CN105372112A - 一种掩模更换装置及高通量样品制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种掩模更换装置，包括有能够进行转动的掩模转台、驱动转台进行转动的第一驱动装置、放置基片的基片台，驱动基片台进行转动和升降的第二驱动装置，掩模转台与第一驱动装置传动连接，基片台和第二驱动装置传动连接。转台上具有多个放置分立掩模的掩模安装位，掩模安装位内的分立掩模能够随着转台的对应转动至基片台的上方。该掩模更换装置能够方便的更换基片上的分立掩模并能够精确调整分立掩模和基片相对位置。本发明还涉及一种高通量样品的制备方法，包括分立掩模高通量样品制备方法、连续掩模高通量样品制备方法和交叉制备方法。该高通量制备方法能够方便实现各种样品成分分布要求的高通量样品制备。

Description

一种掩模更换装置及高通量样品制备方法

技术领域

本发明涉及高通量组合材料芯片制备技术领域，具体涉及一种掩模更换装置，还涉及一种高通量样品的制备方法。

背景技术

材料高通量实验是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。首先高通量实验可为材料模拟计算提供海量的基础数据，使材料数据库得到充实，同时，高通量实验可为材料模拟计算的结果提供实验验证，使计算模型得到优化、修正，更为重要的是高通量实验可快速地提供有价值的研究成果，直接加速材料的筛选和优化。高通量组合材料芯片技术就是材料高通量实验中发展最成熟的技术之一。

高通量组合材料芯片技术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。高通量组合材料芯片的制备过程通常分为“组合”和“成相”两个步骤，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。

由王海舟等人在《科技导报》2015,33(10)期中公开的论文《材料的高通量制备与表征技术》中，公开了分立模板镀膜法和连续模板镀膜法两种材料高通量组合制备技术，这两种制备方法所采用的模板分别称之为分立掩模和连续掩模，以制备组成方式不同的组合材料芯片样本库。其中，分立模板镀膜法是指将2元或4元分立掩模置于基片上方，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。连续模板镀膜法指的是连续掩模通过往复连续移动，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绘制和掺杂改性研究，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。

然而现有的高通量组合材料制备设备都仅能完成两种镀膜法中的一种，如申请公布号为CN104213074A(申请号为201410414674.6)的中国发明专利申请《一种原位掩模转换装置及其使用方法》，该原位掩模转换装置利用旋转的盘体更换掩模，并利用驱动臂将基片推送至掩模上。该装置基片是通过驱动装置和喇叭口斜面控制对准掩模孔，基片与掩模之间需要在水平和垂直两个方向进行对准，掩模和基片的相对位置容易出现偏差，无法保证相对位置的精确性；同时，基片一旦安装完毕，在基片和掩模的相对位置较为固定，需要调整基片和掩模的相对角度时，基片无法相对于掩模进行精确旋转，该原位掩模转换装置技术难度大，操作复杂，的适用范围有限。

发明内容

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精确控制掩模和基片相对位置，且能灵活调整掩模和基片相对位置的掩模更换装置。

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能够集分立掩模和连续掩模于一体的掩模更换装置。

本发明所要解决的三个技术问题是针对上述现有技术提供一种能够方便实现各种样品成分分布要求的高通量样品制备方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种掩模更换装置，其特征在于：包括有能够进行转动的掩模转台、用于驱动所述掩模转台进行转动的第一驱动装置、用于放置基片的基片台，用于驱动基片台进行转动和升降的第二驱动装置，所述掩模转台与所述第一驱动装置传动连接，所述基片台和所述第二驱动装置传动连接；

所述转台上具有多个用于放置分立掩模的掩模安装位，放置在所述掩模安装位内的分立掩模能够随着掩模转台对应转动至所述基片台的上方。

所述掩模转台上还具有能够供所述基片台通过的连续掩模工作位。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：还包括有连续掩模板和用于驱动连续掩模板线性移动的第三驱动装置，所述连续掩模板传动连接在所述第三驱动装置上，所述连续掩模板能够在第三驱动装置的驱动下对应于基片台的位置在基片台的上方线性移动。

方便地，还包括有一机架，所述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置均设置在所述机架内，所述掩模转台传动连接在第一驱动装置的上端，所述基片台传动连接在第二驱动装置的上端，所述基片台对应于所述连续掩模工作位的位置设置，所述连续掩模板位于所述掩模转台的上方并在第三驱动装置驱动下在连续掩模工作位上方线性水平移动。

为了保证连续掩模板的移动稳定性，所述机架上设置有用于限位所述连续掩模板移动方向的限位装置。

方便地，所述连续掩模板通过传动装置连接在所述第三驱动装置上。

可选择地，所述连续掩模板为掩模或者为能够更换放置不同掩模的掩模台。

本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种高通量样品的制备方法，其特征在于：包括高通量样品的分立掩模制备方法、高通量样品的连续掩模制备方法和交叉制备方法；

