高通量组合材料芯片前驱体沉积设备及其沉积方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及组合材料忍片技术领域，特别设及一种高通量组合材料忍片前驱体沉 积设备，本发明还设及一种高通量组合材料忍片前驱体沉积方法。
【背景技术】
[0002] 材料是现代工业的基础，随着科学技术的发展，近年来新材料的研发速度逐渐不 能满足当代工业发展对新材料的迫切需求。自上世纪90年代W来，美国劳伦斯伯克利国家 实验室的项晓东等人受生物基因忍片和大规模集成电路发展的启发，发展了高通量组合材 料忍片技术。高通量组合材料忍片技术的实质是在一炔基片上集成生长和表征多达IO8个 不同组分的材料样品，该技术改变了传统材料试验"试错"的方法，极大的加快新材料的研 发进程。项晓东等人开发的第一代高通量组合材料忍片制备设备由制备腔和过渡腔组成， 采用离子束或激光作为材料沉积源，可W在真空中完成材料沉积和原位热处理过程，结合 分立掩模板可W在1英寸基片上最多沉积2"个不同组分的样品。该设备极大的提高了材 料样品制备的通量，项晓东等人使用该设备进行了超导材料、相变材料等材料体系的新材 料快速筛选，并筛选出一系列具有优良性能的新材料。 阳00引在授权公告号为CN104404468A(申请号为201410734080. 3)的中国发明专利申请 《一种高通量组合材料制备装置及制备方法》中，公开了一种高通量组合材料制备装置，该 装置包括制备腔、储祀腔、换祀腔、原位热处理腔、样品过渡腔，可实现真空下从祀材更换、 材料沉积到样品热处理全过程的组合材料忍片制备，避免了样品暴露于大气环境下造成样 品的污染。该装置采用离子束瓣射方法完成组合材料忍片前驱体沉积，离子源虽然操作较 为简单、所制备的样品重复性较好、适合用于高品质薄膜的制备，但设备本身维护较为复 杂，价格昂贵，市场接受程度较低。例如，离子束瓣射锻膜只能同时完成一种祀材的瓣射，故 对于多层膜样品制备，完成每层材料的沉积都需要更换新的祀材，操作复杂，实验消耗时间 长，使用效率低。同时，离子束瓣射锻膜的实现完全依赖于离子源的稳定工作，通常设备工 作每10-20小时即需要对离子源进行维护、清洗或更换离子源及其部件，限制了设备的使 用领域和接受范围。另外，该高通量组合材料制备装置进行组合材料忍片制备过程中，材料 扩散是采取多层膜低溫扩散的方法，考虑到设备实际使用情况，对于氮化物等热力学窗口 较小的材料，该过程较难进行，限制了该设备的适用材料类型。
[0004] 相比离子束瓣射技术，磁控瓣射锻膜设备维护更为简单、发展更为成熟，虽然经过 长时间使用，所制备薄膜的均匀性会受到祀材刻蚀区影响，但可W通过调节磁场分布、增加 均厚板、改变沉积方式等方法进行缓解。早在上世纪70年代，磁控瓣射技术就被用于高通 量样品的制备，但过去都是采取多祀磁控共瓣射的方式，该方法并不能准确控制每种原料 在基片上的分布规律，故无法直接完成不同组分材料的线性梯度分布，还需要额外的成分 表征来确定不同成分材料的分布规律，在降低了高通量实验效率的同时，并不能实现完整 多元材料空间的覆盖。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种结构简单，应用 范围广，并且不需要进行额外的祀材更换操作，就能实现多种原料按照不同组分分布规律 进行制备的高通量组合材料忍片前驱体沉积设备。
[0006] 本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种不需要进行额 外的祀材更换操作即能实现不同组分材料多种规律分布的沉积制备，同时能够实现多种原 料均匀混合的高通量组合材料忍片前驱体沉积方法。
[0007] 本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种高通量组合材料忍片 前驱体沉积设备，其特征在于包括：
[0008] 祀材架，所述祀材架的正面上具有多个能够安装祀材的安装位；
[0009] 祀材，包括至少一个，安装在所述祀材架的安装位上；
[0010] 永磁体组，设置在所述祀材架内，所述永磁体组内具有多个永磁体，多个所述永磁 体对应于所述安装位安装在所述祀材的背面，W调整祀材上的刻蚀区长度和刻蚀区形状；
[0011] 基片，与所述祀材相对设置，用于沉积材料；
[0012] 掩模，能覆盖在所述基片上；
[0013] 放置台，用于放置基片；
[0014] 驱动装置，用于驱动所述放置台进行转动和移动。
[0015] 方便地，高通量组合材料忍片前驱体沉积设备还包括用于驱动和更换所述掩模的 掩模更换装置。
[0016] 为了调节祀材的瓣射效果，高通量组合材料忍片前驱体沉积设备还包括用于隔离 祀材的隔离板和用于调节材料沉积速度的调节机构；所述隔离板连接在所述祀材架上并设 置在两个相邻的安装位之间。
[0017] 可选择地，所述调节机构包括能够调节材料沉积速率的出射狭缝装置和/或能够 调节材料沉积范围的遮板；
