(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.12.17
C N 104213074
A (21)申请号 201410414674.6
(22)申请日 2014.08.21
C23C 14/04(2006.01)
地址315040 浙江省宁波市国家高新区梅墟
街道枫香路386号301室
(72)发明人向勇 闫宗楷 张海涛 叶继春
(74)专利代理机构宁波诚源专利事务所有限公
司 33102
代理人
刘凤钦
(54)发明名称
(57)摘要
本发明涉及一种原位掩模转换装置，包括一
两个开孔，开孔内放置有掩模板。掩模板支架旁
动装置上可拆卸连接有与掩模板相匹配的基片，
基片移动驱动装置能够将基片推送入开孔并贴覆
于掩模板上，基片移动驱动装置还能够带动基片
离开所述开孔。该原位掩模转换装置可以应用于
真空腔体内，能够实现了在真空环境下的掩模板
更换，有效避免对样品的污染。此外，还能减少制
备过程中，掩模板造成的阴影效应，保证了薄膜质
量。本发明还涉及一种原位掩模转换装置的使用
方法，可以实现掩模板在制备环境下的自动更换，
节约掩模板更换的时间，提高了制备效率，操作更
加方便。
(51)Int.Cl.
权利要求书2页 说明书5页 附图2页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图2页(10)申请公布号CN 104213074 A
1.一种原位掩模转换装置，其特征在于：包括一可运动的掩模板支架，所述掩模板支架上开设有至少两个开孔(2)，所述开孔(2)内放置有掩模板(3)；
所述掩模板支架旁设置有可活动的基片移动驱动装置，所述基片移动驱动装置上可拆卸连接有与掩模板(3)相匹配的基片(6)，所述基片移动驱动装置能够能将所述基片(6)推送入所述开孔(2)并贴覆于所述掩模板(3)上，所述基片移动驱动装置还能够带动基片(6)离开所述开孔(2)。
2.根据权利要求1所述的原位掩模转换装置，其特征在于：所述基片移动驱动装置包括固定架(4)，所述固定架(4)上连接一能够活动的驱动臂(5)，所述驱动臂(5)上连接一用于固定基片(6)的基片架(7)。
3.根据权利要求2所述的原位掩模转换装置，其特征在于：所述驱动臂(5)为可伸缩机械手或者可升降的机械手，所述可伸缩的机械手或者可升降的机械手为具有一定的平移柔性度的机械手，所述可伸缩机械手或者可升降的机械手由动力源驱动。
4.根据权利要求1所述的原位掩模转换装置，其特征在于：对应于所述掩模板(3)在所述开孔(2)内的放置位置，所述开孔(2)的内壁上、沿开孔(2)周缘设置有凸台(21)，所述掩模板(3)固定设置在所述凸台(21)上。
5.根据权利要求4所述的原位掩模转换装置，其特征在于：对应于所述基片(6)的入口方向的一端，所述开孔(2)呈喇叭口外扩设置，从而形成与所述开孔(2)轴向呈一定角度设置的滑槽(22)；或者对应于所述基片(6)的入口处，所述开孔(2)周缘上连接设置有与所述开孔(2)轴向呈一定角度的导向槽，所述导向槽自与开孔(2)的连接处向外呈喇叭口外扩设置。
6.根据权利要求1所述的原位掩模转换装置，其特征在于：所述掩模板支架为可旋转的盘体(1)、可平移的带状支撑体或者可旋转的盘体(1)与可平移的带状支撑体的结合体。
7.根据权利要求6所述的原位掩模转换装置，其特征在于：所述盘体(1)为圆盘状，所述开孔(2)以盘体(1)圆心为中心均匀周向设置在所述盘体(1)上，依顺时针或者逆时针顺序，先后沉积顺序的掩模板(3)依次放置在各开孔(2)内。
8.一种如权利要求1所述的原位掩模转换装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、将制备所需的至少两个掩模板(3)分别放入对应的掩模板支架上的各个开孔(2)内，并将原位掩模转换装置放入制备环境中；
