CN111621750A - 多通路式蒸发源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多通路式蒸发源，所述多通路式蒸发源包括：多组独立蒸发通道，被配置为分别对镀膜对象提供蒸发操作；集成罩，被配置为将所述多组独立蒸发通道的顶端集成在一封闭空间内，所述多组独立蒸发通道通过其顶端将蒸发的靶材传送至所述镀膜对象；组合挡板，被配置为位于所述集成罩与所述镀膜对象之间，通过开启动作和关闭动作，使所述多组独立蒸发通道与所述镀膜对象之间连通或隔断；安装法兰，被配置为将所述多组独立蒸发通道与挡板驱动集成在一起；挡板驱动，被配置为控制并驱动所述组合挡板的开启动作和关闭动作。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种多通路式蒸发源。
背景技术
在半导体集成电路，传感器和太阳能电池板的生产过程中，很多结构都需要真空镀膜技术来生成。因此真空镀膜直接决定了半导体和太阳能电池板等产品的质量。真空镀膜的研究与应用都离不开其产生设备，因此蒸发源的研发具有重要意义。
目前国内外的主要真空镀膜技术有真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜、真空离子镀膜，其中应用最多的是真空蒸发镀膜。真空蒸发镀膜技术，即在高真空或超高真空的腔室中通过蒸发源加热使膜材(如金属或化合物)蒸发。蒸发的粒子从膜材表面逸出，在蒸发分子的平均自由程大于蒸发源与基片间的线尺寸的情况下，可直接到达基片表面上并凝结生成膜。
电子束加热蒸发源，其原理是基于电子在电场的作用下，所获得的动能转化为加热的热能，从而实现对膜材的加热，蒸发，凝结成所需薄膜。它主要由提供电子的阴极，阳极，聚束极和磁场组成。电子束加热源的特点是能量集中，能使膜材表面迅速获得极高的温度，膜材蒸发速率和薄膜沉积速率较高，可通水冷却，可调控温度范围大。目前的电子束加热蒸发源大都是利用高温电子轰击膜材靠巨大的能量熔化金属(或化合物)再使其蒸发并镀膜。具体步骤包括：使灯丝通电，灯丝发热，产生热电子。灯丝接地，位于地电势。蒸发棒/坩埚距离灯丝约5-10mm，蒸发棒/坩埚接正高压(例如+800V)。在电场的作用下，电子被加速，轰击蒸发棒/坩埚顶端，蒸发棒/坩埚被高能电子束加热。蒸发棒/位于坩埚中的靶材受热，蒸发出来，沉积到衬底上。束流监控装置实时监控生长束流。蒸发棒组件需要带有线性移动组件，用于调节蒸发棒顶端和灯丝之间的距离。
影响蒸发镀膜性能的主要因素是蒸发速率、残余气体和蒸发温度。蒸发速率直接决定了薄膜的质量，相应的膜材对应相应的蒸发速率和沉积速率，蒸发镀膜与其他镀膜方法对比有更高的沉积率，可以蒸镀大多数的金属和化合物膜。当镀膜工艺需要多种金属或化合物共同组成膜材/靶材时，很难同时对不同的材料进行分别控制，以满足工艺要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多通路式蒸发源，以解决现有的镀膜工艺由于膜材组成复杂导致工艺过程难以控制的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种多通路式蒸发源，所述多通路式蒸发源包括：
多组独立蒸发通道，被配置为分别对镀膜对象提供蒸发操作；
集成罩，被配置为将所述多组独立蒸发通道的顶端集成在一封闭空间内，所述多组独立蒸发通道通过其顶端将蒸发的靶材传送至所述镀膜对象；
组合挡板，被配置为位于所述集成罩与所述镀膜对象之间，通过开启动作和关闭动作，使所述多组独立蒸发通道与所述镀膜对象之间连通或隔断；
挡板驱动，被配置为控制并驱动所述组合挡板的开启动作和关闭动作；
安装法兰，被配置为将所述多组独立蒸发通道与所述挡板驱动集成在一起。
可选的，在所述的多通路式蒸发源中，所述多组独立蒸发通道与所述镀膜对象之间状态包括：
