CN105420675A - 一种减少蒸发镀膜设备中衬底或其上的材料受烘烤升温影响的装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减少蒸发镀膜设备中衬底或其上的材料受烘烤升温影响的装置及应用，包括蒸发腔室、蒸发源、样品架，蒸发源、样品架设置在蒸发腔室内，样品架上设有套筒，套筒上下开口，套筒的材质为不透明金属或非金属，套筒的内壁的反射率不大于40％。本发明通过在样品架上设置套筒，将衬底设置在套筒中，减少甚至能阻止蒸发腔室侧壁将蒸发源发出的辐射热反射到衬底上，从而减少衬底升温，防止衬底本身或者其上的材料因不能承受高温烘烤而造成损坏。

Description

一种减少蒸发镀膜设备中衬底或其上的材料受烘烤升温影响的装置及应用

技术领域

本发明涉及一种减少蒸发镀膜设备中衬底或其上的材料受烘烤升温影响的装置及应用，属于蒸发镀膜装置技术领域。

背景技术

蒸发法沉积是目前最常见的薄膜生长方式之一。热蒸发和电子束蒸发作为通用的、低成本薄膜衬底设备，被方泛的应用于工厂企业和科研单位的薄膜沉积工艺中。蒸发法的原理是将蒸发源升温气化产生蒸气，蒸气在样品表面凝结沉积形成薄膜。热蒸发是指使用电阻加热的方式使蒸发源整体受热，而电子束蒸发是指蒸发源被高能电子轰击后升温变热。不论热蒸发还是电子束蒸发，都要求蒸发源至少达到其气化温度。气化温度与蒸发源的种类、饱和蒸气压有关，通常可达数百到数千摄氏度。例如，金的蒸发往往需要达到2000℃。此时，蒸发源作为一个温度非常高的热源，可以在短时间内使样品温度升高。如果样品本身或者其上的材料不能承受这样的高温烘烤，就会造成损坏。图1为蒸发前硅样品上的PMMA掩膜图形，图2是电子束蒸发50nm金后的PMMA掩膜图形。可以看到，图2中的PMMA已经融化变形，原因就是蒸发金时蒸发源的高温烘烤使得PMMA超过了其玻璃化温度(125℃)，出现了软化变形的现象。

中国专利文献CN203754797U公开了一种真空蒸发镀膜装置，包括真空室，所述真空室内设有蒸发源和基片，所述基片的被镀一面在蒸发源之上，其中，所述基片固定在可水平往复运动的金属板上；所述真空室的顶部开设有冷却气氛入口,所述冷却气氛入口的一侧通过调节阀与冷却气体气源相连接，另一侧伸入真空室并设置有导气装置。该实用新型提供的真空蒸发镀膜装置，将基片固定在可水平往复运动的金属板上；通过在真空室的顶部开设冷却气氛入口，采用气体冷却的方式，进一步简化真空室内机械结构并能实时监测基片背后的金属板的温度即基片的表面温度。但是，该专利向真空室内充入气体的方式会降低真空室内真空度，影响蒸发成膜质量；同时这种利用热传导冷却的方法并不能快速有效地降低那些导热性不佳的衬底或者衬底上的材料的温度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种减少蒸发镀膜设备中衬底或其上的材料受烘烤升温影响的装置；

本发明还提供了一种上述装置在蒸发镀膜中的应用；

术语解释

光刻胶，本文中提及的光刻胶是指由树脂型聚合物、溶剂等组成的，具有光、电子敏感化学作用的高分子聚合物材料。包括正型、负型，紫外光刻胶和电子束光刻胶。

本发明的技术方案为：

一种减少蒸发镀膜设备中衬底或其上的材料受烘烤升温影响的装置，包括蒸发腔室、蒸发源、样品架，所述蒸发源、所述样品架设置在所述蒸发腔室内，所述样品架上设有套筒，所述套筒上下开口，所述套筒的材质为不透明的金属或非金属，所述套筒的内壁的反射率不大于40％。

