CN106011766A - 一种真空炉体及其使用的辅助阳极 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空炉体及其使用的辅助阳极，真空炉体包括炉体、辅助阳极和阴极，所述阴极设置在所述炉体内部；所述辅助阳极为一筒形结构，筒形结构包括上环形支架和下环形支架，所述上环形支架和下环形支架之间固定设置多个条形结构或者多个弧形板结构，多个条结构交错呈格栅形状，多个弧形板结构中的至少一个的整个表面上均匀分布多个孔；所述筒形结构与所述阴极的有效溅射区域的高度差在10cm以内，所述筒形结构设置在所述炉体的内部，与所述阴极相对；所述炉体的底部设置有多个绝缘垫；所述炉体内还设置有阳极接线柱。本发明的真空炉体及其使用的辅助阳极，溅射时的离化效果好，膜层均匀致密，且阴极放电工作更稳定。

Description

一种真空炉体及其使用的辅助阳极
【技术领域】
本发明涉及一种真空炉体及其使用的辅助阳极。
【背景技术】
在真空炉体内进行镀膜磁控溅射的过程中，如果不加辅助阳极，等离子体中的电子在电磁场的共同作用下到达就近接地的镀膜室内表面，在运动过程中碰到中性粒子会进一步电离，但通常运行路径短，电离效果不显著。当增设辅助阳后，辅助阳极的电位为正电位，比镀膜室电势高，等离子体中的部分电子将向电势更高的阳极集结。在集结过程中路径被延长，并获得了更多的能量。在电子向阳极运动过程中，电子会与途中的中性粒子发生碰撞，导致镀膜过程离化率升高，辅助阳极电位比镀膜室内表面及工件转架都高，所以形成的电场强度更大，正离子的入射能量更大，轰击靶面离子动能也相应的增大。与普通阴极溅射相比较，沉积速率会得到提升，镀膜形成的膜层与基片的附着力也会得到改善。在化合物反应溅射过程，沉积一定时间后工件和溅射靶面都有一定厚度的绝缘膜，在接地的真空室壁上也会沉积，致使电子无法进入阳极，即“阳极消失”造成阴极放电不稳定。通过增设辅助阳极也能有效的解决这个方面的问题。
如图1a～1b所示，目前在真空炉体上设置的辅助阳极200一般呈圆饼形，通过阳极支撑板安装在炉体的内部侧壁上。电连接方面，阳极200露出外部的一端直接电连接电源的正极，从而将外部的电源引到阳极200上。炉体100的炉壁直接连接电源的负极。阳极200与炉体100之间绝缘设置。为确保阳极200与炉体100之间的绝缘，一般是在阳极200与阳极支撑板(图中未示意出)之间设置绝缘板，并在连接支撑板与阳极200间的螺钉帽外设置一绝缘帽。目前，该结构的阳极由于安装、工作较简单，因此已有的真空炉体中广泛使用此种结构的辅助阳极，但现有的真空炉体普遍存在离化效果不高，阴极工作一段时间后出现辉光放电工作效果下降等问题。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种真空炉体及其使用的辅助阳极，溅射时的离化效果好，膜层均匀致密，且阴极放电工作更稳定。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
一种真空炉体，包括炉体、辅助阳极和阴极，所述阴极设置在所述炉体内部；所述辅助阳极为一筒形结构，筒形结构包括上环形支架和下环形支架，所述上环形支架和下环形支架之间固定设置多个条形结构或者多个弧形板结构，多个条结构交错呈格栅形状，多个弧形板结构中的至少一个的整个表面上均匀分布多个孔；所述筒形结构与所述阴极的有效溅射区域的高度差在10cm以内，所述筒形结构设置在所述炉体的内部，与所述阴极相对；所述炉体的底部设置有多个绝缘垫，所述筒形结构支撑在所述多个绝缘垫上；所述炉体内还设置有阳极接线柱，所述筒形结构通过所述阳极接线柱连接外部电源的正极
一种用于真空炉体的辅助阳极，所述辅助阳极为一筒形结构，筒形结构包括上环形支架和下环形支架，所述上环形支架和下环形支架之间固定设置多个条形结构或者多个弧形板结构，多个条结构交错呈格栅形状，多个弧形板结构中的至少一个的整个表面上均匀分布多个孔；所述筒形结构与待应用的真空炉体内的阴极的有效溅射区域的高度差在10cm以内。
本发明与现有技术对比的有益效果是：
