离子源装置的制作方法

本申请涉及离子源技术领域，尤其是一种离子源装置。

背景技术：

离子源是一门用途广，类型多、涉及科学多、工艺技术性强、发展十分迅速的应用科学技术。霍尔离子源作为一种十分常用的离子源类型，多应用于薄膜沉积领域，作为沉积辅助部件，提高薄膜物理特性。霍尔离子源是阳极在一个强轴向磁场的协作下将工艺气体等离子化，等离子化后的气体通过阳极的加速，将气体离子分离并形成离子束，由于轴向磁场的作用太强，霍尔离子源离子束需要补充电子以中和离子流。

目前的离子源，可以采用钨丝(阴极)作为中和源，也可以采用中空阴极(即中空阴极中和器)来进行中和，在目前单阴极结构的离子源装置，在镀膜使用过程中，容易出现中空阴极的钽管使用寿命结束时，最后一炉费炉或需要重新破真空更换钽管的情况。

当前为了避免最后一炉费炉，主要是根据使用时间限制钽管的使用寿命，在钽管失效前进行淘汰，导致过早出现最后一炉的情况，中空阴极的钽管无法实现使用寿命的最大化，而且日常使用中，当中空阴极的钽管出现质量问题时，即使及时更换也会出现很短的时间内钽管就无法使用，影响了离子源运行的稳定性。

技术实现要素：

本申请的目的旨在解决上述的技术缺陷之一，特别是无法实现使用寿命的最大化的缺陷，提供一种离子源装置。

一种离子源装置，包括：

一霍尔离子源以及至少两个中空阴极；

各个所述中空阴极设于距离所述霍尔离子源一设定位置处；

各个所述中空阴极设计为所述霍尔离子源提供中和电子，且在其中任何一个中空阴极失效时，切换至其他中空阴极向所述霍尔离子源提供中和电子。

在一个实施例中，所述的离子源装置还包括：与各个中空阴极的进气口连接的供气管道，所述供气管道用于向各个中空阴极供应气体。

在一个实施例中，各个所述中空阴极的进气口前安装有电磁阀，用于对流入中空阴极的气体进行选通控制。

在一个实施例中，所述的离子源装置还包括：安装在所述供气管道上的气体流量计，用于统计和控制所述供气管道中的气体流量。

在一个实施例中，所述的离子源装置还包括：连接各个所述电磁阀的控制装置，用于输出控制信号控制所述电磁阀进行关闭或者选通。

在一个实施例中，所述控制装置还通过网络连接远程控制平台，其中，所述远程控制平台用于对所述离子源装置进行远程监测和远程控制。

在一个实施例中，所述的离子源装置还包括：连接所述控制装置的人机交互系统，用于接收用户输入的操作指令以及显示相关信息。

在一个实施例中，所述控制装置，用于检测运行中的中空阴极是否失效，且在所述中空阴极失效时，输出控制信号选通备用的中空阴极的电磁阀，通过备用的中空阴极向所述霍尔离子源提供中和电子，并输出控制信号关闭失效的中空阴极对应的电磁阀以停止失效的中空阴极的运行。

在一个实施例中，所述控制装置，还用于记录中空阴极的使用时间，并根据所述使用时间计算所述中空阴极的预计失效时间，并在所述预计失效时间前检测所述中空阴极是否失效。

在一个实施例中，所述控制装置用于检测所述霍尔离子源的电压和电流数据，根据所述电压和电流数据检测中空阴极是否失效。

上述离子源装置，通过在一霍尔离子源上匹配至少两个中空阴极，各个中空阴极设计为霍尔离子源提供中和电子，且在其中任何一个中空阴极失效时，切换至其他中空阴极向霍尔离子源提供中和电子，实现了中空阴极的备份功能，避免了在镀膜使用过程中，当中空阴极的钽管使用寿命结束时出现最后一炉费炉或需要重新破真空更换钽管的情况，从而可以将中空阴极的钽管使用寿命最大化，实现离子源长时间不间断工作。避免中和器失效导致产品报废的情况。

进一步的，各个中空阴极共用一个供气管道，各个中空阴极的供气管道上安装电磁阀，结合共用的供气管道上的气体流量计，可以节省设备成本。

进一步的，通过控制装置检测，记录中空阴极的使用时间并计算中空阴极的预计失效时间，从而可以对中空阴极的失效进行预警，便于及时检测中空阴极的失效状态。且通过对霍尔离子源的电压和电流数据来检测中空阴极的失效状态，实现以自动控制方式切换选择不同中和器，可以实现自动化切换。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1-2为一个实施例的离子源结构示意图；

图3是另一个实施例的离子源结构示意图；

图4是离子源装置的供气管道示意图；

图5是离子源装置的电路结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作。

本申请提供的离子源装置，包括：一霍尔离子源以及至少两个中空阴极；各个所述中空阴极设于距离所述霍尔离子源一设定位置处；各个所述中空阴极设计为所述霍尔离子源提供中和电子，且在其中任何一个中空阴极失效时，切换至其他中空阴极向所述霍尔离子源提供中和电子。

参考图1-2，图1-2为一个实施例的离子源结构示意图，其中图1中为俯视图，图2为离子源结构立体示意图。图中以一个霍尔离子源匹配两个中空阴极为例，其中，中空阴极①和中空阴极②匹配霍尔离子源。当然，对于霍尔离子源匹配的中空阴极数量，可以根据实际需求进行设计，如图3中，图3是另一个实施例的离子源结构示意图，图中，一个霍尔离子源匹配了六个中空阴极，图图中中空阴极①-⑥。各个中空阴极都可以为霍尔离子源提供的中和电子，在使用中，可以由一个中空阴极进行运行，其他中空阴极作为备用。上述技术方案中，中空阴极与霍尔离子源可以采用模块化设计，由此，可以根据需要便于扩展安装中空阴极。