使套筒内壁反射率不大于40％的方法有：套筒使用反射率不大于40％的材质；对所述套筒的内壁经过黑色氧化、喷碳、刷漆方式处理使其反射率不大于40％。

衬底放置在所述样品架上，在蒸发腔室的真空环境中，蒸发源通过热辐射的方式对衬底和其上的材料进行加热，通过观察和研究，我们发现衬底接收到的热辐射中的近一半是由蒸发腔室侧壁将蒸发源发出的热辐射反射到衬底上的。通过在样品架上设置套筒，将衬底设置在套筒中，减少甚至能阻止蒸发腔室侧壁将热辐射反射到衬底上，从而减少衬底处升温，防止衬底本身或者其上的材料因不能承受高温烘烤而损坏。

根据本发明优选的，所述套筒的横截面为圆形、多边形、闭合曲线中的任一种。

根据本发明优选的，所述套筒的材质为铁、铝、铜、镍、锡、铅、锌、不锈钢、钢中任一种或其中几种的合金。

根据本发明优选的，所述套筒的材质为陶瓷、石墨、聚酰亚胺、特氟龙中的任一种。

根据本发明优选的，所述蒸发源设置在所述蒸发腔室内的下部，衬底设置在与所述蒸发源位置相对的所述蒸发腔室内的上部，所述套筒的高度x满足：d为所述套筒横截面上距离最大的两个点之间的距离，h为所述蒸发源到所述衬底的距离，l为所述蒸发源到所述蒸发腔室内壁的最短距离。

根据本发明优选的，所述材料是指光刻胶、有机半导体、低熔点无机物、低沸点无机物中的任一种，所述低熔点或低沸点是指熔点或沸点低于200℃。

一种上述装置在蒸发镀膜中的应用，具体步骤包括：

(1)将衬底固定在所述蒸发腔室内上部样品架上，所述衬底的固定位置与所述蒸发源的位置相对；

(2)将所述套筒套住所述衬底，所述套筒开口朝向所述蒸发源，并且所述套筒不会遮挡所述蒸发源上任意一点到所述衬底上任意一点的连线；

(3)关闭所述蒸发腔室腔门，抽真空，加热所述蒸发源，开始蒸发，蒸发过程中所述衬底受到所述套筒的保护，经由所述蒸发腔室内壁反射的热辐射受到所述套筒阻挡无法到达所述衬底；

(4)蒸发完成后给所述蒸发腔室充气，取出所述套筒和所述衬底。

本发明的有益效果为：

本发明通过在样品架上设置套筒，将衬底设置在套筒中，减少甚至能阻止蒸发腔室侧壁将蒸发源发出的辐射热反射到衬底上，从而减少衬底升温，防止衬底本身或者其上的材料因不能承受高温烘烤而造成损坏。

附图说明

图1为蒸发前硅样品上的PMMA掩膜的图形示意图；

图2为电子束蒸发50nm金后的PMMA掩膜图形示意图；

图3为本发明所述装置结构示意图；

图4为本发明所述装置应用示意图；

图5为实施例2中不使用套筒蒸发后图形效果图；

图6为实施例2中使用套筒蒸发后图形效果图；

其中，1、蒸发腔室，2、蒸发源，3、样品架，4、套筒，5、衬底。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。

实施例1

一种减少蒸发镀膜设备中衬底或其上的材料受烘烤升温影响的装置，包括蒸发腔室1、蒸发源2、样品架3，所述蒸发源2、所述样品架3设置在所述蒸发腔室1内，所述样品架3上设有套筒4，所述套筒4上下开口，所述套筒4的材质为反射率为40％的黄铜。如图3所示。

所述套筒4的横截面为圆形。

表面涂覆PMMA电子束胶的硅片作为衬底5，所述蒸发源2设置在所述蒸发腔室1内的下部，衬底5设置在与所述蒸发源2位置相对的所述蒸发腔室1内的上部，蒸发腔室1内蒸发源2到蒸发腔室1内壁的最短距离l＝12cm，蒸发源2到衬底5的距离h＝35cm，所述套筒4的内径d＝4cm，所述套筒4的高度x满足：x＝8cm。

