一种用于制作高通量薄膜的装置及制作方法

技术领域

本发明涉及气相沉积技术领域，特别涉及一种用于制作高通量薄膜的装置及制作方法。

背景技术

材料高通量实验要求在短时间内完成大量样品的制备与表征，其核心的思想是将传统材料研究中采用的顺序迭代方法改为并行处理，以量变引起材料研究效率的质变。作为“材料基因组技术”三大要素之一，高通量实验扮演着承上启下的关键角色。

高通量组合材料芯片技术是在一块较小的基板上集成生长成千上万乃至上百万种不同组分、结构和性能的材料薄膜，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快速找到材料的“组分-结构-性能”关联性，以此提高材料研发的效率。

制备高通量薄膜，需要耗费大量的人力、物力，如此亟需找到一种方法，可以方便快捷的在同一片基板上制备多个不同条件的薄膜。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种用于制作高通量薄膜的装置，能够方便快速地在基板上沉积大量的薄膜，提高制作高通量薄膜的效率。

本发明还提出一种制作高通量薄膜的方法。

根据本发明第一方面实施例的用于制作高通量薄膜的装置，包括：相对设置的靶材和基板，所述靶材和所述基板的相对面互相平行；

掩膜板，所述掩膜板设置在所述靶材和所述基板之间，所述掩膜板上设有多条镂空的长条孔，所述长条孔互相平行间隔排列；

多条掩膜条，所述掩膜条设置在所述掩膜板和所述基板之间，所述掩膜条位于所述长条孔的下方，并与所述长条孔平行，所述掩膜条上设有通孔，使得所述靶材上的溅射粒子仅通过所述通孔到达所述基板上；

驱动装置，所述驱动装置与所述掩膜条的一端连接，以带动所述掩膜条沿所述长条孔的长度方向移动。

根据本发明实施例的用于制作高通量薄膜的装置，至少具有如下有益效果：靶材用于在基板上沉积薄膜，通过设置掩膜板和掩膜条，并使靶材和基板之间单次存在一个通孔，来控制薄膜在基板上的沉积位置；驱动装置用于带动掩膜条移动，来改变通孔在基板上投影的位置；通过改变沉积参数，便能够沉积不同类型的薄膜，且将该类型的薄膜沉积在基板的指定位置上，以此在基板上沉积大量的不同类型的薄膜，便于进行高通量薄膜实验。

根据本发明的一些实施例，所述驱动装置包括多个电机，每一所述掩膜条对应设有一所述电机，所述电机与所述掩膜条的端部之间通过传动结构连接，带动所述掩膜条移动以改变所述通孔在所述基板上的投影位置。

根据本发明的一些实施例，所述掩膜条与所述基板之间的距离为10～30mm。

根据本发明的一些实施例，所述掩膜条与所述掩膜板之间的距离小于10mm。

根据本发明的一些实施例，所述掩膜板与所述靶材之间的距离为50～150mm。

根据本发明的一些实施例，所述通孔设置在所述掩膜条的中部，所述掩膜条的长度为所述长条孔的长度的2倍。

根据本发明的一些实施例，所述通孔的尺寸为1～50mm。

根据本发明第二方面实施例的制作高通量薄膜的方法，包括上述的用于制作高通量薄膜的装置，并通过如下步骤进行制作薄膜；

步骤S1，根据需要制作薄膜的数量，按照矩形阵列来确定长条孔的数量，在掩膜板上开设所述长条孔，并制作与所述长条孔同等数量的掩膜条；

步骤S2，先将所述掩膜板置于靶材与基板之间，再将所述掩膜条置于所述掩膜板和所述基板之间，确保每一所述掩膜条与所述长条孔位置对应，所述掩膜条的一端与驱动装置传动连接；

步骤S3，控制所述驱动装置使所有的所述掩膜条上的通孔移至所述长条孔的范围外，同时掩膜条遮挡所述长条孔；

步骤S4，控制所述驱动装置，单次移动一条所述掩膜条，使得所述靶材溅射以穿过所述通孔在所述基板上沉积薄膜，通过控制所述通孔在所述基板上的投影位置以形成多个薄膜。

根据本发明实施例的制作高通量薄膜的方法，至少具有如下有益效果：通过设置掩膜板和掩膜条，并使靶材和基板之间单次存在一个通孔，来控制薄膜在基板上的沉积位置；驱动装置用于带动掩膜条移动，来改变通孔在基板上投影的位置；通过改变沉积参数，便能够沉积不同类型的薄膜，且将该类型的薄膜沉积在基板的指定位置上，以此在基板上沉积大量的不同类型的薄膜，便于进行高通量薄膜实验。

