅极的中心区域24均具有弯曲表面(如图5所示)且在这些栅极的中心区域24内均具有若干个穿孔(因这些穿孔细小致密，所以图中未示出)并相互对齐，从而构成离子束的抽取通道。借由数个外部螺丝25、垫片及绝缘柱体26穿过这些栅极的边缘的孔隙进行依次组装并相互绝缘间隔后，再一并组装于放电室的开口处，因此类组装方式属于业界的现有技术，所以在此不做详细介绍。到达屏栅极21附近的离子，将被屏栅极21和加速极22之间的静电场加速引出后再通过抑止极23最后形成离子束40，其中抑止极23可以用来对离子束调焦并控制离子束能量。
如图5所示，本发明与现有技术的不同之处在于由于该栅极组件20的每一栅极21、22、23均具有弯曲表面，且组装于放电室后，这些弯曲表面均朝向放电室内凹，即呈内凹状结构，从而使得由该栅极组件20引出的离子束40的角度呈汇聚状，并直接轰击位于离子枪1上方的玻璃基板50，促进其上镀膜生长，而该玻璃基板50是安装于一旋转机构60上以使得其上的镀膜均匀。
因本发明改良型的离子枪的栅极组件20引出的离子束40的角度呈汇聚状，该离子束40的能量相对比较集中且均匀分布，其不仅可涵盖到整个基板50而且更使得其镀膜的良率及产能得以提升。在实际应用中，具高或低折射率的材料经过本发明改良型的离子枪1的作用后沉积在玻璃基板50上最终形成光学薄膜，并使这些薄膜更缜密、堆积密度更高，从而得到更稳定的品质。
需注意的是，在离子辅助沉积制程中使用的离子源可以是考夫曼离子源也可以是射频离子源，离子源类型不同所需采用的栅极数目也不相同，例如一般而言，考夫曼离子源只需要一个栅极，而射频离子源则需用三个栅极。上面描述的栅极组件20是为配合射频离子源所需要的，而该栅极组件20的内凹结构当然也可应用于其它类型的离子源的栅极上。
权利要求
1.一种改良型离子枪，其应用于制造光学薄膜的离子辅助沉积制程中，该离子枪包括有放电室、气源、激励器、屏蔽件及栅极组件，其中放电室是用来收容待电离的气体及气体电离后生成的电浆；气源可以向放电室提供待电离的气体；激励器可以产生高频电磁场用来使气体离子化并在放电室内生成电浆；屏蔽件位于放电室与激励器的外围；栅极组件是用于抽取并加速离子束，该栅极组件包括有屏栅极、加速极及抑止极，其中屏栅极是属于阳极并靠近于放电室内的电浆；加速极是属于阴极并与屏栅极相互间隔；抑止极是属于接地极并位于加速极的上方；这些栅极均具有弯曲表面，若干个穿孔设置于这些弯曲表面上并相互对齐，从而形成离子束的抽取通道，其特征在于当将栅极组件组装于放电室上时，其每一栅极的弯曲表面均朝向放电室内凹，而由该栅极组件引出的离子束的角度呈汇聚状。
2.如权利要求1所述的改良型离子枪，其特征在于栅极组件的屏栅极、加速极及抑止极之间是通过螺丝组装成一体，且相互之间需保持绝缘并具一定间隔。
3.如权利要求2所述的改良型离子枪，其特征在于放电室至少具有一与气源相连通的气体进口及一连接栅极组件的开口。
4.如权利要求3所述的改良型离子枪，其特征在于放电室是由非导电材料制成。
5.如权利要求3所述的改良型离子枪，其特征在于屏蔽件是一金属件，其具有电磁屏蔽功能并可在离子化过程中向外界扩散所产生的热能。
6.如权利要求3所述的改良型离子枪，其特征在于激励器是射频线圈，其放置于放电室的外围。
7.一种具内凹结构的栅极组件的离子枪，其用来辅助玻璃基板的表面镀膜的形成，该离子枪包括有放电室及组装于放电室上的栅极组件，放电室是用来收容待电离的气体及气体电离后生成的电浆；栅极组件包括有定位于放电室的壁面上的边缘及可与放电室内的电浆形成接触的中心区域，其特征在于该栅极组件的中心区域是朝向放电室内凹，其上形成有若干个穿孔以供离子通过并使其聚集成束，且由该栅极组件引出的离子束的角度呈汇聚状。
8.如权利要求7所述的具内凹结构的栅极组件的离子枪，其特征在于栅极组件包括有中心区域朝向放电室内凹的屏栅极与加速极，其中屏栅极是属于阳极并靠近电浆，加速极是属于阴极并与屏栅极相互间隔，两栅极上的穿孔相互对齐，从而形成离子束的抽取通道。
