高通量組合材料芯片前驅(qū)體沉積設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及組合材料芯片技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高通量組合材料芯片前驅(qū) 體沉積設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 材料是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來新材料的研發(fā)速度逐漸不 能滿足當(dāng)代工業(yè)發(fā)展對新材料的迫切需求。自上世紀90年代以來，美國勞倫斯伯克利國家 實驗室的項曉東等人受生物基因芯片和大規(guī)模集成電路發(fā)展的啟發(fā)，發(fā)展了高通量組合材 料芯片技術(shù)。高通量組合材料芯片技術(shù)的實質(zhì)是在一炔基片上集成生長和表征多達IO 8個 不同組分的材料樣品，該技術(shù)改變了傳統(tǒng)材料試驗"試錯"的方法，極大的加快新材料的研 發(fā)進程。項曉東等人開發(fā)的第一代高通量組合材料芯片制備設(shè)備由制備腔和過渡腔組成， 采用離子束或激光作為材料沉積源，可以在真空中完成材料沉積和原位熱處理過程，結(jié)合 分立掩模板可以在1英寸基片上最多沉積2 1°個不同組分的樣品。該設(shè)備極大的提高了材 料樣品制備的通量，項曉東等人使用該設(shè)備進行了超導(dǎo)材料、相變材料等材料體系的新材 料快速篩選，并篩選出一系列具有優(yōu)良性能的新材料。
[0003] 在授權(quán)公告號為CN104404468A(申請?zhí)枮?01410734080. 3)的中國發(fā)明專利申請 《一種高通量組合材料制備裝置及制備方法》中，公開了一種高通量組合材料制備裝置，該 裝置包括制備腔、儲靶腔、換靶腔、原位熱處理腔、樣品過渡腔，可實現(xiàn)真空下從靶材更換、 材料沉積到樣品熱處理全過程的組合材料芯片制備，避免了樣品暴露于大氣環(huán)境下造成樣 品的污染。該裝置采用離子束濺射方法完成組合材料芯片前驅(qū)體沉積，離子源雖然操作較 為簡單、所制備的樣品重復(fù)性較好、適合用于高品質(zhì)薄膜的制備，但設(shè)備本身維護較為復(fù) 雜，價格昂貴，市場接受程度較低。例如，離子束濺射鍍膜只能同時完成一種靶材的濺射，故 對于多層膜樣品制備，完成每層材料的沉積都需要更換新的靶材，操作復(fù)雜，實驗消耗時間 長，使用效率低。同時，離子束濺射鍍膜的實現(xiàn)完全依賴于離子源的穩(wěn)定工作，通常設(shè)備工 作每10-20小時即需要對離子源進行維護、清洗或更換離子源及其部件，限制了設(shè)備的使 用領(lǐng)域和接受范圍。
[0004] 相比離子束濺射技術(shù)，磁控濺射鍍膜設(shè)備維護更為簡單、發(fā)展更為成熟，雖然經(jīng)過 長時間使用，所制備薄膜的均勻性會受到靶材刻蝕區(qū)影響，但可以通過調(diào)節(jié)磁場分布、增加 均厚板、改變沉積方式等方法進行緩解。早在上世紀70年代，磁控濺射技術(shù)就被用于高通 量樣品的制備，但過去都是采取多靶磁控共濺射的方式，該方法并不能準(zhǔn)確控制每種原料 在基片上的分布規(guī)律，故無法直接完成不同組分材料的線性梯度分布，還需要額外的成分 表征來確定不同成分材料的分布規(guī)律，在降低了高通量實驗效率的同時，并不能實現(xiàn)完整 多兀材料空間的覆蓋。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用范 圍廣，并且不需要進行額外的靶材更換操作，就能實現(xiàn)多種原料按照不同組分分布規(guī)律進 行制備的高通量組合材料芯片前驅(qū)體沉積設(shè)備。
[0006] 本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種高通量組合材料芯片前 驅(qū)體沉積設(shè)備，其特征在于包括：
[0007] 靶材架，所述靶材架的正面上具有多個能夠安裝靶材的安裝位；
[0008] 靶材，包括至少一個，安裝在所述靶材架的安裝位上；
[0009] 永磁體組，設(shè)置在所述靶材架內(nèi)，所述永磁體組內(nèi)具有多個永磁體，多個所述永磁 體對應(yīng)于所述安裝位安裝在所述靶材的背面，以調(diào)整靶材上的刻蝕區(qū)長度和刻蝕區(qū)形狀；
[0010] 基片，與所述靶材相對設(shè)置，用于沉積材料；
[0011] 掩模，能覆蓋在所述基片上；
[0012] 放置臺，用于放置基片；
[0013] 驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動所述放置臺進行轉(zhuǎn)動和移動。
[0014] 方便地，高通量組合材料芯片前驅(qū)體沉積設(shè)備還包括用于驅(qū)動和更換所述掩模的 掩模更換裝置。
[0015] 為了調(diào)節(jié)靶材的濺射效果，高通量組合材料芯片前驅(qū)體沉積設(shè)備還包括用于隔離 靶材的隔離板和用于調(diào)節(jié)材料沉積速度的調(diào)節(jié)機構(gòu)；所述隔離板連接在所述靶材架上并設(shè) 置在兩個相鄰的安裝位之間。
[0016] 可選擇地，所述調(diào)節(jié)機構(gòu)包括能夠調(diào)節(jié)材料沉積速率的出射狹縫裝置和/或能夠 調(diào)節(jié)材料沉積范圍的遮板；
[0017] 所述狹縫裝置覆蓋設(shè)置在所述靶材的正面上，所述狹縫裝置上具有一寬度可調(diào)的 狹縫；
[0018] 所述遮板設(shè)置在所述靶材正面的一側(cè)。