所述高通量样品的分立掩模制备方法包括以下步骤：

步骤A1、将基片放置在基片台上，将所有需要的分立掩模安装在掩模转台的掩模安装位上；

步骤A2、根据材料样品的分布要求，转台在第一驱动装置的驱动下转动，进而将当次需要的掩模转动至基片的上方；

步骤A3、第二驱动装置根据需要驱动基片台转动所需角度，以将基片相对于分立掩模的相对水平角度调整至需要的相对位置，然后第二驱动装置驱动基片台向上移动，使得基片紧密贴覆在掩模上；

步骤A4、在基片上进行当次材料的沉积；

步骤A5、第二驱动装置驱动基片台向下移动，使得基片离开掩模；

步骤A6、返回步骤A2，直至按照工艺参数要求完成所有材料在基片上的沉积；

所述高通量样品的连续掩模制备方法包括以下步骤：

步骤B1、将基片放置在基片台上，保证掩模转台上的连续掩模工作位对应于基片台；

步骤B2、第二驱动装置驱动基片台上下移动以将基片与连续掩模板间的垂直间隙调整到要求的距离，同时根据需要第二驱动装置驱动基片台转动所述角度，以将基片相对于连续掩模板的相对水平角度调整至需要的相对位置；

步骤B3、根据当次材料沉积厚度的要求，第三驱动装置驱动所述连续掩模板向基片方向按照所需速度线性移动；

步骤B4、在连续掩模板经过基片上方时，在基片上进行当次材料沉积；

步骤B5、当次材料沉积完成后，第三驱动装置驱动所述掩模板退回到初始位置；

步骤B6、返回步骤B2，直至按照工艺参数要求完成所有材料在基片上的沉积；

交叉制备方法包括以下步骤：

步骤C1、将基片放置在基片台上，将需要安装在掩模转台的掩模安装位上的分立掩模安装在对应的掩模安装位上；

步骤C2、根据材料样品的分布要求，交替使用所述分立掩模制备方法中的步骤A2～步骤A5和所述连续掩模制备方法中的步骤B2～步骤B5，在使用所述连续掩模制备方法中的步骤B2～步骤B5前，使用第一驱动装置驱动掩模转台转动，以使得掩模转台上的连续掩模工作位对应于基片台；

步骤C3：在基片上沉积所需材料，直至按照工艺参数要求完成所有材料在基片上的沉积。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中的掩模更换装置通过驱动装置能够驱动基片台进行垂直方向上的升降和水平方向的转动，基片台进行转动能够带动基片转动以调节基片相对于掩模在水平方向的相对角度位置，再配合掩模转台带动分立掩模转动以进行不同分立掩模的更换，如此使得基片和掩模的配合调节更加灵活，同时加上第二驱动装置对基片台的升降驱动，以实现基片和掩模的紧密贴覆和分离，如此在不需要取下基片的情况下即能完成不同分布要求的高通量样品沉积工作，使得掩模更换装置的适用性更强，且掩模更换和基片与掩模相对位置控制更精确。此外该掩模更换装置还包括有能够在基片台上方线性移动的连续掩模板，如此，该掩模更换装置在进行高通量样品制备的过程中可以同时实现分立模板镀膜法制备高通量样品和连续模板镀膜法制备高通量样品。本发明中的高通量样品的制备方法能够方便满足各种分布要求的高通量组合材料样品库的制备，适用于各种材料和器件的高通量制备与筛选。

附图说明

图1为本发明实施例中掩模更换装置立体图。

图2为本发明实施例中掩模转台的立体图。

图3为本发明实施例中掩模更换装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～图3所示，本实施例中的掩模更换装置，包括机架4、能够进行转动的掩模转台1、用于驱动所述转台1进行转动的第一驱动装置11、用于放置基片的基片台2，用于驱动基片台2进行转动和升降的第二驱动装置21、连续掩模板3和用于驱动连续掩模板3线性移动的第三驱动装置31。第一驱动装置11、第二驱动装置21、第三驱动装置31均设置在机架4内，转台1传动连接在第一驱动装置11的上端，基片台2传动连接在第二驱动装置21的上端，连续掩模板3位于了转台1的上方并通过传动装置33传动连接在第三驱动装置31上，传动装置33能够将第三驱动装置31的驱动力转化为水平方向上的传动力，从而驱动连续掩模板3在基片台2上方线性水平移动。本实施例中的第一驱动装置11、第二驱动装置21、第三驱动装置31均可以根据控制精度采用现有的电机。