[0018] 所述狭缝装置覆盖设置在所述祀材的正面上，所述狭缝装置上具有一宽度可调的 狭缝；
[0019] 所述遮板设置在所述祀材正面的一侧。
[0020] 优选地，所述驱动装置包括用于驱动所述放置台旋转的旋转机构W及用于带动放 置台和旋转机构进行二维平面移动的传动机构；
[0021] 所述旋转机构设置在所述放置台下方，所述传动机构设置所述旋转机构下方。
[0022] 优选地，所述祀材架上的多个安装位呈阵列分布。
[0023] 本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种高通量组合材 料忍片前驱体沉积方法，其特征在于包括W下步骤：
[0024] 步骤一、根据需要，将作为沉积原料的至少一种单质祀材安装在祀材架上设定的 安装位上，将基片放置在放置台上；
[00巧]步骤二、打开祀材瓣射电源，将祀材调节至正常启辉状态；
[00%]步骤=、按照不同组分材料的分布要求，将所需掩模按照要求覆盖在基片的上方； 然后利用驱动装置驱动放置台运动，从而带动基片依次移动经过各个祀材的下方，利用磁 控瓣射的制备工艺完成基片上不同组分材料的分布沉积；
[0027] 步骤四、然后使用驱动装置驱动基片至初始位置，并根据需要调整掩模在基片上 方的位置；
[0028] 步骤五、返回步骤=，直至基片上各种材料的沉积薄膜总厚度达到设定厚度，从而 形成高通量组合材料忍片前驱体。
[0029] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中高通量组合材料忍片前驱体沉积 设备，能够通过祀材架上设置多个祀材，从而利用磁控瓣射锻膜技术即能实现不同组分材 料的梯度沉积、顺序沉积等不同的沉积方式，进而简化了高通量组合材料忍片制备设备的 结构，也拓宽了该高通量组合材料忍片制备设备的应用范围，同时对组合材料忍片前驱体 沉积装置的维修更加方便。
[0030] 本发明中的高通量组合材料忍片前驱体沉积方法，利用多个祀材循环进行磁控瓣 射锻膜过程制备组合材料忍片前驱体，使得整个制备过程所需的功耗小，对祀材的消耗量 也大大减小，提高了工艺的可重复性。同时能够控制单层材料沉积厚度在原子尺度下，方便 实现多种材料原子尺度下均匀混合，可W完成组合材料忍片制备过程中的非晶态混合物的 实现，拓宽了组合材料忍片的使用范围。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明实施例中高通量组合材料忍片前驱体沉积设备结构示意图。
【具体实施方式】
[0032] W下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0033] 如图1所示，本实施例中的高通量组合材料忍片前驱体沉积设备，包括祀材架1、 祀材2、永磁体组11、基片3、掩模4、放置台5、驱动装置、掩模更换装置41、隔离板6、调节机 构。
[0034] 祀材架1上具有多个能够安装祀材2的安装位，该多个安装位呈阵列分布在祀材 架1的正面。使用时，根据沉积材料的需要，可W使用多种单质祀材，根据需要将运些单质 祀材分别安装在祀材架1的特定的安装位上。与现有通用的磁控瓣射装置类似，祀材架1 内设置有永磁体组11，该永磁体组11内具有多个永磁体，该多个永磁体分别对应于安装位 排列设置在祀材架2的背面，用于控制在祀材1上形成与基片3移动方向相垂直的方向上 的均匀刻蚀区长度。刻蚀区长度根据组合材料忍片大小的不同可W通过调节永磁体分布规 律和祀材2的大小来改变。本实施例中，可W通过调节永磁体组11内各个永磁体的分布规 律和祀材2的大小保证在与基片12移动方向相垂直方向上，材料沉积速率相同。
[0035] 放置台5上可W放置基片3,掩模4则按照要求覆盖在基片3上。放置后，基片3 与祀材2相对设置。使用时，掩模4可W根据需要使用移动掩模或者分立掩模。使用分立 掩模时，则可在放置台5上放置多种掩模4,从而可W根据需要进行掩模4的更换。基于多 种不同掩膜4的更换要求设置掩模更换装置41，该掩模更换装置41可W设置在放置台18 上或者其他位置。如可W在放置台18上安装一机械手作为掩模更换装置41，通过机械手进 行不同掩模4的更换，进而将掩模4根据要求覆盖在基片3的上方。
[0036] 为了方便实现基片3自转和移动，驱动装置包括用于驱动放置台5旋转的旋转机 构91W及用于带动放置台5和旋转机构91进行二维平面移动的传动机构92。旋转机构 91设置在放置台5下方，传动机构92设置旋转机构91下方。在工作时，旋转机构91带动 放置台5进行旋转，进而在放置台5的带动下，实现基片3的自转。传动机构92则能够带 动放置台5在相互垂直的两个方向上进行移动，进而实现基片3在二维平面上的移动。
[0037] 隔离板6连接在祀材架1上并设置在两个相邻的安装位之间，使用时，隔离板6可 W避免相邻祀材2之间的相互影响。
[0038] 根据需要，调节机构可W设置为覆盖设置在祀材2正面上的出射狭缝装置7,也可 W设置为