所述多组独立蒸发通道与所述镀膜对象之间均连通；
所述多组独立蒸发通道与所述镀膜对象之间均隔断；
所述多组独立蒸发通道中的一个或多个与所述镀膜对象之间连通；
所述多组独立蒸发通道中的一个或多个与所述镀膜对象之间隔断。
可选的，在所述的多通路式蒸发源中，所述组合挡板包括第一挡板及第二挡板，其中：
所述第一挡板和所述第二挡板叠加，所述第二挡板的底面正对所述多组独立蒸发通道的顶端，所述第一挡板的顶面正对所述镀膜对象；
所述第一挡板和所述第二挡板上均具有多个开孔；
所述开孔的数量根据所述独立蒸发通道的数量设置；
当所述第一挡板的开孔与所述第二挡板的开孔在某个所述独立蒸发通道的顶端上方重合时，该独立蒸发通道与所述镀膜对象之间连通，否则该独立蒸发通道与所述镀膜对象之间隔断。
可选的，在所述的多通路式蒸发源中，每组独立蒸发通道包括灯丝、坩埚、坩埚支撑、移动装置及高压源接口，其中：
所述灯丝安置于所述坩埚的上方，并与所述集成罩固定连接；
所述坩埚的开口朝向其所在的独立蒸发通道的顶端，所述坩埚支撑固定于所述坩埚的下方，并延伸至所述集成罩外；
所述安装法兰夹持多个所述坩埚支撑；
所述移动装置固定于所述安装法兰的下方，并穿过所述安装法兰与所述坩埚支撑连接，所述移动装置调节所述坩埚支撑的长度，以调节所述坩埚与所述灯丝之间的距离；
所述高压源接口位于所述移动装置的下方并穿过所述移动装置与所述坩埚支撑连接，所述高压源接口通过所述坩埚支撑向所述坩埚提供正电压。
可选的，在所述的多通路式蒸发源中，所述集成罩具有水冷功能，其中：
所述集成罩包括内壁及外壁，所述内壁包裹所述隔热层的外表面，所述外壁与所述内壁呈同心圆柱结构，所述内壁与所述外壁之间容置冷却液。
可选的，在所述的多通路式蒸发源中，所述集成罩还包括基座，所述基座承载所述集成罩。
可选的，在所述的多通路式蒸发源中，所述挡板驱动包括磁耦合驱动器、第一传动杆及第二传动杆，其中：
所述第二传动杆为中空结构，所述第一传动杆包裹于所述第二传动杆之中；所述第一传动杆与所述第二传动杆穿过所述安装法兰，并延伸至所述移动装置下方；
所述第一传动杆的一端连接所述第一挡板，另一端连接所述磁耦合驱动器，用于在磁耦合驱动器与所述第一挡板之间传送力矩；
所述第二传动杆的一端连接所述第二挡板，另一端连接所述磁耦合驱动器，用于在磁耦合驱动器与所述第二挡板之间传送力矩。
可选的，在所述的多通路式蒸发源中，所述独立蒸发通道的数量为3个，三个所述独立蒸发通道呈120度均匀分布，所述第一挡板和所述第二挡板，其中一个具有4个开孔，另一个具有5个开孔。
在本发明提供的多通路式蒸发源中，通过多组独立蒸发通道分别对镀膜对象提供蒸发操作，集成罩将所述多组独立蒸发通道的顶端集成在一封闭空间内，所述多组独立蒸发通道通过其顶端将蒸发的靶材传送至所述镀膜对象，组合挡板位于所述集成罩与所述镀膜对象之间，通过开启动作和关闭动作，使所述多组独立蒸发通道与所述镀膜对象之间连通或隔断，安装法兰将所述多组独立蒸发通道与挡板驱动集成在一起，挡板驱动控制并驱动所述组合挡板的开启动作和关闭动作，实现了多个不同的蒸发源根据膜材/靶材分别对镀膜对象提供不同的工艺条件，可同时，也可分时，可以按不同材料、不同工艺步骤、不同工艺条件(电压、时间或蒸发速率等)调节各个独立蒸发通道，以使整个工艺流程简单容易操作，且灵活多变，使镀膜对象产品质量得到保证。
附图说明
图1～9是本发明一实施例多通路式蒸发源结构示意图；