根据本发明的一些实施例，在步骤S4中，还包括；

步骤S4.1，所述驱动装置移动一条所述掩膜条，使所述掩膜条上的所述通孔移至所述长条孔的范围内，所述靶材溅射以穿过所述通孔在所述基板上沉积薄膜；

步骤S4.2，继续移动所述掩膜条改变所述通孔在所述基板上的投影位置，所述靶材溅射以沉积第二处薄膜；

步骤S4.3，重复步骤S4.2，直至该所述长条孔对应的所述基板位置上均沉积有薄膜，然后控制所述驱动装置将所述掩膜条复位至步骤S3中的初始位置；

步骤S4.4，所述驱动装置移动下一条所述掩膜条，并重复步骤S4.1～步骤S4.3，直至所述基板上沉积有目标数量的薄膜。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明实施例的用于制作高通量薄膜的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例沉积第一个薄膜的结构示意图；

图3为本发明实施例错位沉积第二个薄膜的结构示意图；

图4为本发明实施例中多个掩膜条的结构示意图；

图5为本发明实施例中基板沉积有多个薄膜的结构示意图。

附图标号：

靶材110、基板120、掩膜板200、长条孔210、掩膜条300、通孔310、驱动装置400、电机410、薄膜500。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1所示，本发明一种实施例的用于制作高通量薄膜的装置，包括相对设置的靶材110和基板120，靶材110和基板120的相对面互相平行；

掩膜板200，掩膜板200设置在靶材110和基板120之间，掩膜板200上设有多条镂空的长条孔210，长条孔210互相平行间隔排列；

多条掩膜条300，掩膜条300设置在掩膜板200和基板120之间，掩膜条300位于长条孔210的下方，并与长条孔210平行，掩膜条300上设有通孔310，使得靶材110上的溅射粒子仅通过通孔310到达基板120上；

驱动装置400，驱动装置400与掩膜条300的一端连接，以带动掩膜条300沿长条孔210的长度方向移动。

靶材110作为溅射源，能够在基板120上沉积薄膜500。掩膜板200设置在靶材110和基板120之间，控制溅射粒子仅通过掩膜板200上的长条孔210到达基板120上；掩膜板200与基板120上再设置掩膜条300，且掩膜条300上设有通孔310，靶材110的溅射粒子进一步被限制仅能穿过通孔310达到基板120，因此只需要移动掩膜条300，调整通孔310在基板120上的投影位置，就能控制薄膜500的沉积位置。驱动装置400与掩膜条300的一端连接，以带动掩膜条300沿长条孔210的长度方向移动，控制通孔310在基板120上的投影位置。

参照图2所示，例如驱动装置400控制掩膜条300移动，使通孔310在基板120上的投影位置处于A点，此时靶材110在A点处沉积第一处薄膜500；参照图3所示，然后掩膜条300继续移动，通孔310在基板120上的投影位置处于B点，此时改变沉积参数，靶材110便能够在B点处沉积第二处不同条件的薄膜500。

参照图4所示，可以理解的是，驱动装置400包括多个电机410，每一掩膜条300对应设有一电机410，电机410与掩膜条300的端部之间通过传动结构连接，带动掩膜条300移动以改变通孔310在基板120上的投影位置。

采用电机410更利于单独控制一条掩膜条300的移动，单次在一个长条孔210下方进行多次沉积，获得多个不同条件的薄膜500，然后在下一个长条孔210下方进行多次沉积，参照图5所示，最终在基板120上制作出高通量薄膜500。

可以理解的是，掩膜条300与基板120之间的距离为10～30mm。

掩膜条300与基板120之间的距离更为靠近，在基板120上沉积的薄膜500尺寸更为接近掩膜条300上通孔310的尺寸。这是由于靶材110溅射的粒子并不是平行射出的，当掩膜条300远离基板120时，即掩膜条300更为接近靶材110，此时靶材110的溅射粒子更像点光源成像，在基板120上沉积的薄膜500尺寸比通孔310的尺寸更大，且薄膜500边缘处质量不佳，还会与下一处薄膜500叠合，造成影响。因此掩膜条300与基板120之间的距离不宜超过30mm。当掩膜条300与基板120之间的距离小于10mm时，驱动装置400带动掩膜条300移动易于剐蹭基板120，故掩膜条300与基板120之间的距离宜大于10mm。

可以理解的是，掩膜条300与掩膜板200之间的距离小于10mm。

掩膜条300与掩膜板200之间的距离若大于10mm，靶材110溅射粒子易于从掩膜条300与掩膜板200之间的间隙穿过到达基板120上，产生不需要的沉积薄膜500，严重时会影响到已经沉积好的薄膜500。

可以理解的是，掩膜板200与靶材110之间的距离为50～150mm。

若掩膜板200与靶材110之间的距离小于50mm时，靶材110溅射在基板120上沉积薄膜500不均匀；若掩膜板200与靶材110之间的距离大于150mm时，沉积薄膜500的速度会降低。

可以理解的是，通孔310设置在掩膜条300的中部，掩膜条300的长度为长条孔210的长度的2倍。

通孔310位于长条孔210一端时，由于掩膜条300的长度为长条孔210的2倍，且通孔310设置在掩膜条300的中部，那么除去通孔310所在位置，长条孔210的其余部位均被掩膜条300遮挡，使得仅通孔310在基板120上的投影位置能够沉积薄膜500。当通孔310从长条孔210的一端朝向另一端移动时，通孔310两侧的掩膜条300主体均能遮挡长条孔210。

可以理解的是，通孔310的尺寸为1～50mm。

通孔310的尺寸决定基板120上沉积的单个薄膜500尺寸大小，若通孔310的尺寸小于1mm，虽然基板120上沉积的薄膜500总数能够增多，但是后续的实验操作会变得不方便，过小的薄膜500不利于进行测试；若通孔310的尺寸大于50mm，沉积的薄膜500尺寸增大，同样大小的基板120可承载的薄膜500总量就会降低，效益也跟着减小了。

参照图2和图3所示，本发明一种实施例的制作高通量薄膜的方法，包括上述的用于制作高通量薄膜的装置，并通过如下步骤进行制作薄膜；

步骤S1，根据需要制作薄膜的数量，按照矩形阵列来确定长条孔210的数量，在掩膜板200上开设长条孔210，并制作与长条孔210同等数量的掩膜条300；

步骤S2，先将掩膜板200置于靶材110与基板120之间，再将掩膜条300置于掩膜板200和基板120之间，确保每一掩膜条300与长条孔210位置对应，掩膜条300的一端与驱动装置400传动连接；

步骤S3，控制驱动装置400使所有的掩膜条300上的通孔310移至长条孔210的范围外，同时掩膜条300遮挡长条孔210；

步骤S4，控制驱动装置400，单次移动一条掩膜条300，使得靶材110溅射以穿过通孔310在基板120上沉积薄膜，通过控制通孔310在基板120上的投影位置以形成多个薄膜。

首先确定要沉积薄膜500的总数量，例如需要a×n个薄膜500，则在掩膜板200上开设有n条(可以理解的是，也能够开设a条)长条孔210。开始沉积薄膜500，驱动装置400移动一条掩膜条300，使通孔310处于长条孔210的范围内，即靶材110溅射时能同时穿过长条孔210和通孔310到达基板120上，沉积第一个薄膜500。然后继续移动掩膜条300，改变通孔310在基板120上的投影位置，即沉积第二个薄膜500时，其位置与第一个薄膜500位置错开。如此重复移动掩膜条300以及沉积薄膜500，直至该长条孔210的范围下方基板120上沉积有a个薄膜500。再切换至下一长条孔210重复进行沉积作业，最终在基板120上沉积获得a×n个薄膜500。

可以理解的是，在步骤S4中，还包括；

步骤S4.1，驱动装置400移动一条掩膜条300，使掩膜条300上的通孔310移至长条孔210的范围内，靶材110溅射以穿过通孔310在基板120上沉积薄膜；

步骤S4.2，继续移动掩膜条300改变通孔310在基板120上的投影位置，靶材110溅射以沉积第二处薄膜；

步骤S4.3，重复步骤S4.2，直至该长条孔210对应的基板120位置上均沉积有薄膜，然后控制驱动装置400将掩膜条300复位至步骤S3中的初始位置；

步骤S4.4，驱动装置400移动下一条掩膜条300，并重复步骤S4.1～步骤S4.3，直至基板120上沉积有目标数量的薄膜。

驱动装置400一次仅移动一条掩膜条300，在其对应的长条孔210下方进行沉积薄膜500，其余长条孔210均被掩膜条300遮挡，控制基板120上单次沉积单个薄膜500。每沉积一个薄膜500后，可以改变沉积参数，在沉积下一处薄膜500时，就能获得不同条件的薄膜500，制作高通量薄膜500的效率极大的提高。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。