其中，转台1上具有多个用于放置分立掩模的掩模安装位12和一个连续掩模工作位13。本实施例中具有五个分立掩模安装位12，五个分立掩模安装位12可以放置不同的分立掩模，这五个掩模安装位12和连续掩模工作位13以转台1的中心为圆心均匀的分布在转台1的周缘。放置在掩模安装位12内的分立掩模则能够随着掩模转台1的转动转至基片台2上放置的基片的上方。而掩模转台1上的连续掩模工作位13在基片台2的升降过程中能够供其通过。第二驱动装置21还能够驱动基片台2上升和下降，从而当基片台2位于最高位时基片台2能够将分立掩模稍稍顶起，以使得基片台2上的基片能够紧密贴在掩模上，当基片台2自最高位下降后则使得基片和分立掩模分开。

为了保证掩模板的移动稳定性，机架4上设置有用于限位所述连续掩模板3移动方向的限位装置32，本实施例中的限位装置32为分布在连续掩模板3两侧的限位凸条，限位凸条沿连续掩模板3的移动方向设置。

根据需要该连续掩模板3为能够直接使用的连续掩模或者为能够更换放置不同掩模的掩模台，当掩模板3为掩模台时，则可以方便更换掩模台上的掩模以满足基片上高通量样品的沉积要求。

本实施例中的高通量样品的制备方法，包括高通量样品的分立掩模制备方法、高通量样品的连续掩模制备方法和交叉制备方法。

其中高通量样品的分立掩模制备方法包括以下步骤：

步骤A1、将基片放置在基片台2上，将所有需要的掩模安装在掩模转台1的掩模安装位12上；

步骤A2、根据材料样品的分布要求，转台1在第一驱动装置11的驱动下转动，进而将当次需要的掩模转动至基片的上方；

步骤A3、在需要时，第二驱动装置21驱动基片台2转动所需角度，以将基片相对于分立掩模的相对水平角度调整至需要的相对位置，基片台2的转动角度根据材料分布要求进行设定，如可以根据要求顺时针旋转90°、逆时针旋转120°或其它任意角度；

然后第二驱动装置21驱动基片台2向上移动，使得基片紧密贴覆在分立掩模上；

步骤A4、按照要求的材料沉积厚度，控制材料沉积的时间，以在基片上完成当次材料的沉积；

步骤A5、第二驱动装置21驱动基片台2向下移动，使得基片离开分立掩模；

步骤A6、返回步骤A2，直至按照工艺参数要求完成所有材料在基片上的沉积。

本实施例中具有五个掩模安装位12，则可以在每个掩模安装位12中均放置不同的分立掩模，五个掩模按照材料的沉积顺序可以按照转台1的顺时针旋转方向或者逆时针旋转方向顺序放置，循环进行步骤A2～步骤A6五次则完成一个小循环，此时转台1上的连续掩模工作位13又转至基片台2的上方，回到初始位置。根据需要进行多次小循环过程直至完成步骤A6。

高通量样品的连续掩模制备方法包括以下步骤：

步骤B1、将基片放置在基片台2上，保证转台1上的连续掩模工作位13对应于基片台2；

步骤B2、第二驱动装置21驱动基片台2上下移动以将基片与连续掩模板3间的垂直间隙调整到要求的距离，同时根据需要第二驱动装置21驱动基片台2转动所述角度，以将基片相对于连续掩模板3的相对水平角度调整至需要的相对位置；

步骤B3、根据当次材料沉积厚度的要求，第三驱动装置31驱动所述连续掩模板3向基片方向按照所需速度线性移动；

步骤B4、在连续掩模板3经过基片上方时，在基片上进行当次材料沉积；

步骤B5、当次材料沉积完成后，第三驱动装置31驱动所述连续掩模板3退回到初始位置；

步骤B6、返回步骤B2，直至按照工艺参数要求完成所有材料在基片上的沉积。

交叉制备方法包括以下步骤：

步骤C1、将基片放置在基片台2上，将需要安装在掩模转台1的掩模安装位12上的掩模安装在对应的掩模安装位12上；

步骤C2、根据材料样品的分布要求，交替使用所述分立掩模制备方法中的步骤A2～步骤A5和所述连续掩模制备方法中的步骤B2～步骤B5，在使用所述连续掩模制备方法中的步骤B2～步骤B5前，使用第一驱动装置11驱动掩模转台1转动，以使得掩模转台1上的连续掩模工作位13对应于基片台2；

步骤C3：在基片上沉积所需材料，直至按照工艺参数要求完成所有材料在基片上的沉积。

Claims (8)

1.一种掩模更换装置，其特征在于：包括有能够进行转动的掩模转台(1)、用于驱动所述掩模转台(1)进行转动的第一驱动装置(11)、用于放置基片的基片台(2)，用于驱动基片台(2)进行转动和升降的第二驱动装置(21)，所述掩模转台(1)与所述第一驱动装置(11)传动连接，所述基片台(2)和所述第二驱动装置(21)传动连接；