本申请的离子源装置，避免了在镀膜使用过程中，当中空阴极的钽管使用寿命结束时出现最后一炉费炉或需要重新破真空更换钽管的情况，从而可以将中空阴极的钽管使用寿命最大化，实现离子源长时间不间断工作，避免停机状态下切换和带电工作产生打火情况，避免中和器失效导致产品报废的情况。

下面结合附图阐述本申请的技术方案的其他实施例。

在一个实施例中，参考图4所示，图4是离子源装置的供气管道示意图，离子源装置的第一路供气管道提供霍尔离子源所需的工艺气体，第一路供气管道上安装气体流量计a，通过电磁阀a向霍尔离子源提供工艺气体；第二路供气管道向中空阴极和霍尔离子源提供所需的惰性气体(氩气)，第二路供气管道设计两个气体流量计，其中气体流量计b通过电磁阀b向霍尔离子源提供惰性气体,气体流量计c向各个中空阴极进行供气，气体流量计c通过电磁阀c1向中空阴极①供气，通过电磁阀c2向中空阴极②进行供气。

在第二路供气管道中，中空阴极共用一套供气管道，供气管道与各个中空阴极的进气口连接，通过该供气管道向各个中空阴极供应气体，使其处于工作状态。进一步的，各个中空阴极的进气口前安装有电磁阀，用于对流入中空阴极的气体进行选通控制，电磁阀的作用主要就是开关作用，在外部控制下进行选通或者关闭。其中供气管道上连接一个气体流量计，气体流量计安装在共用供气管道上，对供气管道中的气体的流量进行统计和控制，在此处虽然使用了多个中空阴极，但为了节省气体流量计的成本，只需要安装一个气体流量计。

上述实施例的技术方案，各个中空阴极分别安装电磁阀，共用一套供气管道，只需安装一个气体流量计，由电磁阀可以控制中空阴极的选通和关闭状态，气体流量计可以控制气体流量从而控制中空阴极的反应，该结构节省了设备成本。

在一个实施例中，参考图5所示，图5是离子源装置的电路结构示意图，本申请的离子源装置还设计了控制装置，控制装置可以通过总线连接各个电磁阀，用于输出控制信号控制各个电磁阀进行关闭或者选通，从而实现中空阴极之间的自动控制切换；同时，控制装置还可以通过总线连接各个气体流量计，对气体流量计的流量进行统计和控制。进一步的，离子源装置还可以设计连接控制装置的人机交互系统，用于接收用户输入的操作指令以及显示相关信息。在用于镀膜时，由于镀膜设备处于真空状态，可以通过人机交互系统实施与控制装置进行信息交互，实时查看离子源装置的工作状态，当需要对中空阴极进行切换时，可以通过人机交互系统输入控制指令进行控制。

另外，为了进一步提供智能化水平，控制装置还可以通过网络连接远程控制平台，其中，远程控制平台用于对离子源装置进行远程监测和远程控制。通过远程控制平台，用户可以在云端或者远端登录到相关管理系统，对分布在各个镀膜设备上的离子源装置进行远程监控和远程控制，远程调取状态数据，远程控制切换。

上述实施例的技术方案，通过设计了控制装置、人机交互系统及连接至远程控制平台，既可以实现在现场的人工监测和切换操作，也可以通过远程来进行监测和切换控制。

在一个实施例中，本申请提供的离子源装置中，控制装置实现的功能可以如下：检测运行中的中空阴极是否失效，且在所述中空阴极失效时，输出控制信号选通备用的中空阴极的电磁阀，通过备用的中空阴极向所述霍尔离子源提供中和电子，并输出控制信号(可以采用24v的dc信号)关闭失效的中空阴极对应的电磁阀以停止失效的中空阴极的运行。

进一步的，控制装置还用于记录中空阴极的使用时间，并根据所述使用时间计算所述中空阴极的预计失效时间，并在所述预计失效时间前检测所述中空阴极是否失效。优选的，对于检测运行中的中空阴极是否失效的方法，可以通过检测霍尔离子源的电压和电流数据，根据电压和电流数据检测中空阴极是否失效。

如图4中，控制装置通过连接至电源输入端，通过监测电源输出的电压和电流参数，可以反映出霍尔离子源当前的工作状态，而霍尔离子源的工作状态与中空阴极提供的中和电子具有特定关系，由此，可以利用霍尔离子源的电压和电流数据检测当前运行的中空阴极是否失效。在检测到失效后，将备用的中空阴极的电磁阀打开，启动备用的中空阴极进行运行，然后关闭失效的中空阴极，从而实现了平稳的切换，保证了当前镀膜过程稳定进行。

上述实施例的技术方案，通过控制装置检测，记录中空阴极的使用时间并计算中空阴极的预计失效时间，从而可以对中空阴极的失效进行预警，便于及时检测中空阴极的失效状态。且通过对霍尔离子源的电压和电流数据来检测中空阴极的失效状态，实现以自动控制方式切换选择不同中和器，可以实现自动化切换。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

一种离子源溅射系统，包括上述任一实施例的靶材旋转结构。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。