用于薄膜沉積設(shè)備系統(tǒng)的樣品傳遞和掩膜裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高真空和超高真空設(shè)備系統(tǒng)的配置，具體涉及了一種用于薄膜沉積設(shè)備系統(tǒng)的樣品傳遞和掩膜裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]受摩爾定律驅(qū)動(dòng)，半導(dǎo)體微電子器件尺寸以指數(shù)量級(jí)迅速向納米尺度縮減。高真空和超高真空薄膜沉積制備成為現(xiàn)代半導(dǎo)體微電子與超微集成電路技術(shù)的必備手段。為實(shí)現(xiàn)在高真空和超高真空中的連續(xù)作業(yè)，避免薄膜沉積過程受到污染，以及提高工作效率，通常使用樣品傳遞系統(tǒng)從大氣氛圍向高真空和超高真空腔室逐級(jí)傳遞樣品。
[0003]高通量組合半導(dǎo)體材料芯片合成技術(shù)，通過在固態(tài)原子或離子在極短的擴(kuò)散尺度進(jìn)行薄膜沉積，同時(shí)配合分立的掩模板面陣陣列轉(zhuǎn)換，或者連續(xù)勻速的掩模板運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高通量組合新材料芯片制備，以指數(shù)量級(jí)加快新材料的發(fā)現(xiàn)與篩選速度，是加速高新材料合成與篩選，以及優(yōu)化合成工藝和確定合成路線的必要手段。一方面，由于掩模板具有一定厚度，使用多級(jí)掩模板進(jìn)行逐層沉積時(shí)，如果發(fā)生各級(jí)掩模板陣列圖形錯(cuò)位，加上在陣列圖形邊緣的遮蔽效應(yīng)，將造成膜層覆蓋缺失，或者不均勻，導(dǎo)致不能形成所需的材料數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，必須保證多級(jí)掩膜板相對(duì)于原位樣品臺(tái)的相對(duì)位置的完全一致。當(dāng)樣品面積較小，而掩模板點(diǎn)陣數(shù)目大(大容量數(shù)據(jù)庫(kù))，點(diǎn)陣單元面積在亞毫米級(jí)時(shí)，對(duì)多級(jí)掩膜板相對(duì)于原位樣品臺(tái)的位置校準(zhǔn)變得極為關(guān)鍵。另一方面，必須保證掩膜板轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)時(shí)，與薄膜之間留有恰當(dāng)間隙，避免摩擦破壞已經(jīng)沉積的薄膜表面。對(duì)于連續(xù)梯度型數(shù)據(jù)庫(kù)制備，必須控制掩模板相對(duì)于原位樣品臺(tái)的移動(dòng)速率與精度，以保證形成厚度連續(xù)變化的楔形薄膜。
[0004]此外，在微納電子器件制備和微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)制備過程，通常需要按照設(shè)計(jì)版圖使用掩膜板進(jìn)行固定圖案沉積，或者進(jìn)行原位金屬電極沉積，也需要在高真空或超高真空系統(tǒng)中使用方便靈活的樣品傳遞和掩膜裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問題，我們提出了一種用于薄膜沉積設(shè)備系統(tǒng)的樣品傳遞和掩膜裝置，其目的:樣品的裝載與卸載不需要中斷設(shè)備系統(tǒng)的高真空或超高真空狀態(tài)；樣品固定方便可靠，不會(huì)在工藝過程中由于樣品臺(tái)的原位旋轉(zhuǎn)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)而脫落，并且不受工藝過程，如原位高溫退火時(shí)的熱輻射影響；掩膜板的位置可以相對(duì)于樣品臺(tái)位置進(jìn)行精確調(diào)整，可以精確控制掩模板與樣品(夾具)之間間距為分離或貼合狀態(tài)；掩模板可以相對(duì)于樣品臺(tái)做定位位移，也可以做連續(xù)位移；掩膜板及其運(yùn)動(dòng)控制不受高溫工藝影響。