步骤二、将放置有第一层材料沉积所需掩模板(3)的开孔(2)对准基片移动驱动装置上连接的基片(6)；
步骤三、开启原位掩模转换装置，基片移动驱动装置推动基片(6)进入开孔(2)内，使得基片(6)对准掩模板(3)并将其压紧贴覆在掩模板(3)上；
步骤四、利用掩模板进行基片(6)的第一层材料沉积。
步骤五、第一层材料沉积完毕后，基片移动驱动装置带动基片离开开孔；
步骤六、掩模板支架运动，使得放置有下一层材料沉积所需的掩模板(3)的开孔对准基片移动驱动装置上连接的基片；
步骤七、基片移动驱动装置推动基片(6)进入开孔内，使得基片(6)对准掩模板(3)并将其压紧贴覆在掩模板(3)上；
步骤八、利用掩模板进行基片(6)的材料沉积；
步骤九、该层材料沉积完毕后，基片移动驱动装置带动基片(6)离开开孔；
步骤十、如果基片(6)的所有材料沉积未完成则返回步骤六，如果基片(6)的所有材料沉积完成，则进行步骤十一；
步骤十一、自原位掩模转换装置上取下基片(6)，并将基片(6)取出制备环境。
一种原位掩模转换装置及其使用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及高通量组合材料制备技术领域，具体涉及一种原位掩模转换装置及其使用方法。
背景技术
[0002] 2011年美国和欧盟分别提出了“材料基因组计划”(Materials Genome Initiative,MGI)和“加速冶金学
”(Accelerated Metallurgy，ACCMET)科学计划，中国也在2011年底由中国科学院和中国工程院召开香山科学会议讨论应对策略，2012年启动中国版材料基因组计划重大咨询项目，并在2014年形成战略规划和实施建议。以上所述科学计划均强调了高通量组合材料研究方法在加速材料研发进程中的重要作用，其出发点在于，采用传统顺序迭代式的“试错法”的材料研发耗时费力，新材料从研发到应用周期太长，越来越赶不上快速发展的工业需求。高通量组合材料研究是在一块较小的基片上同时集成生长成千上万乃至上百万种不同组分、结构和性能的材料，并通过自动扫描式或并行式快速表征技术获得材料成分、结构和性能等关键信息，快速构建多元材料相图或材料数据库，从中快速筛选出性能优良的材料或到材料的“组分-结构-性能”关联性，以此提高材料研发的效率。所述在一块较小基片上同时集成生长的不同组分、结构和性能的材料被称为高通量组合材料芯片，可与集成电路芯片或生物基因芯片类比。高通量组合材料芯片的制备过程通常分为“组合”和“成相”两个阶段，其中组合是将不同组成的材料按照一定顺序和组合比例规律进行顺序堆叠，然后通过分别采取低温和高温热处理的方式使材料发生均匀混合和成相的过程，完成组合材料芯片的制备。在高通量组合材料研究过程中，通常采用掩模镀膜法来实现组合材料芯片的制备，根据组合材料芯片样本库的组成方式不同一般可分为分立模板法和连续掩模法。其中，分立模板法是指将2元或4元掩模板置于基片上方，采用磁控溅射、离子束溅射或激光脉冲沉积等薄膜沉积方法沉积薄膜于基片上，按照一定顺序依次旋转和更换掩模板即可在基片上得到多个分立样品。这种方法除了完成材料的制备，用于筛选具备某种特性的材料以外，还特别适合于器件的制备和筛选。该技术最早由Xiao-Dong Xiang等人发表，该方法可以在一块基片上一次制备成百上千个样品。如授权公告
号为CN2140916C(专利号为ZL02113385.6)的中国发明专利《二分旋转全组合材料合成方法》中公开的方法，通过二分旋转操作制备一套总数为N的掩模组，通过N次掩模过程实现N种元素的全组合，最终得到一个单元总数2N的材料样本库。通过对这一样本库的性能测试，可以快速筛选出具备特定性能的新型材料体系。上述方法均需要将基片和掩模板固定在同一底座上，传统上每次更换掩模板都需要将掩模连同基片和底座一同取出真空腔，并暴露于大气中，破坏系统局部真空，易受到氧气等影响，尤其是某些对氧敏感的材料不适合采用这种方法。此外整个操作过程复杂，每次实验都需要消耗较长时间。