图中所示：1-独立蒸发通道；2-集成罩；3-组合挡板；4-安装法兰；5-挡板驱动；6-第一挡板；7-第二挡板；8-开孔；9-独立蒸发通道的顶端；10-钼棒；11-坩埚；12-坩埚支撑；13-移动装置；14-高压源接口；15-磁耦合驱动器；16-第一传动杆；17-第二传动杆；18-挡板基座螺栓孔；191-铜模块；192陶瓷模块；20-内壁；21-外壁；22-管装屏蔽罩；23-冷却液输送管路；24-基座；25-集成罩隔板；26-隔板底座；27-稳固陶瓷；28-稳固陶瓷固定件。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的多通路式蒸发源作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于提供一种多通路式蒸发源，以解决现有的镀膜工艺由于膜材组成复杂导致工艺过程难以控制的问题。
为实现上述思想，本发明提供了一种多通路式蒸发源，所述多通路式蒸发源包括：多组独立蒸发通道，被配置为分别对镀膜对象提供蒸发操作；集成罩，被配置为将所述多组独立蒸发通道的顶端集成在一封闭空间内，所述多组独立蒸发通道通过其顶端将蒸发的靶材传送至所述镀膜对象；组合挡板，被配置为位于所述集成罩与所述镀膜对象之间，通过开启动作和关闭动作，使所述多组独立蒸发通道与所述镀膜对象之间连通或隔断；安装法兰，被配置为将所述多组独立蒸发通道与挡板驱动集成在一起；挡板驱动，被配置为控制并驱动所述组合挡板的开启动作和关闭动作。
<实施例一>
本实施例提供一种多通路式蒸发源，所述多通路式蒸发源包括：多组独立蒸发通道1，被配置为分别对镀膜对象提供蒸发操作；集成罩2，被配置为将所述多组独立蒸发通道1的顶端9集成在一封闭空间内，所述多组独立蒸发通道1通过其顶端9将蒸发的靶材传送至所述镀膜对象；组合挡板3，被配置为位于所述集成罩2与所述镀膜对象之间，通过开启动作和关闭动作，使所述多组独立蒸发通道1与所述镀膜对象之间连通或隔断；安装法兰4，被配置为将所述多组独立蒸发通道1与挡板驱动集成在一起；安装法兰的另一个作用是作为一个标准安装接口，将多通路式蒸发源安装到其他系统上(例如一个真空腔体上)。挡板驱动5，被配置为控制并驱动所述组合挡板3的开启动作和关闭动作。
如图7所示，在所述的多通路式蒸发源中，所述多组独立蒸发通道1与所述镀膜对象之间连通状态包括：所述多组独立蒸发通道1与所述镀膜对象之间均连通；所述多组独立蒸发通道1与所述镀膜对象之间均隔断；所述多组独立蒸发通道1中的一个或多个与所述镀膜对象之间连通；所述多组独立蒸发通道1中的一个或多个与所述镀膜对象之间隔断。
如图2所示，在所述的多通路式蒸发源中，所述组合挡板3包括第一挡板6及第二挡板7，其中：所述第一挡板6和所述第二挡板7叠加，所述第二挡板7的底面正对所述多组独立蒸发通道1的顶端9，所述第一挡板6的顶面正对所述镀膜对象；如图5～6所示，所述第一挡板6和所述第二挡板7上均具有多个开孔8；所述开孔8的数量根据所述独立蒸发通道1的数量设置；如图2、7所示，当所述第一挡板6的开孔8与所述第二挡板7的开孔8在某个所述独立蒸发通道1的顶端9上方重合时，该独立蒸发通道1与所述镀膜对象之间连通，否则该独立蒸发通道1与所述镀膜对象之间隔断。
如图2所示，钼棒10用于固定灯丝(图中未示出)。铜模块191及陶瓷模块192用于固定灯丝和钼棒10形成的灯丝组件。钼棒10通过钎焊的方式固定在陶瓷模块192上，由于陶瓷模块192材质为陶瓷，这样灯丝可以与地绝缘。铜模块191材质为铜，主要作用为与集成罩2固定在一起，行成一个冷却闭合空间，坩埚/靶材都在该冷却闭合空间中，坩埚/靶材被加热后，辐射出来的大部分热量都被集成罩2，以及上部的铜模块192，下部的基座24吸收，防止热量散发出来加热真空腔室中的其他零部件，造成零部件温度升高释放气体，影响真空。管装屏蔽罩22为一个屏蔽罩/保护罩，用于把灯丝接线连接头包裹住，图2中可以看到钼棒10弯曲成L型，顶部的与轴向垂直的短棒部分用于与供电的线缆连接，管装屏蔽罩22的作用是将这个连接组件包裹起来，起到一定的保护作用(防止系统中的其他蒸发源蒸发镀膜的时候，材料生长在连接组件上而造成短路)。