本发明的真空炉体，辅助阳极为筒形结构，且主体为格栅形状或者表面分布有孔的弧形板结构，设置在炉体内。筒形结构外表面积大，可有效吸收各个方位的电子。安装在炉体内部时，筒状阳极处于溅射阴极的对面，在溅射过程中，可吸收脱离阴极磁控束缚的电子中的大部分。本发明吸收电子的数量或能力更强，由于吸收电子能力更强，则电子与真空炉内中性原子或分子碰撞的机率更多，从而采用该阳极的炉体的气体离化率高，离化效果好。此外，辅助阳极上格栅形状或者多孔结构的设计，能让阳极上电荷分布更均匀，筒状阳极的高度与溅射阴极有效区域相近，确保工件整体均处于溅射阴极与筒状阳极之间的等离子区域，从而保证工件上中下膜层质量的均匀性。本发明的真空炉体，磁体溅射时，离化率高；上下等离子体分布更均匀，从而工件上中下的膜层更均匀，膜层更致密。此外，本发明的辅助阳极的高度与阴极溅射的有效区域的高度差在10cm以内，两者处于同一水平高度，则阴极放电辉光区域不会因为阳极的位置和长度而造成辉光的偏移，从而使阴极放电工作更稳定。
【附图说明】
图1a是现有技术的辅助阳极在真空炉体内侧的结构示意图；
图1b是现有技术的辅助阳极在真空炉体外侧的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式的真空炉体的立体结构示意图；
图3是本发明具体实施方式的真空炉体的主视剖面示意图；
图4是本发明具体实施方式的真空炉体的俯视剖面示意图；
图5a是本发明具体实施方式的绝缘垫的上盖板的结构示意图；
图5b是本发明具体实施方式的绝缘垫的防护罩的结构示意图；
图5c是本发明具体实施方式的绝缘垫的绝缘基座的结构示意图；
图6是本发明具体实施方式的绝缘垫的装配示意图；
图7是本发明具体实施方式的阳极接线柱的结构示意图；
图8是本发明具体实施方式的真空炉体的筒形结构的第二种结构示意图；
图9是本发明具体实施方式的真空炉体的筒形结构的第三种结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。
本发明的构思是：考虑到现有的真空炉体离化效果不高的问题，可能是由于圆饼形结构的辅助阳极的表面积较小，很难与阴极溅射靶有同样的高度或与阴极溅射靶处于同一水平位置，造成吸收电子数量有限，或影响到阴极辉光放电方向的偏移，进而导致真空炉内起到的离化效果不高或影响到阴极正常的辉光放电工作。目前圆饼状阳极直接安装在真空炉体的炉壁上，造成表面积较小，吸收能力有限；另外圆饼辅助阳极的高度远小于工件装载的高度，膜层上下均匀性会受到影响。因此，本发明重新设计辅助阳极的结构，为筒形结构，且筒形结构的主体为格栅形状或者为分布多个孔的弧形板结构，并将其配合绝缘垫设置在炉体内部，与阴极相对，通过阳极接线柱引入外部电源的正极，实现工作。这样，通过上述辅助阳极的结构改进以及配合组件调整安装位置，从而改善离化效果，且阴极放电工作更稳定。
如图2～4所示，本具体实施方式的真空炉体包括炉体1、辅助阳极2和阴极3。辅助阳极2为一筒形结构，具体为圆筒形结构，筒形结构包括上环形支架和下环形支架，上下环形支架之间的圆筒形结构的主体为一连贯的弧形板，弧形板表面均匀分布多个孔，圆筒形结构的高度与阴极3的有效溅射区域的高度差在10cm以内，圆筒形结构设置在炉体1的内部，具体可设置在炉体1内部的正中间，与炉体1内部的阴极3相对。炉体1的底部设置有多个绝缘垫4(图4中所示为设置有四个绝缘垫)，圆筒形结构支撑在多个绝缘垫4上。炉体内还设置有阳极接线柱5，圆筒形网状结构通过阳极接线柱连接外部电源的正极。工作时，工件6设置在阴极3和辅助阳极2之间。由于筒状辅助阳极2的高度与溅射阴极3的有效区域的高度相近，两者处于同一高度水平，且大于工件6装载的长度，从而能保证工件6都处于溅射阴极与筒状阳极之间的等离子区域。
绝缘垫4的作用是实现筒形结构的辅助阳极2与炉体1之间的绝缘。因此，可支撑辅助阳极，且绝缘的结构均可应用于本具体实施方式的真空炉体中。本具体实施方式在此仅列举一种结构简单易于实现的绝缘垫结构。如图5a、5b、5c以及图6所示，绝缘垫包括上盖板401，防护罩402和绝缘基座403。防护罩402套设在绝缘基座403上，上盖板401套设在绝缘基座403上，位于防护罩402的上方。上盖板401上设置有供圆筒形结构的辅助阳极2嵌入的卡槽结构。本具体实施方式的绝缘垫的三个部分组合后，绝缘基座主要发挥绝缘和支撑的作用。绝缘性方面，优选地，绝缘等级大于20兆欧姆。此外，由于绝缘基座设置在炉体内侧，因此绝缘基座还需具有耐高温(200℃以上)的特性。绝缘基座的材料选用绝缘和耐高温的材料，例如可选择陶瓷或云母等耐高温且绝缘的材料。中间的防护罩402的作用是防止溅射过程中绝缘基座403的主体直接裸露而被镀上金属膜层变为导电材料。