实施例2

实施例1所述装置在蒸发镀膜中的应用，具体步骤包括：

(1)将衬底5固定在所述蒸发腔室1内上部，所述衬底5的固定位置与所述蒸发源2的位置相对；

(2)将所述套筒4套住所述衬底5，所述套筒4开口朝向所述蒸发源2，并且所述套筒4不会遮挡所述蒸发源2上任意一点到所述衬底5上任意一点的连线；如图4所示。

(3)关闭所述蒸发腔室1腔门，抽真空，加热所述蒸发源2，开始蒸发，蒸发过程中所述衬底5受到所述套筒4的保护，经由所述蒸发腔室1内壁反射的热辐射受到所述套筒4阻挡无法到达所述衬底5；

(4)蒸发完成后给所述蒸发腔室1充气，取出所述套筒4和所述衬底5。

图5为不使用套筒4蒸发后图形效果图，图6为使用套筒4蒸发后图形效果图，对比发现，图5中，衬底5表面涂覆PMMA电子束胶受蒸发源2高温烘烤影响，出现软化变形，图6中，衬底5表面涂覆PMMA电子束胶受蒸发源2高温烘烤影响较小，图形完好。

Claims (7)

1.一种减少蒸发镀膜设备中衬底或其上的材料受烘烤升温影响的装置，其特征在于，包括蒸发腔室、蒸发源、样品架，所述蒸发源、所述样品架设置在所述蒸发腔室内，所述样品架上设有套筒，所述套筒上下开口，所述套筒的材质为不透明的金属或非金属，所述套筒的内壁的反射率不大于40％。

2.根据权利要求1所述的一种减少蒸发镀膜设备中衬底或其上的材料受烘烤升温影响的装置，其特征在于，所述套筒的横截面为圆形、多边形、闭合曲线中的任一种。

3.根据权利要求1所述的一种减少蒸发镀膜设备中衬底或其上的材料受烘烤升温影响的装置，其特征在于，所述套筒的材质为铁、铝、铜、镍、锡、铅、锌、不锈钢、钢中任一种或其中几种的合金。

4.根据权利要求1所述的一种减少蒸发镀膜设备中衬底或其上的材料受烘烤升温影响的装置，其特征在于，所述套筒的材质为陶瓷、石墨、聚酰亚胺、特氟龙中的任一种。

5.根据权利要求1所述的一种减少蒸发镀膜设备中衬底或其上的材料受烘烤升温影响的装置，其特征在于，所述蒸发源设置在所述蒸发腔室内的下部，衬底设置在与所述蒸发源位置相对的所述蒸发腔室内的上部，所述套筒的高度x满足d为所述套筒横截面上距离最大的两个点之间的距离，h为所述蒸发源到所述衬底的距离，l为所述蒸发源到所述蒸发腔室内壁的最短距离。

6.根据权利要求1所述的一种减少蒸发镀膜设备中衬底或其上的材料受烘烤升温影响的装置，其特征在于，所述材料是指光刻胶、有机半导体、低熔点无机物、低沸点无机物中的任一种，所述低熔点或低沸点是指熔点或沸点低于200℃。

7.权利要求1-6任一所述的一种减少蒸发镀膜设备中衬底或其上的材料受烘烤升温影响的装置在蒸发镀膜中的应用，其特征在于，具体步骤包括：

(1)将衬底固定在所述蒸发腔室内上部样品架上，所述衬底的固定位置与所述蒸发源的位置相对；

(2)将所述套筒套住所述衬底，所述套筒开口朝向所述蒸发源，并且所述套筒不会遮挡所述蒸发源上任意一点到所述衬底上任意一点的连线；

(3)关闭所述蒸发腔室腔门，抽真空，加热所述蒸发源，开始蒸发，蒸发过程中所述衬底受到所述套筒的保护，经由所述蒸发腔室内壁反射的热辐射受到所述套筒阻挡无法到达所述衬底；

(4)蒸发完成后给所述蒸发腔室充气，取出所述套筒和所述衬底。