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種用于薄膜沉積設(shè)備系統(tǒng)的樣品傳遞和掩膜裝置，包括掩膜板傳遞裝置、掩膜板、可拆卸樣品托、擋板、冷卻水管、樣品傳遞桿和與掩膜板相應(yīng)的固定插板，固定插板通過第一支持桿設(shè)置在樣品臺(tái)的轉(zhuǎn)軸上，所述的掩膜板通過支架滑動(dòng)安插在掩膜板傳遞裝置中；
[0008]冷卻水管設(shè)置在擋板的兩側(cè)和頂端，冷卻水管的兩端均設(shè)有不銹鋼軟管，不銹鋼軟管的末端與真空法蘭流體饋穿導(dǎo)件相連通，冷卻水管通過不銹鋼軟管和真空法蘭流體饋穿導(dǎo)件與沉積室外部冷卻循環(huán)水路形成閉路連接；
[0009]擋板設(shè)置在沉積室內(nèi)；
[0010]樣品傳遞桿設(shè)置在掩膜板的一側(cè)，樣品傳遞桿的進(jìn)樣端設(shè)有與可拆卸樣品托相應(yīng)的轉(zhuǎn)換接頭。
[0011]優(yōu)選的，樣品傳遞桿上設(shè)有直線推送裝置和原位旋轉(zhuǎn)裝置，且安裝于高真空的進(jìn)樣室里，在不中斷主沉積腔室高真空或超高真空狀態(tài)下，通過進(jìn)樣室從大氣向高真空或超尚真空傳遞樣品。
[0012]優(yōu)選的，轉(zhuǎn)換接頭的一端設(shè)有雙柱插頭，雙柱插頭之間設(shè)有第一旋轉(zhuǎn)鎖頭，轉(zhuǎn)換接頭的另一端設(shè)有與樣品傳遞桿相連接的固定接頭。
[0013]優(yōu)選的，所述的冷卻水管通過與掩膜板移動(dòng)相應(yīng)移動(dòng)的第二支持桿的一端固定在擋板上，第二支持桿的另一端設(shè)有傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)裝置與外部的傳動(dòng)控制裝置相連接。
[0014]優(yōu)選的，掩膜板的厚度< 0.2_，掩模板上可以是面陣陣列圖形，或者其他固定設(shè)計(jì)圖形和圖案組合，也可以是用于連續(xù)梯度薄膜沉積的實(shí)心掩膜板。
[0015]為了使可拆卸樣品托能固定在固定插板上，固定插板的內(nèi)側(cè)設(shè)有第二固定鎖定槽孔，第二固定鎖定槽孔內(nèi)設(shè)有螺紋固定孔；可拆卸樣品托的中部安插有與螺紋固定孔相應(yīng)的螺紋絲桿，螺紋絲桿的一端設(shè)有與第二固定鎖定槽孔相應(yīng)的第二旋轉(zhuǎn)鎖頭。
[0016]為了螺紋絲桿具有足夠的動(dòng)力安插在螺紋固定孔中，螺紋絲桿的另一端設(shè)有與第一旋轉(zhuǎn)鎖頭相應(yīng)的可旋轉(zhuǎn)第一鎖定槽孔。
[0017]為了將固定樣品(襯底)，還包括夾具，夾具由平頭螺釘和厚度< 0.2mm的夾片組成，夾片通過平頭螺釘固定在可拆卸樣品托的螺紋孔中。
[0018]為了防止可拆卸樣品托在移動(dòng)中脫離轉(zhuǎn)換接頭，可拆卸樣品托朝向樣品傳遞桿的側(cè)部設(shè)有與雙柱插頭相應(yīng)的雙孔插孔。
[0019]優(yōu)選的，擋板上設(shè)有與可拆卸樣品托尺寸相應(yīng)的蒸發(fā)窗孔。
[0020]為了精確控制擋板的移動(dòng)，傳動(dòng)控制裝置或?yàn)槭謩?dòng)微調(diào)金屬波紋管，或?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0021]為了精確控制掩膜板的移動(dòng)，掩膜板傳遞裝置為二維直線傳動(dòng)控制裝置，分別使用步進(jìn)電機(jī)在兩個(gè)相互垂直的方向上控制掩膜板進(jìn)行移動(dòng)。