阳极接线柱5用于将外部的电源引到圆筒形结构的辅助阳极2上。筒形辅助阳极2由导线与阳极接线柱5露出炉体的一端相连，阳极接线柱5在炉体外的一端连接外部电源的正极。
如图7所示，本具体实施方式中，阳极接柱5包括导电螺杆501、导线接线柱502和绝缘结构件。导线接线柱502的一端用于连接外部电源。图中所示为通过螺钉10连接导线，进而由导线连接外部电源。导线接线柱502的另一端与导电螺杆501的第一端连接在一起，导电螺杆501穿过炉体1上开设的通孔，导电螺杆501的第二端用于电连接圆筒形网状结构的辅助阳极。图中所示为通过两个螺母8套设在导电螺杆501上夹持导线7，进而导线7连接筒形辅助阳极2。绝缘结构件设置在导电螺杆501与炉体1之间，以及导电接线柱502与炉体1之间，确保导线接线柱与炉体之间，以及导电螺杆与炉体之间是绝缘的。
具体地，绝缘结构件包括绝缘隔套503。阳极接线柱还包括固定螺杆507。绝缘隔套503穿过炉体1上开设的通孔，导电螺杆501穿过绝缘隔套503的内部，导线接线柱502与绝缘隔套503通过固定螺杆507固定到炉体1上。
优选地，绝缘隔套503与炉体1之间以及绝缘隔套503与导线接线柱502之间均密封设置。通过密封设置，从而确保真空密封，从而阳极接线柱引入真空炉内的同时实现与外部密封隔绝。密封设置可通过两个密封圈实现。具体地，在绝缘隔套503与炉体1之间设置第一密封圈504，在绝缘隔套503与导线接线柱502之间第二密封圈505。
进一步优选地，阳极接线柱还包括护套506。护套506设置在绝缘隔套503位于炉体1内的一端上。图中所示护套506套设在绝缘隔套503的一端的外围，从而可防止绝缘隔套503位于炉内的一端镀上导电物，对绝缘隔套503发挥遮蔽的作用。
通过阳极接线柱连接外部的电源正极将电源引入炉体内的筒形辅助阳极2。外部的电源负极接炉体1。真空溅射沉积时，打开电源，根据工艺要求设定阳极电压，筒形辅助阳极2通过导电螺杆501、导线接线柱502连接到电源正极，筒形辅助阳极2带正电。因为辅助阳极2的电位比镀膜室内表面电位高，在阳极电场作用下，真空溅射过程产生的电子会在阳极电压的吸引下加速飞向筒形结构的辅助阳极2。在加速飞行的过程中，电子会与炉体内的气体实现一系列的磁撞，实现气体的离化。
本具体实施方式的辅助阳极为圆筒形结构，且分布多个孔，设置在炉体内。筒形结构外表面积大，可以360°全方位吸收处于炉内各个方向不同位置的电子，大大提高了吸收能力。筒状阳极安装在炉体内部时，筒状阳极处于溅射阴极的对面，在溅射过程中，可脱离阴极磁控束缚的电子中的大部分均集中处于此区域，因此大部分都能被辅助阳极吸收。这样，大大增加电子与中性原子的碰撞机率，提高了气体离化率。阳极筒状结构上的开孔设计，可使阳极筒上的电荷分布更均匀，实现等离子体上下均匀。而筒状阳极的高度与溅射阴极有效区域相近，并大于工件装载的长度，能保证工件都处于溅射阴极与筒状阳极之间的等离子区域，从而保证工件上中下的膜层质量的均匀性。此外，本具体实施方式的真空炉体还能维持阴极放电工作更稳定。
图8所示，为第二种可选的筒形结构的示意图。筒形结构的上环形支架和下环形支架之间固定设置多个条形结构，多个条形结构交错呈格栅形状。该主体呈格栅形状的筒形结构，同样是外表面积大，可以360°全方位吸收处于炉内各个方向不同位置的电子，大大提高了吸收能力，且可吸收大部分脱离阴极磁控束缚的电子，提高了气体离化率，离化效果好。格栅形状的设计，也可使阳极筒上的电荷分布更均匀，实现等离子体上下均匀。而筒状阳极的高度与溅射阴极有效区域相近，并大于工件装载的长度，能保证工件都处于溅射阴极与筒状阳极之间的等离子区域，从而保证工件上中下的膜层质量的均匀性和致密性。此外，也能维持阴极放电工作更稳定。
