一种悬浮阳极及带有悬浮阳极的磁控溅射装置的制作方法

本发明涉及磁控溅射技术领域，特别涉及一种悬浮阳极及带有悬浮阳极的磁控溅射装置。

背景技术：

磁控溅射技术是上个世纪70年代发展起来的，是物理气象沉积的一种。在高真空条件下，一般通入惰性气体，其中氩气比较常见，在电场的作用下，游离电子或场致发射电子受电场力向阴极运动，运动过程中与氩原子碰撞产生氩离子和二次电子，在磁场的作用下，电子延螺旋线轨迹运动，增大了电子的运动轨迹同时也增加了与氩原子的碰撞次数，氩离子在电场的作用下向阴极运动，轰击靶材表面，溅射出靶材粒子，多数粒子最终到达基片表面，沉积成薄膜。

现有技术中，磁控溅射装置一般以真空腔体为阳极，靶材为阴极，常规磁控溅射装置中，电子会不断产生也会不断溢出磁场区域，溢出的电子向阳极运动，最终被阳极吸收。但是同时，会有大量的电子轰击到基片上，造成基片温度升高，对于某些不耐高温的基材会造成不良影响，基于此，所镀膜层也会因为基片受热形变或熔化而达不到理想的膜层。因此，如何防止这些溢出的电子轰击到基片上，是目前急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种悬浮阳极及带有悬浮阳极的磁控溅射装置，以防止电子轰击基片造成基片温度过高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种悬浮阳极，设置于磁控溅射装置中，该悬浮阳极包括：

阳极主体，所述阳极主体内部为空心结构，且所述阳极主体由阳极部分及两个阳极主体支撑端组成；所述阳极部分包括水平部及分别与所述水平部相互连通的两个竖直部；所述两个阳极主体支撑端的其中一端分别与其中一个竖直部连接，另一端分别连接水管，冷却水通过其中一个水管流入所述阳极主体，从另一个水管流出所述阳极主体；

密封绝缘件，套设在所述阳极主体支撑端上，并与所述磁控溅射装置的真空腔体的开口密封连接；

电线，一端连接所述阳极主体支撑端，另一端连接磁控溅射电源。

一实施例中，该悬浮阳极还包括：金属板，套在所述阳极主体支撑端上，用于固定所述电线。

一实施例中，所述阳极主体支撑端的部上设有限位凸起部，用于当所述密封绝缘件套设在所述阳极主体支撑端上时，顶住所述密封绝缘件的顶部。

一实施例中，所述限位凸起部的底部设有用于容纳密封圈的密封圈凹槽。

一实施例中，所述密封绝缘件选用的材料为聚四氟乙烯；所述密封绝缘件包括：绝缘件本体及中间凸起部，所述中间凸起部插入所述开口中，所述绝缘件本体顶住所述真空腔体的底部，且所述中间凸起部外尺寸与所述开口的尺寸相同。

一实施例中，所述绝缘件本体的顶部设有用于容纳密封圈的密封圈凹槽；绝缘件本体上设有螺栓孔，利用螺栓将所述密封绝缘件与所述真空腔体固定。

一实施例中，所述金属板上设有用于固定所述电线的螺栓孔，通过螺母将所述电线固定在所述金属板上；所述金属板的材料为铜。

一实施例中，所述阳极主体支撑端下部外侧有外螺纹，内部有内螺纹；通过螺母配合所述外螺纹上，将所述阳极主体支撑端与密封绝缘件固定。

一实施例中，两个所述阳极主体支撑端的通过铜接头连接所述水管，所述铜接头与所述阳极主体支撑端螺纹连接。

为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种磁控溅射装置，所述磁控溅射装置包括：磁控溅射电源，真空腔体及设置在真空腔体内的样品台、磁控溅射阴极装置及至少一套上述的悬浮阳极。

一实施例中，该磁控溅射装置还包括：阳极护板，设置在所述悬浮阳极的上部，用于保护所述悬浮阳极。

一实施例中，悬浮阳极的最大高度为低于靶面以上3cm，所述悬浮阳极与磁控溅射阴极装置距离为10cm-20cm。

利用本发明，可以使大量溢出电子被阳极吸收，以防止电子轰击基片造成基片温度过高的问题。并且本发明还可以通过切换电源供应模式，实现多种材料溅射，功能全面。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的悬浮阳极独立悬浮设置在阴极靶材附近，相对于腔体和基片呈正电位，磁控溅射过程中，由于电位高于腔体和基片，所以大部分多余电子会受电场力向阳极运动，最终会被这个阳极吸收，而不会打在基片上，有效的防止了由于电子轰击造成的基片温度过高。

2、本发明悬浮阳极有内部冷却水供应，使悬浮阳极保持较低的温度，延长了悬浮阳极各个部件的工作寿命。

3、带有本发明的悬浮阳极的磁控溅射装置可以匹配更多类型的电源，可以溅射更多种类的材料，例如利用直流电源和金属靶材，中频电源溅射陶瓷靶材等。

4、本发明的悬浮阳极上装有阳极护板，清理护板即可有效防止阳极消失现象的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例悬浮阳极的结构示意图；

图2为本发明实施例带有悬浮阳极的磁控溅射装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例悬浮阳极的结构示意图，如图1所示，该悬浮阳极1包括：阳极主体11，密封绝缘件12、电线15及水管16等部件。

阳极主体11的内部为空心结构，可以供冷却水流过。阳极主体11由阳极部分111及两个阳极主体支撑端112组成。阳极部分111的材料可以选择导电性较好的铝合金，阳极主体支撑端112可以选用强度较高的不锈钢，两部分可以通过焊接方式连接，焊接部如图1所示的113。

