close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2603

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2603
(13)
C1
6
(51) H 05H 1/24,
(12)
H 05H 15/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
ИОННЫЙ ИСТОЧНИК
(72) Авторы: Суприянович В.Ф., Касинский Н.К., То(21) Номер заявки: 950242
маль В.С. (BY)
(22) 16.05.1995
(73) Патентообладатель: Научно-производственное
(46) 30.12.1998
государственное предприятие "Оптическое стан(71) Заявитель: Научно-производственное
гокостроение и вакуумная техника" (BY)
сударственное предприятие "Оптическое станкостроение и вакуумная техника"(BY)
(57)
1. Ионный источник, содержащий корпус с крышкой и установленные в корпусе средство для ввода и
распределения рабочего газа, катод, анод и основной источник магнитного поля, включающий первый и
второй полюсные наконечники с магнитной катушкой и расположенный вне разрядной области за анодом,
причем крышка корпуса является вторым полюсным наконечником и снабжена выходным отверстием, а в
основании корпуса выполнено отверстие для ввода рабочего газа, отличающийся тем, что анод выполнен в
форме тороида с внутренним диаметром больше диаметра отверстия в крышке корпуса.
2. Ионный источник по п. 1, отличающийся тем, что средство для ввода и распределения газа включает
штуцер, установленный в отверстии основания корпуса между его боковой стенкой и магнитной катушкой,
пластину, расположенную над первым полюсным наконечником и установленную с зазором относительно
внутренней стенки корпуса, и кольцо, закрепленное по внешней образующей на стенке корпуса над указанной пластиной.
3. Ионный источник по пп. 1,2, отличающийся тем, что катод установлен вне зоны распространения
ионного пучка, закреплен на крышке корпуса, и экранирован со всех сторон, кроме стороны, обращенной к
этой зоне.
4. Ионный источник по пп. 1-3, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным источником магнитного поля, расположенным вне корпуса соосно с основным источником магнитного поля, причем направления полей совпадают.
5. Ионный источник по пп. 1-4, отличающийся тем, что дополнительный источник магнитного поля выполнен в виде магнитной катушки, расположенной вокруг верхней части корпуса.
(56)
1. F.Flory, Emile Pelletier, G.Albrand, and Y.Hy. Surface optical coatings by ion assisted deposition techniques:
study of uniformity, Applied Optics, 28, 2952-2959 (1989).
2. US 4862032, МПК F 03H 5/00, 1989 (прототип).
Фиг. 1
BY 2603 C1
Изобретение относится к плазменной технике, в частности к устройству для создания ионных пучков,
применяемых в вакууме и может быть применено при изготовлении многослойных интерференционных покрытий с высокими эксплуатационными свойствами.
При традиционной технологии нанесения оптических покрытий необходим нагрев подложек до температуры 300 °С, так как это позволяет получить необходимый показатель преломления и достаточную адгезию
пленки к подложке. Однако это удлиняет технологический процесс из-за времени, необходимого для нагрева
подложек перед процессом нанесения покрытий и охлаждения их перед выгрузкой из вакуумной камеры.
Пленка при данной технологии имеет пористую, столбчатую структуру, которая поглощает пары воды из атмосферы, что приводит к таким нежелательным явлениям как сдвиг полосы пропускания фильтров, изменениям
спектральных характеристик покрытий с течением времени ( так называемое “старение пленок”).
Приведенные недостатки отсутствуют при использовании метода ионного ассистирования, суть которого
состоит в обработке ионным пучком наносимого покрытия в вакууме, что позволяет получать показатели преломления близкие к теоретическим, беспористые пленки с плотной структурой, которые устойчивы к атмосферным воздействиям. Кроме того, указанный метод не требует нагрева подложек, что повышает
производительность вакуумного оборудования.
Суть метода ионного ассистирования демонстрировалось различными типами ионных источников (сеточными, ускорителями с анодным слоем, ускорителями с торцевым магнитным полем) при небольших расстояниях источник-подложка, что существенно ограничивало площадь обрабатываемых оптических деталей и при
нанесении небольшого числа оптических слоев λ/4.
Известен двухсеточный ионный источник [1] с диаметром пучка 100 мм и с небольшим углом расхождения,
содержащий анод, катод, средство для создания магнитного поля и сеточное устройство для создания ионного
пучка, который применялся для ионного ассистирования при нанесении оптических покрытий. Однако из-за малой
плотности ионного тока источник размещался на небольшом расстоянии от подложек, при этом он обрабатывал
только центральную часть приемной поверхности подложек. Из-за малого расстояния ионного источника до подложек увеличивалось загрязнение напыляемого оптического покрытия в результате распыления высокоэнергетичным ионным пучком металлических деталей источника и элементов крепления подложек.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому ионному источнику является источник, в котором создается низкоэнергетичный ионный пучок в торцевом магнитном поле [2], включающий установленные в корпусе катушку с двумя наконечниками, цилиндрическим анодом и катод, средство для ввода и распределении рабочего газа.