所述转台(1)上具有多个用于放置分立掩模的掩模安装位(12)，放置在所述掩模安装位(12)内的分立掩模能够随着掩模转台(1)对应转动至所述基片台(2)的上方。

2.根据权利要求1所述的掩模更换装置，其特征在于：所述掩模转台(1)上具有能够供所述基片台(2)通过的连续掩模工作位(13)。

3.根据权利要求2所述的掩模更换装置，其特征在于：还包括有连续掩模板(3)和用于驱动连续掩模板(3)线性移动的第三驱动装置(31)，所述连续掩模板(3)传动连接在所述第三驱动装置(31)上，所述连续掩模板(3)能够在第三驱动装置(31)的驱动下对应于基片台(2)的位置在基片台(2)的上方线性移动。

4.根据权利要求3所述的掩模更换装置，其特征在于：还包括有一机架(4)，所述第一驱动装置(11)、第二驱动装置(21)、第三驱动装置(31)均设置在所述机架(4)内，所述掩模转台(1)传动连接在第一驱动装置(11)的上端，所述基片台(2)传动连接在第二驱动装置(21)的上端，所述基片台(2)对应于所述连续掩模工作位(13)的位置设置，所述连续掩模板(3)位于了所述掩模转台(1)的上方并在第三驱动装置(31)的驱动下在连续掩模工作位(13)上方线性水平移动。

5.根据权利要求4所述的掩模更换装置，其特征在于：所述机架(4)上设置有用于限位所述连续掩模板(3)移动方向的限位装置(32)。

6.根据权利要求4所述的掩模更换装置，其特征在于：所述连续掩模板(3)通过传动装置(33)连接在所述第三驱动装置(31)上。

7.根据权利要求3～6任一权利要求所述的掩模更换装置，其特征在于：所述连续掩模板(3)为连续掩模或者为能够更换放置不同掩模的掩模台。

8.一种高通量样品的制备方法，其特征在于：包括高通量样品的分立掩模制备方法、高通量样品的连续掩模制备方法和交叉制备方法；

所述高通量样品的分立掩模制备方法包括以下步骤：

步骤A1、将基片放置在基片台(2)上，将所有需要的分立掩模安装在掩模转台(1)的分立掩模安装位(12)上；

步骤A2、根据材料样品的分布要求，掩模转台(1)在第一驱动装置(11)的驱动下转动，进而将当次需要的分立掩模转动至基片的上方；

步骤A3、第二驱动装置(21)根据需要驱动基片台(2)转动所需角度，以将基片相对于分立掩模的相对水平角度调整至需要的相对位置，然后第二驱动装置(21)驱动基片台(2)向上移动，使得基片紧密贴覆在分立掩模上；

步骤A4、在基片上进行当次材料的沉积；

步骤A5、第二驱动装置(21)驱动基片台(2)向下移动，使得基片离开分立掩模；

步骤A6、返回步骤A2，直至按照工艺参数要求完成所有材料在基片上的沉积；

所述高通量样品的连续掩模制备方法包括以下步骤：

步骤B1、将基片放置在基片台(2)上，保证掩模转台(1)上的连续掩模工作位(13)对应于基片台(2)；

步骤B2、第二驱动装置(21)驱动基片台(2)上下移动以将基片与连续掩模板(3)间的垂直间隙调整到要求的距离，同时根据需要第二驱动装置(21)驱动基片台(2)转动所述角度，以将基片相对于连续掩模板(3)的相对水平角度调整至需要的相对位置；

步骤B3、根据当次材料沉积厚度的要求，第三驱动装置(31)驱动所述连续掩模板(3)向基片方向按照所需速度线性移动；

步骤B4、在连续掩模板(3)经过基片上方时，在基片上进行当次材料沉积；

步骤B5、当次材料沉积完成后，第三驱动装置(31)驱动所述连续掩模板(3)退回到初始位置；

步骤B6、返回步骤B2，直至按照工艺参数要求完成所有材料在基片上的沉积；

交叉制备方法包括以下步骤：

步骤C1、将基片放置在基片台(2)上，将需要安装在掩模转台(1)的掩模安装位(12)上的掩模安装在对应的掩模安装位(12)上；

步骤C2、根据材料样品的分布要求，交替使用所述分立掩模制备方法中的步骤A2～步骤A5和所述连续掩模制备方法中的步骤B2～步骤B5，在使用所述连续掩模制备方法中的步骤B2～步骤B5前，使用第一驱动装置(11)驱动掩模转台(1)转动，以使得掩模转台(1)上的连续掩模工作位(13)对应于基片台(2)；

步骤C3：在基片上沉积所需材料，直至按照工艺参数要求完成所有材料在基片上的沉积。