图9所示，为第三种可选的筒形结构的示意图。筒形结构的上环形支架和下环形支架之间固定设置多个弧形板结构，多个弧形板结构中的至少一个弧形板结构的整个表面上均匀分布多个孔。该结构的筒形结构与图3所示的筒形结构的区别在于：该筒形结构的主体为间隔分布的多个弧形板，而图3中的主体是多个弧形板结构连贯成一个整体。该间隔分布的多个弧形板作为主体时，安装在炉体内时，使其上分布多个孔的弧形板结构正对炉体内的阴极，从而通过孔结构与阴极相对发挥作用。多个弧形板作为主体的筒形结构，同样是外表面积大，可以360°全方位吸收处于炉内各个方向不同位置的电子，大大提高了吸收能力，且可吸收大部分脱离阴极磁控束缚的电子，提高了气体离化率。弧形板上的开孔设计，也可使阳极筒上的电荷分布更均匀，实现等离子体上下均匀。而筒状阳极的高度与溅射阴极有效区域相近，并大于工件装载的长度，能保证工件都处于溅射阴极与筒状阳极之间的等离子区域，从而保证工件上中下的膜层质量的均匀性。此外，也能维持阴极放电工作更稳定。另外，多个弧形板间隔分布，间隔开的间隙中便于伸入清洁装置吸附弧形板内部的灰尘等物质，便于后续清洁使用。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种真空炉体，包括炉体、辅助阳极和阴极，所述阴极设置在所述炉体内部；其特征在于：所述辅助阳极为一筒形结构，筒形结构包括上环形支架和下环形支架，所述上环形支架和下环形支架之间固定设置多个条形结构或者多个弧形板结构，多个条结构交错呈格栅形状，多个弧形板结构中的至少一个的整个表面上均匀分布多个孔；所述筒形结构与所述阴极的有效溅射区域的高度差在10cm以内，所述筒形结构设置在所述炉体的内部，与所述阴极相对；所述炉体的底部设置有多个绝缘垫，所述筒形结构支撑在所述多个绝缘垫上；所述炉体内还设置有阳极接线柱，所述筒形结构通过所述阳极接线柱连接外部电源的正极。
2.根据权利要求1所述的真空炉体，其特征在于：所述筒形结构为圆筒形结构。
3.根据权利要求1所述的真空炉体，其特征在于：所述多个弧形板结构连贯形成一个整体。
4.根据权利要求1所述的真空炉体，其特征在于：所述绝缘垫包括上盖板，防护罩和绝缘基座；所述防护罩套设在所述绝缘基座上，所述上盖板套设在所述绝缘基座上，位于所述防护罩的上方；所述上盖板上设置有供所述圆筒形结构嵌入的卡槽结构。
5.根据权利要求1所述的真空炉体，其特征在于：所述阳极接线柱包括导电螺杆、导线接线柱和绝缘结构件；所述导线接线柱的一端用于连接所述外部电源，所述导线接线柱的另一端与所述导电螺杆的第一端连接在一起，所述导电螺杆穿过所述炉体上开设的通孔，所述导电螺杆的第二端用于电连接所述圆筒形网状结构；所述绝缘结构件设置在所述导电螺杆与所述炉体之间，以及所述导电接线柱与所述炉体之间。
6.根据权利要求5所述的真空炉体，其特征在于：所述绝缘结构件包括绝缘隔套；所述阳极接线柱还包括固定螺杆；所述绝缘隔套穿过所述通孔，所述导电螺杆穿过所述绝缘隔套的内部，所述导线接线柱与所述绝缘隔套通过所述固定螺杆固定到炉体上。
7.根据权利要求6所述的真空炉体，其特征在于：所述绝缘隔套与所述炉体之间以及所述绝缘隔套与所述导线接线柱之间均密封设置。
8.根据权利要求7所述的真空炉体，其特征在于：所述阳极接线柱还包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈设置在所述绝缘隔套与所述炉体之间，所述第二密封圈设置在所述绝缘隔套与所述导线接线柱之间。
9.根据权利要求6所述的真空炉体，其特征在于：所述阳极接线柱还包括护套，所述护套设置在所述绝缘隔套位于所述炉体内的一端上。
10.一种用于真空炉体的辅助阳极，其特征在于：所述辅助阳极为一筒形结构，筒形结构包括上环形支架和下环形支架，所述上环形支架和下环形支架之间固定设置多个条形结构或者多个弧形板结构，多个条结构交错呈格栅形状，多个弧形板结构中的至少一个的整个表面上均匀分布多个孔；所述筒形结构与待应用的真空炉体内的阴极的有效溅射区域的高度差在10cm以内。
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