[0019] 優(yōu)選地，所述驅(qū)動裝置包括用于驅(qū)動所述放置臺旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)以及用于帶動放 置臺和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行二維平面移動的傳動機構(gòu)；
[0020] 所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)置在所述放置臺下方，所述傳動機構(gòu)設(shè)置所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)下方。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述靶材架上的多個安裝位呈陣列分布。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于：本實用新型中高通量組合材料芯片前 驅(qū)體沉積設(shè)備，通過靶材架上設(shè)置多個靶材，從而利用磁控濺射鍍膜技術(shù)即能實現(xiàn)不同組 分材料的梯度沉積、順序沉積等不同的沉積方式，簡化了高通量組合材料芯片制備設(shè)備的 結(jié)構(gòu)，使得整個制備過程所需的功耗小，對靶材的消耗量也大大減小，提高了工藝的可重復(fù) 性，同時對組合材料芯片前驅(qū)體沉積裝置的維修更加方便。同時該高通量組合材料芯片前 驅(qū)體沉積設(shè)備能夠控制單層材料沉積厚度在原子尺度下，方便實現(xiàn)多種材料原子尺度下均 勻混合，可以完成組合材料芯片制備過程中的非晶態(tài)混合物的實現(xiàn)，避免了傳統(tǒng)組合材料 芯片制備方法中熱力學(xué)窗口對擴散熱處理過程的限制，拓寬了該高通量組合材料芯片前驅(qū) 體沉積設(shè)備的應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本實用新型實施例中高通量組合材料芯片前驅(qū)體沉積設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0025] 如圖1所示，本實施例中的高通量組合材料芯片前驅(qū)體沉積設(shè)備，包括靶材架1、 靶材2、永磁體組11、基片3、掩模4、放置臺5、驅(qū)動裝置、掩模更換裝置41、隔離板6、調(diào)節(jié)機 構(gòu)。
[0026] 靶材架1上具有多個能夠安裝靶材2的安裝位，該多個安裝位呈陣列分布在靶材 架1的正面。使用時，根據(jù)沉積材料的需要，可以使用多種單質(zhì)靶材，根據(jù)需要將這些單質(zhì) 靶材分別安裝在靶材架1的特定的安裝位上。與現(xiàn)有通用的磁控濺射裝置類似，靶材架1 內(nèi)設(shè)置有永磁體組11，該永磁體組11內(nèi)具有多個永磁體，該多個永磁體分別對應(yīng)于安裝位 排列設(shè)置在靶材2的背面，用于控制在靶材1上形成與基片3移動方向相垂直的方向上的 均勻刻蝕區(qū)長度?？涛g區(qū)長度根據(jù)組合材料芯片大小的不同可以通過調(diào)節(jié)永磁體組11內(nèi) 各個永磁體的分布規(guī)律和革G材2的大小來改變。本實施例中，可以通過調(diào)節(jié)永磁體的分布 規(guī)律和靶材2的大小保證在與基片12移動方向相垂直方向上，材料沉積速率相同。
[0027] 放置臺5上可以放置基片3,掩模4則按照要求覆蓋在基片3上。放置后，基片3 與靶材2相對設(shè)置。使用時，掩模4可以根據(jù)需要使用移動掩?；蛘叻至⒀谀?。使用分立 掩模時，則可在放置臺5上放置多種掩模4,從而可以根據(jù)需要進行掩模4的更換?；诙?種不同掩膜4的更換要求設(shè)置掩模更換裝置41，該掩模更換裝置41可以設(shè)置在放置臺18 上或者其他位置。如可以在放置臺18上安裝一機械手作為掩模更換裝置41，通過機械手進 行不同掩模4的更換，進而將掩模4根據(jù)要求覆蓋在基片3的上方。
[0028] 為了方便實現(xiàn)基片3自轉(zhuǎn)和移動，驅(qū)動裝置包括用于驅(qū)動放置臺5旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機 構(gòu)91以及用于帶動放置臺5和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)91進行二維平面移動的傳動機構(gòu)92。旋轉(zhuǎn)機構(gòu) 91設(shè)置在放置臺5下方，傳動機構(gòu)92設(shè)置旋轉(zhuǎn)機構(gòu)91下方。在工作時，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)91帶動 放置臺5進行旋轉(zhuǎn)，進而在放置臺5的帶動下，實現(xiàn)基片3的自轉(zhuǎn)。傳動機構(gòu)92則能夠帶 動放置臺5在相互垂直的兩個方向上進行移動，進而實現(xiàn)基片3在二維平面上的移動。
[0029] 隔離板6連接在靶材架1上并設(shè)置在兩個相鄰的安裝位之間，使用時，隔離板6可 以避免相鄰靶材2之間的相互影響。
[0030] 根據(jù)需要，調(diào)節(jié)機構(gòu)可以設(shè)置為覆蓋設(shè)置在靶材2正面上的出射狹縫裝置7,也可 以設(shè)置為設(shè)置在靶材2正面一側(cè)的遮板8。本實施例中的調(diào)節(jié)機構(gòu)同時包括出射狹縫裝置 7和遮板8,遮板8設(shè)置在出射狹縫裝置7的前端。其中出射狹縫裝置7上具有一寬度可調(diào) 的狹縫71，使用時可以通過調(diào)節(jié)靶材2電源功率以及狹縫71寬度，進而調(diào)節(jié)材料的沉積速 率。而遮板8可以通過調(diào)節(jié)斜面傾角大小的不同