其中，阳极部分111包括水平部1111及分别与水平部相互连通的两个竖直部1112，水平部1111的两端不开口，冷却水从其中一个竖直部1112流入，经过水平部1111，从另一个竖直部1112流出。

一个阳极主体支撑端112的其中一端与其中一个竖直部连接，另一端连接至其中一个水管16；另一个阳极主体支撑端112的其中一端与另一个竖直部连接，另一端连接至另一个水管16。具体应用时，冷却水通过其中一个水管16流入阳极主体11，从另一个水管16流出阳极主体11。

一实施例中，两个阳极主体支撑端112可以分别通过铜接头17连接至对应的水管。具体实施时，铜接头17的一端设置外螺纹，阳极主体支撑端112的下部设置有内螺纹，铜接头17的外螺纹与阳极主体支撑端112下部的内螺纹连接，水管连接在铜接头17的一端。

密封绝缘件12套设在阳极主体支撑端112上，并与磁控溅射装置的真空腔体25的开口27密封连接。

一实施例中，阳极主体支撑端12上设有限位凸起部121，当密封绝缘件12套设在阳极主体支撑端112上时，限位凸起部121顶住密封绝缘件12的顶部。具体实施时，限位凸起部121的底部设有用于容纳密封圈113的密封圈凹槽。

一实施中，密封绝缘件12包括：绝缘件本体121及中间凸起部122，中间凸起部122插入真空腔体25的开口27中，绝缘件本体121顶住真空腔体25的底部，且中间凸起部122的外尺寸与开口27的尺寸相同，实现密封。绝缘件本体121上设有螺栓孔，利用螺栓(螺母)可以将密封绝缘件12与真空腔体25紧密固定。

一实施例中，为了实现较佳地密封效果，绝缘件本体121的顶部设有用于容纳密封圈1211的密封圈凹槽。

通过上述连接方式可知，阳极主体支撑端112和密封绝缘件12组装成一体，再通过密封绝缘件12用螺栓将阳极主体支撑端112固定在真空腔体25上。本发明通过密封绝缘件12将悬浮阳极与真空腔体25绝缘，通过四个(每个阳极主体支撑端112对应两个)密封圈进行真空密封，可以实现较好的密封效果。

一实施例中，密封绝缘件12可以选用的材料为绝缘耐高温的聚四氟乙烯。

电线15的一端连接阳极主体支撑端112，另一端连接磁控溅射电源。在溅射过程中，悬浮阳极1相对于地为正电位，悬浮阳极1中有冷却水从阳极中流过，可以对悬浮阳极1进行冷却。

一实施例中，为了电线15的方便连接，图1所示的悬浮阳极还包括金属板14，套在阳极主体支撑端112上，用于固定电线15。具体地，可以在金属板上14设置用于固定电线的螺栓孔141，通过螺母142将电线15固定在金属板14上。一实施中，金属板的材料可以为铜等。

一实施例中，阳极主体支撑端112的下部外侧有外螺纹，通过螺母配合外螺纹，可以将阳极主体支撑端112与密封绝缘件12紧密固定。

图2为本发明实施例带有悬浮阳极的磁控溅射装置的结构示意图。该磁控溅射装置包括：磁控溅射电源24，真空腔体25及设置在真空腔体25内的样品台26、磁控溅射阴极装置23及至少一套图1所示的悬浮阳极1。磁控溅射阴极装置23设置在真空腔体25的底部，样品台26位于磁控溅射阴极装置23上方。悬浮阳极1和磁控溅射阴极装置23与磁控溅射真空腔体25绝缘，真空腔体25接地。

一实施例中，磁控溅射装置还包括：阳极护板22，设置在悬浮阳极1的上部，用于保护悬浮阳极1。悬浮阳极1的上部安装阳极护板22，可以保证在沉积过程中，材料不会沉积在悬浮阳极1上，不仅保护了悬浮阳极而且方便清理和更换。

磁控溅射装置的悬浮阳极1通过电线15与磁控溅射电源24相连，磁控溅射阴极装置23与磁控溅射电源24相连，进行导电性较好的材料沉积时，选用直流电源即可。

悬浮阳极1与磁控溅射阴极装置距离一般为10cm-20cm，一实施例中，悬浮阳极1与磁控溅射阴极装置距离为15cm。

一实施例中，悬浮阳极1的最大高度一般低于靶面以上3cm。

磁控溅射过程中，悬浮阳极1电位高于真空腔体25电位，溅射过程中粒子碰撞产生的大量电子脱离磁场控制区域后，向悬浮阳极飞去，多数电子会到达阳极，被阳极吸收。基片的多数能量是由于粒子沉积造成的，而到达基片的电子会大量减少，使得基片温度控制在一个更好的范围内。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的悬浮阳极独立悬浮设置在阴极靶材附近，相对于腔体和基片呈正电位，磁控溅射过程中，由于电位高于腔体和基片，所以大部分多余电子会受电场力向阳极运动，最终会被这个阳极吸收，而不会打在基片上，有效的防止了由于电子轰击造成的基片温度过高。

2、本发明悬浮阳极有内部冷却水供应，使悬浮阳极保持较低的温度，延长了悬浮阳极各个部件的工作寿命。

3、带有本发明的悬浮阳极的磁控溅射装置可以匹配更多类型的电源，可以溅射更多种类的材料，例如利用直流电源和金属靶材，中频电源溅射陶瓷靶材等。

4、本发明的悬浮阳极上装有阳极护板，清理护板即可有效防止阳极消失现象的发生。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。