高通量組合材料芯片前驅體沉積設備及其沉積方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及組合材料忍片技術領域，特別設及一種高通量組合材料忍片前驅體沉 積設備，本發明還設及一種高通量組合材料忍片前驅體沉積方法。
【背景技術】
[0002] 材料是現代工業的基礎，隨著科學技術的發展，近年來新材料的研發速度逐漸不 能滿足當代工業發展對新材料的迫切需求。自上世紀90年代W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忍片和大規模集成電路發展的啟發，發展了高通量組合材 料忍片技術。高通量組合材料忍片技術的實質是在一炔基片上集成生長和表征多達IO8個 不同組分的材料樣品，該技術改變了傳統材料試驗"試錯"的方法，極大的加快新材料的研 發進程。項曉東等人開發的第一代高通量組合材料忍片制備設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W在真空中完成材料沉積和原位熱處理過程，結合 分立掩模板可W在1英寸基片上最多沉積2"個不同組分的樣品。該設備極大的提高了材 料樣品制備的通量，項曉東等人使用該設備進行了超導材料、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良性能的新材料。 陽00引在授權公告號為CN104404468A(申請號為201410734080. 3)的中國發明專利申請 《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、儲祀腔、換祀腔、原位熱處理腔、樣品過渡腔，可實現真空下從祀材更換、 材料沉積到樣品熱處理全過程的組合材料忍片制備，避免了樣品暴露于大氣環境下造成樣 品的污染。該裝置采用離子束瓣射方法完成組合材料忍片前驅體沉積，離子源雖然操作較 為簡單、所制備的樣品重復性較好、適合用于高品質薄膜的制備，但設備本身維護較為復 雜，價格昂貴，市場接受程度較低。例如，離子束瓣射鍛膜只能同時完成一種祀材的瓣射，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祀材，操作復雜，實驗消耗時間 長，使用效率低。同時，離子束瓣射鍛膜的實現完全依賴于離子源的穩定工作，通常設備工 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，限制了設備的使 用領域和接受范圍。另外，該高通量組合材料制備裝置進行組合材料忍片制備過程中，材料 擴散是采取多層膜低溫擴散的方法，考慮到設備實際使用情況，對于氮化物等熱力學窗口 較小的材料，該過程較難進行，限制了該設備的適用材料類型。
[0004] 相比離子束瓣射技術，磁控瓣射鍛膜設備維護更為簡單、發展更為成熟，雖然經過 長時間使用，所制備薄膜的均勻性會受到祀材刻蝕區影響，但可W通過調節磁場分布、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，磁控瓣射技術就被用于高通 量樣品的制備，但過去都是采取多祀磁控共瓣射的方式，該方法并不能準確控制每種原料 在基片上的分布規律，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律，在降低了高通量實驗效率的同時，并不能實現完整 多元材料空間的覆蓋。

【發明內容】

[0005] 本發明所要解決的第一個技術問題是針對上述現有技術提供一種結構簡單，應用 范圍廣，并且不需要進行額外的祀材更換操作，就能實現多種原料按照不同組分分布規律 進行制備的高通量組合材料忍片前驅體沉積設備。
[0006] 本發明所要解決的第二個技術問題是針對上述現有技術提供一種不需要進行額 外的祀材更換操作即能實現不同組分材料多種規律分布的沉積制備，同時能夠實現多種原 料均勻混合的高通量組合材料忍片前驅體沉積方法。
[0007] 本發明解決上述第一個技術問題所采用的技術方案為：一種高通量組合材料忍片 前驅體沉積設備，其特征在于包括：
[0008] 祀材架，所述祀材架的正面上具有多個能夠安裝祀材的安裝位；
[0009] 祀材，包括至少一個，安裝在所述祀材架的安裝位上；
[0010] 永磁體組，設置在所述祀材架內，所述永磁體組內具有多個永磁體，多個所述永磁 體對應于所述安裝位安裝在所述祀材的背面，W調整祀材上的刻蝕區長度和刻蝕區形狀；
[0011] 基片，與所述祀材相對設置，用于沉積材料；
[0012] 掩模，能覆蓋在所述基片上；
[0013] 放置臺，用于放置基片；
[0014] 驅動裝置，用于驅動所述放置臺進行轉動和移動。
[0015] 方便地，高通量組合材料忍片前驅體沉積設備還包括用于驅動和更換所述掩模的 掩模更換裝置。
[0016] 為了調節祀材的瓣射效果，高通量組合材料忍片前驅體沉積設備還包括用于隔離 祀材的隔離板和用于調節材料沉積速度的調節機構；所述隔離板連接在所述祀材架上并設 置在兩個相鄰的安裝位之間。
[0017] 可選擇地，所述調節機構包括能夠調節材料沉積速率的出射狹縫裝置和/或能夠 調節材料沉積范圍的遮板；
