[发明专利]用于超高真空系统的中空阳极离子源

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空阳极离子源，尤其是一种用于超高真空系统的中空阳极离子源。

背景技术

目前，随着半导体器件特别是半导体集成电路技术的快速发展，采用磁控溅射工艺制备半导体表面接触金属电极及钝化薄膜等金属和非金属薄膜是最常用的技术手段之一。为使该技术得以完备地实施，人们研发了相应的设备，如在本申请人的一份于2006年10月14日公开的中国发明专利申请公布说明书CN101161855A中曾提及的一种“用于超高真空系统的磁控溅射阴极靶”。它意欲提供一种结构合理、真空度高于10^-6Pa的磁控溅射阴极靶；其构成包括屏蔽罩内的磁铁托、磁铁和水冷部件，其中，水冷部件为上、下法兰内置有相通的冷却水槽，进水管套装于出水管中，且隔断下法兰冷却水槽并与其焊接连通连接，上法兰的上端部与靶材安装罩旋接，其腔体中置有磁铁托和磁铁，上法兰的下端面与下法兰间置有位于内、外层刀口处的两只金属密封圈，并经螺钉固定，小法兰焊接于出水管外，其与屏蔽罩和基座法兰间置有绝缘片、且与贯通有抽气管的基座法兰间置有两只○型胶圈，并经其外套装绝缘套筒的螺钉固定。使用时，只需将其作为溅射设备的阴极置于真空室内，并经进、出水管对其中的水冷部件进行供水即可。这种磁控溅射阴极靶尽管有着真空度高、结构合理，可用于直流和射频等多种溅射工艺，能够制备出高质量高纯度金属或非金属薄膜的优点，也同样存在着难以克服的因其轰击离子的能量较大，而造成制备出的薄膜的粗糙度增大的缺陷。为解决这一问题，人们做了一些尝试，如在1995年出版的《离子源科学与技术》期刊第4卷第571页的“中空阳极离子源工作原理”(Working Principle ofthe Hollow-Anode Plasma Source，Andr é Anders and Simone Anders，PlasmaSources Sci.Technol.4，571(1995))一文中公开了基于中空阳极放电原理而提出的一种低能离子源——中空阳极离子源，该文详细地介绍了中空阳极离子源的工作原理，并进行了一定的理论拟合，文中虽也介绍了一些参数，如中心喷孔与喷气孔的直径均为2mm，顶部绝缘层的厚度为0.5mm，离化室进气管的内径为5mm，进气束流为1～100sccm/min，内外腔室压力为40Pa与0.1Pa的量级等，却未公开中空阳极离子源的具体结构，尤为未公开为解决诸如阴极与离子源中的其它部件间的电气绝缘，阴极水冷时的电绝缘和真空密封，以及离子源的超高真空密封的难题所采取的技术措施，使人们无法根据其提出的中空阳极放电原理就可直接获得超高真空下的低能离子源。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种能产生低能离子束流的用于超高真空系统的中空阳极离子源。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：用于超高真空系统的中空阳极离子源包括法兰上依次同轴串接的阴极、带有中心喷孔的阳极和外罩磁铁罩的永磁体，特别是

所述阴极的下部为水冷腔、上部为中空的离化室，其外依次套装有绝缘套和金属套筒，所述绝缘套为相对接的绝缘底套和绝缘顶套，所述绝缘顶套的中心置有通气孔，所述金属套筒为焊接连接的上金属套筒和下金属套筒，所述下金属套筒的内壁上置有肩台，所述肩台与所述绝缘底套的上表面抵触连接；

所述水冷腔的下端口为与其焊接连接的盖板，所述盖板上贯通焊接连接有进水管和出水管，所述进水管套装于出水管之中，所述出水管分别经带有凸肩的水管绝缘套与所述法兰的带肩台的水管孔绝缘连接，经水管密封圈和水管绝缘套与所述绝缘底套和法兰密封连接；

所述离化室的底部连通有离化室进气管，所述离化室进气管的下端部位于法兰的气管孔中，并分别经其中置有的气管绝缘套与所述法兰的气管孔绝缘连接，经气管密封圈和气管绝缘套与所述绝缘底套和气管孔密封连接，所述气管孔的底部焊接连接贯穿所述法兰的进气管；

所述水管密封圈和气管密封圈外的绝缘底套与法兰间置有法兰密封圈，所述法兰密封圈与水管密封圈或气管密封圈间的法兰中贯穿焊接连接有预抽气管；

所述下金属套筒经其上的固定孔、法兰螺栓与法兰抵触连接，所述上金属套筒经其上的螺孔、固定螺栓与阳极、永磁体和其外罩的磁铁罩固定连接。