Полюсные наконечники расположены по обеим сторонам разрядной области и создают расходящееся по направлению к катоду магнитное поле.
Анод имеет внутреннюю коническую поверхность с расширением по направлению к катоду, причем диаметр отверстия второго полюсного наконечника больше диаметра внутренней конической поверхности анода. Анод не охлаждается и при небольших подводимых мощностях и при непродолжительной работе не
происходит опасного перегрева элементов конструкции источника и, следовательно, повышенного газовыделения, ухудшающего рабочий вакуум и характеристики оптических покрытий.
Анод своей внутренней конической поверхностью открыт в сторону подложек, поэтому распыленный материал анода ионным пучком беспрепятственно уносится к оптическому покрытию.
Газораспределитель выполнен в виде пластины с рядом концентрических отверстий и расположен под нижней плоскостью анода. Газ подается через отверстие первого полюсного наконечника и часть газа через отверстия газораспределения поступает через кольцеобразную щель, образованную нижней плоскостью анода и
центральной частью газораспределителя, в малое нижнее отверстие анода. Так как магнитное поле здесь наиболее сильное, то достигаются большие плотности плазмы, которая вызывает сильную эрозию газораспределителя и анода.
Другая часть газа протекает между внутренними стенками источника и специальными кольцами, между которыми закреплен анод, минуя зону ионизации газа, что приводит к неэффективному использованию рабочего
газа при создании плазмы, и в конечном итоге ведет к увеличению рабочего давления в камере. Регулировкой
зазора между кольцами и внутренними стенками корпуса ионного источника устанавливается напряжение газового разряда.
Катод расположен с другой стороны разрядной области и представляет собой открытую вольфрамовую спираль, которая находится в зоне распространения ионного пучка и в результате термоэлектронной эмиссии поставляет электроны для ионизации газа и одновременно для нейтрализации ионного пучка. Спираль является
источником атомов вольфрама не только при термическом испарении, но также и в результате распыления
ионным пучком источника, так как она находится в зоне ионного пучка с высокой плотностью тока. Этот механизм является дополнительным источником вносимых загрязнений в напыляемые оптические покрытия, сокращает время жизни катода, вызывает необходимость постоянного подрегулирования эмиссионной
способности катода.
Наличие вышеупомянутых источников загрязнений не является критическим фактором при нанесении простых оптических конструкций, однако является лимитирующим фактором при длительных, более двух часов,
процессах нанесения покрытий, содержащих более 15-30 слоев λ/4, и особенно этот фактор является опреде2
BY 2603 C1
ляющим для оптических покрытий в области УФ - спектра, коэффициент поглощения которых резко возрастает
из-за загрязнения покрытия атомами металлов элементов конструкции ионного источника.
Задачей изобретения является создание ионного источника с характеристиками, которые позволяют применять его в промышленных вакуумных установках для процесса ионного ассистирования при нанесении многослойных интерференционных покрытий в высоком вакууме, позволяя получать покрытия с бесстолбчатой
структурой, стойкие к атмосферным воздействиям, при низких температурах напыляемых подложек, но при более высоком рабочем вакууме; с меньшим количеством загрязнений, вносимых ионным источником; с высокой
стабильностью технологических параметров источника.
Заявлен ионный источник, содержащий корпус с крышкой и установленные в корпусе средство для ввода и распределения рабочего газа, катод и анод и основной источник магнитного поля, включающий первый и второй полюсные наконечники с магнитной катушкой, и расположенный вне зарядной области за анодом, причем крышка корпуса
является вторым полюсным наконечником и снабжена выходным отверстием, а в основании корпуса выполнено отверстие для ввода рабочего газа.
Отличия ионного источника состоят в том, что анод выполнен в форме тороида с внутренним диаметром
больше диаметра отверстия второго полюсного наконечника;
средство для ввода и распределения газа включает штуцер, установленный в отверстии основания корпуса между его боковой стенкой и магнитной катушкой, пластину, расположенную над первым полюсным наконечником и установленную с зазором относительно внутренней стенки корпуса, и кольцо, закрепленное по
внешней образующей на стенке корпуса над указанной пластиной;
катод установлен вне зоны распространения ионного пучка, закреплен на крышке корпуса, и экранирован
со всех сторон, кроме стороны, обращенной к этой зоне;
источник снабжен дополнительным источником магнитного поля, расположенным вне корпуса соосно с основным источником магнитного поля, причем направления полей совпадают;
дополнительный источник магнитного поля выполнен в виде магнитной катушки, расположенной вокруг
верхней части корпуса.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3. На фиг. 1 изображена схема ионного источника. На фиг. 2 - вид сверху. На фиг. 3 - вариант выполнения ионного источника с дополнительным источником магнитного поля.