[0018] 所述狹縫裝置覆蓋設置在所述祀材的正面上，所述狹縫裝置上具有一寬度可調的 狹縫；
[0019] 所述遮板設置在所述祀材正面的一側。
[0020] 優選地，所述驅動裝置包括用于驅動所述放置臺旋轉的旋轉機構W及用于帶動放 置臺和旋轉機構進行二維平面移動的傳動機構；
[0021] 所述旋轉機構設置在所述放置臺下方，所述傳動機構設置所述旋轉機構下方。
[0022] 優選地，所述祀材架上的多個安裝位呈陣列分布。
[0023] 本發明所要解決的第二個技術問題是針對上述現有技術提供一種高通量組合材 料忍片前驅體沉積方法，其特征在于包括W下步驟：
[0024] 步驟一、根據需要，將作為沉積原料的至少一種單質祀材安裝在祀材架上設定的 安裝位上，將基片放置在放置臺上；
[00巧]步驟二、打開祀材瓣射電源，將祀材調節至正常啟輝狀態；
[00%]步驟=、按照不同組分材料的分布要求，將所需掩模按照要求覆蓋在基片的上方； 然后利用驅動裝置驅動放置臺運動，從而帶動基片依次移動經過各個祀材的下方，利用磁 控瓣射的制備工藝完成基片上不同組分材料的分布沉積；
[0027] 步驟四、然后使用驅動裝置驅動基片至初始位置，并根據需要調整掩模在基片上 方的位置；
[0028] 步驟五、返回步驟=，直至基片上各種材料的沉積薄膜總厚度達到設定厚度，從而 形成高通量組合材料忍片前驅體。
[0029] 與現有技術相比，本發明的優點在于：本發明中高通量組合材料忍片前驅體沉積 設備，能夠通過祀材架上設置多個祀材，從而利用磁控瓣射鍛膜技術即能實現不同組分材 料的梯度沉積、順序沉積等不同的沉積方式，進而簡化了高通量組合材料忍片制備設備的 結構，也拓寬了該高通量組合材料忍片制備設備的應用范圍，同時對組合材料忍片前驅體 沉積裝置的維修更加方便。
[0030] 本發明中的高通量組合材料忍片前驅體沉積方法，利用多個祀材循環進行磁控瓣 射鍛膜過程制備組合材料忍片前驅體，使得整個制備過程所需的功耗小，對祀材的消耗量 也大大減小，提高了工藝的可重復性。同時能夠控制單層材料沉積厚度在原子尺度下，方便 實現多種材料原子尺度下均勻混合，可W完成組合材料忍片制備過程中的非晶態混合物的 實現，拓寬了組合材料忍片的使用范圍。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發明實施例中高通量組合材料忍片前驅體沉積設備結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032] W下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0033] 如圖1所示，本實施例中的高通量組合材料忍片前驅體沉積設備，包括祀材架1、 祀材2、永磁體組11、基片3、掩模4、放置臺5、驅動裝置、掩模更換裝置41、隔離板6、調節機 構。
[0034] 祀材架1上具有多個能夠安裝祀材2的安裝位，該多個安裝位呈陣列分布在祀材 架1的正面。使用時，根據沉積材料的需要，可W使用多種單質祀材，根據需要將運些單質 祀材分別安裝在祀材架1的特定的安裝位上。與現有通用的磁控瓣射裝置類似，祀材架1 內設置有永磁體組11，該永磁體組11內具有多個永磁體，該多個永磁體分別對應于安裝位 排列設置在祀材架2的背面，用于控制在祀材1上形成與基片3移動方向相垂直的方向上 的均勻刻蝕區長度。刻蝕區長度根據組合材料忍片大小的不同可W通過調節永磁體分布規 律和祀材2的大小來改變。本實施例中，可W通過調節永磁體組11內各個永磁體的分布規 律和祀材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。
[0035] 放置臺5上可W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 與祀材2相對設置。使用時，掩模4可W根據需要使用移動掩模或者分立掩模。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W根據需要進行掩模4的更換。基于多 種不同掩膜4的更換要求設置掩模更換裝置41，該掩模更換裝置41可W設置在放置臺18 上或者其他位置。如可W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根據要求覆蓋在基片3的上方。
[0036] 為了方便實現基片3自轉和移動，驅動裝置包括用于驅動放置臺5旋轉的旋轉機 構91W及用于帶動放置臺5和旋轉機構91進行二維平面移動的傳動機構92。旋轉機構 91設置在放置臺5下方，傳動機構92設置旋轉機構91下方。在工作時，旋轉機構91帶動 放置臺5進行旋轉，進而在放置臺5的帶動下，實現基片3的自轉。傳動機構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，進而實現基片3在二維平面上的移動。
[0037] 隔離板6連接在祀材架1上并設置在兩個相鄰的安裝位之間，使用時，隔離板6可 W避免相鄰祀材2之間的相互影響。
[0038] 根據需要，調節機構可W設置為覆蓋設置在祀材2正面上的出射狹縫裝置7,也可 W設置為