9.如权利要求8所述的具内凹结构的栅极组件的离子枪，其特征在于栅极组件还包括有中心区域朝向放电室内凹的抑止极，该抑止极是属于接地极并位于加速极的上方。
10.如权利要求9所述的具内凹结构的栅极组件的离子枪，其特征在于栅极组件的各栅极是通过数个螺丝将其边缘连接起来，形成叠置形状，但在螺丝的设置处还具有绝缘体，从而使得各栅极可间隔开而未形成电性连接。
11.如权利要求7或9所述的具内凹结构的栅极组件的离子枪，其特征在于放电室至少具有一气体进口及一连接栅极组件的开口，而栅极组件是朝着放电室内凹设置。
12.一种利用改良型离子枪进行离子辅助镀膜的方法，其用来生产滤光片，该镀膜方法包括如下步骤步骤(1)是提供一镀膜腔；步骤(2)是提供一放电室，其置于镀膜腔内用来收容待电离的气体及气体电离后生成的电浆，其至少具有一气体进口及一电浆出口；步骤(3)是提供至少一气源，其与放电室的气体进口相连通，并向放电室提供待电离的气体；步骤(4)是提供一激励器，其置于镀膜腔内用来使放电室内的气体离子化以产生电浆；步骤(5)是提供一引出装置，其安装于放电室的电浆出口处；及步骤(6)是提供至少一玻璃基板，其位于镀膜腔内可接受离子束的轰击，其特征在于由步骤(5)提供的引出装置具有内凹结构，该内凹结构是朝向放电室内凹，而由该引出装置引出的离子束的角度呈汇聚状，从而可得到高品质的滤光片。
13.如权利要求12所述的利用改良型离子枪进行离子辅助镀膜的方法，其特征在于由步骤(4)提供的激励器可以是射频线圈并环绕于放电室的外围，用来产生高频电磁场。
14.如权利要求12所述的利用改良型离子枪进行离子辅助镀膜的方法，其特征在于由步骤(5)提供的引出装置包括有屏栅极与加速极，其中屏栅极是属于阳极并靠近电浆，加速极是属于阴极并与屏栅极相互间隔，两栅极上的穿孔相互对齐，从而形成离子束的抽取通道。
15.如权利要求14所述的利用改良型离子枪进行离子辅助镀膜的方法，其特征在于引出装置还包括有抑止极，该抑止极是属于接地极并位于加速极的上方，其结构与屏栅极及加速极的结构相似。
16.如权利要求15所述的利用改良型离子枪进行离子辅助镀膜的方法，其特征在于屏栅极、加速极及抑止极均具有位于其中心区域的弯曲表面，这些弯曲表面形成引出装置的内凹结构。
17.如权利要求12所述的利用改良型离子枪进行离子辅助镀膜的方法，其特征在于由步骤(6)提供的玻璃基板是安装于旋转机构上，借此可使其上的镀膜均匀。
18.如权利要求12所述的利用改良型离子枪进行离子辅助镀膜的方法，其特征在于在放电室及射频线圈的外围还配备有屏蔽件。
19.一种改良型离子枪的栅极组件，其组装于离子枪的放电室上，该栅极组件包括有屏栅极、加速极及抑止极，其中屏栅极是属于阳极并靠近于被电离的离子，加速极是属于阴极并与屏栅极相互间隔，抑止极是属于接地极并位于加速极的上方，每一栅极均具有弯曲表面，若干个穿孔设置于这些弯曲表面上并在两栅极上相互对齐，从而形成离子束的抽取通道，其特征在于当将栅极组件组装于放电室上时，栅极组件的弯曲表面是朝向放电室内凹，而由该栅极组件引出的离子束的角度呈汇聚状。
20.如权利要求19所述的改良型离子枪的栅极组件，其特征在于栅极组件的屏栅极、加速极及抑止极之间是借由螺丝及绝缘体组装成一体，并在相互之间保持绝缘且具一定间隔。
全文摘要
本发明公开一种改良型离子枪，其应用于制造光学薄膜的离子辅助沉积制程中，包括有放电室、气源、激励器、栅极组件及屏蔽件，其中栅极组件包括有屏栅极、加速极及抑止极，屏栅极是属于阳极并靠近于被电离的离子，加速极是属于阴极并与屏栅极相互间隔，抑止极是属于接地极并位于加速极的上方，每一栅极的中心区域均具有弯曲表面，若干个穿孔设置于这些弯曲表面上并相互对齐，从而形成离子束的抽取通道，当将栅极组件组装于放电室上时，栅极组件的弯曲表面呈内凹状，而由该栅极组件引出的离子束的角度呈汇聚状，借此可得到品质稳定的光学薄膜，并提高其产能及生产良率。
文档编号H01J33/00GK1725424SQ20041006959
公开日2006年1月25日 申请日期2004年7月23日 优先权日2004年7月23日
发明者张陈益升 申请人:亚洲光学股份有限公司