[0022]通過上述技術(shù)方案，該裝置與薄膜沉積設(shè)備形成一個(gè)整體，處于完全密封的狀態(tài)，樣品的裝載與卸載不需要中斷設(shè)備系統(tǒng)的高真空或超高真空狀態(tài)；樣品固定方便可靠，不會(huì)在工藝過程中由于樣品臺(tái)的原位旋轉(zhuǎn)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)而脫落，并且不受工藝過程，如原位高溫退火時(shí)的熱輻射影響；掩膜板的位置可以相對(duì)于樣品臺(tái)位置進(jìn)行精確調(diào)整，可以精確控制掩模板與樣品(夾具)之間間距為分離或貼合狀態(tài)；掩模板可以相對(duì)于樣品臺(tái)做定位位移，也可以做連續(xù)位移；掩膜板及其運(yùn)動(dòng)控制不受高溫工藝影響。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明所公開的一種用于薄膜沉積設(shè)備系統(tǒng)的樣品傳遞和掩膜裝置在掩膜板的軸線與可拆卸樣品托的軸線相垂直時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明所公開的一種用于薄膜沉積設(shè)備系統(tǒng)的樣品傳遞和掩膜裝置在掩膜板的軸線與可拆卸樣品托的軸線相垂直時(shí)的傳動(dòng)部分的局部放大圖；
[0026]圖3為本發(fā)明所公開的一種用于薄膜沉積設(shè)備系統(tǒng)的樣品傳遞和掩膜裝置在掩膜板的軸線與可拆卸樣品托的軸線相垂直時(shí)的仰視示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明所公開的一種用于薄膜沉積設(shè)備系統(tǒng)的樣品傳遞和掩膜裝置在掩膜板的軸線與可拆卸樣品托的軸線相平行時(shí)的分解結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖中數(shù)字和字母所表示的相應(yīng)部件名稱:
[0029]1.掩膜板傳遞裝置2.掩膜板21.固定插板22.第二固定鎖定槽孔23.第一支持桿3.可拆卸樣品托31.第二旋轉(zhuǎn)鎖頭32.可旋轉(zhuǎn)第一鎖定槽孔4.擋板41.蒸發(fā)窗孔5.冷卻水管51.第二支持桿6.樣品傳遞桿61.轉(zhuǎn)換接頭7.第一旋轉(zhuǎn)鎖頭。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031]下面結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0032]如圖1、圖2和圖4所示，一種用于薄膜沉積設(shè)備系統(tǒng)的樣品傳遞和掩膜裝置，包括掩膜板傳遞裝置1、掩膜板2、可拆卸樣品托3、擋板4、冷卻水管5、樣品傳遞桿6和與掩膜板2相應(yīng)的固定插板21，固定插板21通過第一支持桿23設(shè)置在樣品臺(tái)的轉(zhuǎn)軸上，所述的掩膜板2通過支架滑動(dòng)安插在掩膜板傳遞裝置I中，擋板4設(shè)置在沉積室內(nèi)，樣品傳遞桿6設(shè)置在掩膜板2的一側(cè)，樣品傳遞桿6的進(jìn)樣端設(shè)有與可拆卸樣品托3相應(yīng)的轉(zhuǎn)換接頭61，其中，掩膜板傳遞裝置I為二維直線傳動(dòng)控制裝置，分別使用步進(jìn)電機(jī)在兩個(gè)相互垂直的方向上控制掩膜板2進(jìn)行移動(dòng)，確保了掩膜板2的移動(dòng)足夠精確。
[0033]所述的樣品傳遞桿6上設(shè)有直線推送裝置和原位旋轉(zhuǎn)裝置，使樣品傳遞桿6具有直線推送和原位旋轉(zhuǎn)的能力，且安裝于高真空的進(jìn)樣室里，在不中斷主沉積腔室高真空或超高真空狀態(tài)下，通過進(jìn)樣室從大氣向高真空或超高真空傳遞樣品，樣品傳遞桿