[0003] 连续掩模法指的是掩模板通过往复连续移动，采用磁控溅射、离子束溅射或激光脉冲沉积等薄膜沉积方法在基底上形成厚度梯度分布的膜层的一种方法，该方法可广泛应用于各种复杂化合物材料的连续相图研制和掺杂改性研究，结合激光划线等技术，该方法
同样适用于器件的高通量制备和研究。为了克服传统高通量组合薄膜材料和器件制备过程中掩模板更换耗时且易造成样品污染的缺点，Samuel S.Mao在文章“High throughput growth and characterization of thin film materials”中提出采用原位掩模板更换装置，通过旋转堆叠存放的掩模板进行更换，可以有效避免样品和掩模板的污染，也可以有效避免破坏真空环境，提高制备效率，但此装置中掩模板与样品基片间留有较大空隙，易造成阴影效应，影响样品质量。
发明内容
[0004] 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能够在真空环境内实现掩模板更换且能减少阴影效应影响的原位掩模转换装置。
[0005] 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原位掩模转换装置的使用方法，能够在不拆卸基片和掩模板的情况下实现基片的沉积过程。
[0006] 本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种原位掩模转换装置，其特征在于：包括一可运动的掩模板支架，所述掩模板支架上开设有至少两个开孔，所述开孔内放置有掩模板；
[0007] 所述掩模板支架旁设置有可活动的基片移动驱动装置，所述基片移动驱动装置上可拆卸连接有与掩模板相匹配的基片，所述基片移动驱动装置能够能将所述基片推送入所述开孔并贴覆于所述掩模板上，所述基片移动驱动装置还能够带动基片离开所述开孔。[0008] 优选地，所述基片移动驱动装置包括固定架，所述固定架上连接一能够适度平移的柔性驱动臂，所述柔性驱动臂上连接一用于固定基片的基片架。
[0009] 可选择地，所述驱动臂为可伸缩机械手或者可升降的机械手，所述可伸缩的机械手或者可升降的机械手为具有一定的平移柔性度的机械手，所述可伸缩机械手或者可升降的机械手由动力源驱动。
[0010] 为了方便放置掩模板，对应于所述掩模板在所述开孔内的放置位置，所述开孔的内壁上、沿开孔周缘设置有第一凸台，所述掩模固定设置在所述第一凸台上。
[0011] 为了准确放置基片以对准掩模板的放置位置，保证基片沉积的准确性，同时方便基片放置，对应于所述基片的入口方向的一端，所述开孔呈喇叭口外扩设置，从而形成与所述开孔轴向呈一定角度设置的滑槽；或者对应于所述基片的入口处，所述开孔周缘上连接设置有与所述开孔轴向呈一定角度的导向槽，所述导向槽自与开孔的连接处向外呈喇叭口外扩设置。
[0012] 掩模根据不同的设计要求，所述掩模板支架为可旋转的盘体、可平移的带状支撑体或者可旋转的盘体与可平移的带状支撑体的结合体。
[0013] 优选地，所述盘体为圆盘状，所述开孔以盘体圆心为中心均匀周向设置在所述盘体上，依顺时针或者逆时针顺序，先后沉积顺序的掩模板依次放置在各开孔内。
[0014] 本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种原位掩模转换装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0015] 步骤一、将制备所需的多个掩模板分别放入对应的掩模板支架上的各个开孔内，并将原位掩模转换装置放入制备环境中；
[0016] 步骤二、将放置有第一层材料沉积所需掩模板的开孔对准基片移动驱动装置上连
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