如图1、2、3所示，在所述的多通路式蒸发源中，每组独立蒸发通道1包括灯丝(图中未示出)、钼棒10、坩埚11、坩埚支撑12、移动装置13及高压源接口14，其中：所述钼棒10(与灯丝连接形成灯丝组件)安置于所述坩埚11的上方，并与所述集成罩2中的管装屏蔽罩22固定连接，管装屏蔽罩22与组合挡板基座之间通过挡板基座螺栓孔18固定连接，多个坩埚11集成于集成罩2形成的模块中，管装屏蔽罩22与集成罩2之间固定连接；所述坩埚11的开口朝向其所在的独立蒸发通道1的顶端9，所述坩埚支撑12固定于所述坩埚11的下方，并延伸至所述集成罩2外，或所述集成罩2还包括基座24，所述基座24用于固定多个所述坩埚支撑12，基座24夹持稳固陶瓷27，稳固陶瓷27夹持坩埚支撑12(钼棒材质)；所述坩埚支撑12延伸出的基座24后再被安装法兰4集成在一起；所述移动装置13固定于所述安装法兰4的下方，并穿过所述安装法兰4与所述坩埚支撑12连接，所述移动装置13调节所述坩埚支撑12的长度，以调节所述坩埚11与所述钼棒10之间的距离；所述高压源接口14位于所述移动装置13的下方并穿过所述移动装置13与所述坩埚支撑12连接，所述高压源接口14通过所述坩埚支撑12向所述坩埚11提供正电压。
如图2所示，在所述的多通路式蒸发源中，所述集成罩2具有水冷功能，其中：所述集成罩2包括内壁20及外壁21，所述外壁21与所述内壁20呈同心圆柱结构，所述内壁20与所述外壁21之间容置冷却液，如图1所示，两根冷却液输送管路23向内壁20与所述外壁21之间的空间内注入冷却液，或导出冷却液，两根冷却液输送管路23一路输入一路输出。在所述的多通路式蒸发源中，所述基座24还用于承载所述集成罩。
如图1、2、4所示，在所述的多通路式蒸发源中，所述挡板驱动5包括磁耦合驱动器15、第一传动杆16及第二传动杆17，其中：所述第二传动杆17为中空结构，所述第一传动杆16包裹于所述第二传动杆17之中；所述第一传动杆16与所述第二传动杆17穿过所述安装法兰4，并延伸至所述移动装置13下方；所述第一传动杆16的一端连接所述第一挡板6，另一端连接所述磁耦合驱动器15，用于在磁耦合驱动器15与所述第一挡板6之间传送力矩；所述第二传动杆17的一端连接所述第二挡板7，另一端连接所述磁耦合驱动器15，用于在磁耦合驱动器15与所述第二挡板7之间传送力矩。
如图3、4所示，在所述的多通路式蒸发源中，所述独立蒸发通道1的数量为3个，三个所述独立蒸发通道1呈120度均匀分布，相应的，所述第一挡板6和所述第二挡板7，其中一个具有4个开孔8，另一个具有5个开孔8。
如图8所示，集成罩隔环25放置在集成罩中间的圆柱空间，将这个圆柱空间隔成3等份，每一份里面放置一个蒸发源组件。这样，被加热的坩埚/蒸发棒，辐射出来的热量都会被集成罩带走，防止加热系统中的其他零件，影响系统真空。如图3所示，隔板底座26承载于基座24上，隔板底座6上有120°角度的三条凹槽，用于将隔板25卡在其中。
如图9所示，在坩埚/蒸发棒104与衬底101之间的通路上，有一个束流检测装置102，其结构为一个圆环。灯丝103通电，发射出热电子。灯丝103接地，坩埚/蒸发棒104接高压，在电场的作用下，靶材被加热，以原子/分子的形式生长出来。生长出来的靶材原子束流(上图中红色小圆点)向衬底扩散。靶材原子向衬底扩散的时候，扩散方向与电子运动方向相反，有部分原子会被电子轰击电离，变成离子。将束流检测装置102接地，中间串联一个电流表。在电场的作用下，部分被电离的离子会轰击到束流检测装置102上，这样，电流表就有电流读数。在同等情况下(同样的束流检测机构结构，材料，高压)，电流的大小，与生长的靶材原子束流大小成正比。这样，可以通过监控束流检测装置102电流的大小，来实时监控生长束流大小。
原则上来说，从同一点生长出来的靶材，扩散角度很大，为了限制生长角度，防止将材料生长到系统中其他零件上，一般都会在坩埚顶部增加限位/导向孔，即形成独立蒸发通道1，独立蒸发通道1的目的是只保留向衬底生长的束流。