Анод 1 источника может быть выполнен из тонкостенной трубки из нержавеющей стали и представляет собой
тороид с внутренним диаметром, превышающим диаметр отверстия второго полюсного наконечника 2. Трубчатая
тороидальная конструкция позволяет с помощью обычной водопроводной воды эффективно обеспечить отвод тепла от анода, что позволяет увеличить мощность ионного источника. Ввод рабочего газа в корпус 3 источника
осуществляется через штуцер 4, который установлен в отверстии основания корпуса между его стенкой и катушкой 5. Сверху на магнитной катушке 5 с первым полюсным наконечником 6 закреплена с помощью изоляторов
круглая пластина 7, которая образует кольцевой зазор с внутренней стенкой 3. Над пластиной 7 к стенке крепится
кольцо 8 своей внешней образующей. Пластина 7 и кольцо 8 образуют между собой горизонтальную щель для поступления рабочего газа в разрядную область ионного источника.
Катод 9 жестко закреплен на крышке корпуса источника, параллельно ей и вынесен за пределы отверстия
наконечника 2 и закрыт экраном 10, кроме стороны, обращенной к зоне распространения ионного пучка. Боковой экран 11 закрывает вводы воды и токоввод анода.
Рабочий газ вводится через штуцер 4. Большой объем под пластиной 7 позволяет обеспечить равномерность подачи всего газа между пластиной 7 и кольцом 8 по всему периметру кольцевой щели в разрядную
область внутри анода 1, что позволяет уменьшить рабочее давление в вакуумной установке во время процесса ассистирования. Кольцо 8 находится вне области магнитного поля и поэтому не происходит газового разряда между кольцом 8 и анодом 1, при этом анод не оказывает влияния на равномерность подачи рабочего
газа.
Выполнение анода 1 тороидальной формы с внутренним диаметром, превышающим диаметр второго полюсного наконечника 2, приводит к уменьшению плотности плазмы над пластиной 7 и перераспределяет ее в
аксиальном направлении в сторону катода 9, сохраняя совокупную возможность плазмы генерировать такие
же по величине ионные пучки. Это позволяет существенно снизить распыление металлической пластины 7,
как основного источника загрязнений тонкопленочных покрытий при ионном ассистировании.
Анод 1 также подвержен в меньшей степени эрозии ионным пучком из-за удаленного расположения от
зоны с сильным магнитным полем, а также уменьшения площади поверхности, обращенной к разрядной области и экранированием его вторым полюсным наконечником, что препятствует прямому попаданию загрязнений на оптические покрытия.
Для исключения загрязнения, вызываемого катодом 9, он размещен на верхней крышке корпуса и вынесен из зоны распространения ионного пучка, где он в прототипе подвергался интенсивной эрозии. Тем самым продлевается срок службы катода и он при данном расположении не распыляется ионным пучком.
Экран 10 над катодом препятствует попаданию атомов вольфрама катода на напыляемую оптическую пленку. Расположение катода 9 и наличие экрана 10 позволяют электронам, излучаемым в результате термоэлек3
BY 2603 C1
тронной эмиссии, поддерживать разряд между катодом и анодом, нейтрализовать ионный пучок источника и
исключить эрозию катода ионным пучком.
Между экраном 11 и вводами воды, анодного напряжения, находящимися под положительным потенциалом,
создается темное катодное пространство, защищая от возникновения между вводами и корпусом вакуумной камеры (отрицательный потенциал) нежелательного газового разряда.
Вторая магнитная катушка 12, расположенная вне корпуса источника и соосно магнитной катушке 5, позволяет
проводить технологический процесс нанесения многослойных оптических покрытий с ионным ассистированием
при более высоком вакууме (до двух раз). Магнитное поле, создаваемое магнитной катушкой 12, дополнительно
производит ионизацию рабочего газа в верхней разрядной области, где магнитное поле в прототипе было недостаточным для ионизации.
Фиг. 2
Фиг. 3
Cоставитель В.А. Тугбаев
Редактор Т.А. Лущаковская
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
144 Кб
Теги
by2603, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа