[發明專利]一種熱蒸發物理氣相沉積系統及其使用方法

在審

• 申請號: 202010128343.1
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111206227A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 劉勝;張磊;東芳;周振;孫成亮;吳國強
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C23C14/24
• 分類號: C23C14/24;C23C14/54;C23C14/50
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡琦旖

本發明屬于薄膜生長技術領域，公開了一種熱蒸發物理氣相沉積系統及其使用方法，系統包括：真空組件、在線監測組件；真空組件包括真空鍍膜腔，真空鍍膜腔中設置有坩堝；在線監測組件包括質譜儀、納米壓痕儀；質譜儀用于對蒸發的氣體成分進行實時監測；納米壓痕儀用于對鍍膜與襯底之間的粘合強度進行實時監測。本發明具有多維度質量檢測功能，可以顯著提高PVD中生長樣品的良品率，節約成本。

技術領域

本發明涉及薄膜生長技術領域，尤其涉及一種熱蒸發物理氣相沉積系統及其使用方法。

背景技術

物理氣相沉積(PVD)的常用方法之一是熱蒸發，這是一種真快薄膜沉積形式，可用于將純材料涂層涂覆到各種物體的表面。涂層，也稱為薄膜，通常在埃米至微米的厚度范圍內，可以是單一材料，也可以是分層結構中的多種材料。

用熱蒸發技術蒸發的材料可以是純原子元素，包括金屬和非金屬，或者可以是諸如氧化物和氮化物的分子。待涂覆的物體被稱為襯底，可以是各種各樣的物質中的任何一種，可以應用于微電子器件、半導體晶片、電池和燃料電池電極的制造，擴散阻擋層，光學和導電涂層以及表面改性等。

熱蒸發加熱高真空腔內的固體材料，使其達到蒸發的溫度，在真空腔內，即使相對低的蒸氣壓也足以在腔室內產生蒸汽云。這種蒸發的材料現在構成蒸汽流，其穿過腔室并撞擊基板，作為涂層或薄膜粘附在其上。

因為在大多數熱蒸發過程中，材料被加熱到其熔點并且熔化成液體，所以它通常位于腔室的底部，通常位于某種直立的坩堝中。然后蒸汽在該底部源上方上升，并且基板在腔室頂部的適當固定裝置中保持倒置。因此，待涂覆的表面朝向加熱的源材料向下以接收它們的涂層。但是，由于熱蒸發的溫度比較高，所以會導致坩堝材料也常常會被蒸發成為蒸汽云，最終污染沉積的薄膜，這一直是困擾熱蒸發PVD的一個過程。

目前國際市場上的設備只針對溫度、膜厚、翹曲、應力這些參數的測量，其他的在線監測技術在生產設備上的使用還未見報導。

發明內容

本申請實施例通過提供一種熱蒸發物理氣相沉積系統及其使用方法，解決了現有技術中物理氣相沉積鍍膜設備不具備多維度質量在線檢測功能的問題。

本申請實施例提供一種熱蒸發物理氣相沉積系統，包括：真空組件、在線監測組件；

所述真空組件包括真空鍍膜腔，所述真空鍍膜腔中設置有坩堝；

所述在線監測組件包括質譜儀、納米壓痕儀；

所述質譜儀位于所述真空鍍膜腔的外側，并與所述真空鍍膜腔聯結，所述質譜儀用于對蒸發的氣體成分進行實時監測；

所述納米壓痕儀位于所述真空鍍膜腔的外側，并與所述真空鍍膜腔聯結，所述納米壓痕儀用于對鍍膜與襯底之間的粘合強度進行實時監測。

優選的，所述在線監測組件還包括：X射線衍射儀；

所述X射線衍射儀與所述真空鍍膜腔聯結，所述X射線衍射儀用于對襯底的晶向、應力進行實時監測。

優選的，所述在線監測組件還包括：CCD相機；

所述CCD相機位于所述真空鍍膜腔的外側，并分別與所述真空鍍膜腔、服務器聯結，所述CCD相機用于對襯底、薄膜的翹曲進行實時監測。

優選的，所述坩堝采用金屬錸或鎢銅合金材料制作而成。

優選的，所述坩堝為表面鍍有金屬錸涂層或鎢銅合金涂層的坩堝。

優選的，所述真空組件還包括：真空泵、真空閥、加熱器、基片支撐臺、旋轉驅動電機；

所述真空閥安裝在所述真空泵與所述真空鍍膜腔之間；

所述加熱器用于對所述坩堝進行加熱；