钼棒材质的坩埚支撑12由稳固陶瓷27夹持，有以下几个作用：1，防止坩埚支撑12晃动，起稳固作用；2，绝缘；3，当需要坩埚上下移动的时候，稳固陶瓷27有一定的润滑作用。稳固陶瓷固定件28，是为了将稳固陶瓷27固定在坩埚支撑12上，防止稳固陶瓷27上下滑动。
在本发明提供的多通路式蒸发源中，通过多组独立蒸发通道1分别对镀膜对象提供蒸发操作，集成罩2将所述多组独立蒸发通道1的顶端9集成在一封闭空间内，所述多组独立蒸发通道1通过其顶端9将蒸发的靶材传送至所述镀膜对象，组合挡板3位于所述集成罩2与所述镀膜对象之间，通过开启动作和关闭动作，使所述多组独立蒸发通道1与所述镀膜对象之间连通或隔断，安装法兰4将所述多组独立蒸发通道1与挡板驱动集成在一起，挡板驱动5控制并驱动所述组合挡板3的开启动作和关闭动作，实现了多个不同的蒸发源根据膜材/靶材分别对镀膜对象提供不同的工艺条件，可同时，也可分时，可以按不同材料、不同工艺步骤、不同工艺条件(电压、时间或蒸发速率等)调节各个独立蒸发通道1，以使整个工艺流程简单容易操作，且灵活多变，使镀膜对象产品质量得到保证。
综上，上述实施例对多通路式蒸发源的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (8)
1.一种多通路式蒸发源，其特征在于，所述多通路式蒸发源包括：
多组独立蒸发通道，被配置为分别对镀膜对象提供蒸发操作；
集成罩，被配置为将所述多组独立蒸发通道的顶端集成在一封闭空间内，所述多组独立蒸发通道通过其顶端将蒸发的靶材传送至所述镀膜对象；
组合挡板，被配置为位于所述集成罩与所述镀膜对象之间，通过开启动作和关闭动作，使所述多组独立蒸发通道与所述镀膜对象之间连通或隔断；
挡板驱动，被配置为控制并驱动所述组合挡板的开启动作和关闭动作；
安装法兰，被配置为将所述多组独立蒸发通道与所述挡板驱动集成在一起。
2.如权利要求1所述的多通路式蒸发源，其特征在于，所述多组独立蒸发通道与所述镀膜对象之间状态包括：
所述多组独立蒸发通道与所述镀膜对象之间均连通；
所述多组独立蒸发通道与所述镀膜对象之间均隔断；
所述多组独立蒸发通道中的一个或多个与所述镀膜对象之间连通；
所述多组独立蒸发通道中的一个或多个与所述镀膜对象之间隔断。
3.如权利要求1所述的多通路式蒸发源，其特征在于，所述组合挡板包括第一挡板及第二挡板，其中：
所述第一挡板和所述第二挡板叠加，所述第二挡板的底面正对所述多组独立蒸发通道的顶端，所述第一挡板的顶面正对所述镀膜对象；
所述第一挡板和所述第二挡板上均具有多个开孔；
所述开孔的数量根据所述独立蒸发通道的数量设置；
当所述第一挡板的开孔与所述第二挡板的开孔在某个所述独立蒸发通道的顶端上方重合时，该独立蒸发通道与所述镀膜对象之间连通，否则该独立蒸发通道与所述镀膜对象之间隔断。
4.如权利要求3所述的多通路式蒸发源，其特征在于，每组独立蒸发通道包括灯丝、坩埚、坩埚支撑、移动装置及高压源接口，其中：
所述灯丝安置于所述坩埚的上方，并与所述集成罩固定连接；
所述坩埚的开口朝向其所在的独立蒸发通道的顶端，所述坩埚支撑固定于所述坩埚的下方，并延伸至所述集成罩外；
所述安装法兰夹持多个所述坩埚支撑；
所述移动装置固定于所述安装法兰的下方，并穿过所述安装法兰与所述坩埚支撑连接，所述移动装置调节所述坩埚支撑的长度，以调节所述坩埚与所述灯丝之间的距离；
所述高压源接口位于所述移动装置的下方并穿过所述移动装置与所述坩埚支撑连接，所述高压源接口通过所述坩埚支撑向所述坩埚提供正电压。
5.如权利要求4所述的多通路式蒸发源，其特征在于，所述集成罩具有水冷功能，其中：
所述集成罩包括内壁及外壁，所述内壁包裹所述隔热层的外表面，所述外壁与所述内壁呈同心圆柱结构，所述内壁与所述外壁之间容置冷却液。
6.如权利要求5所述的多通路式蒸发源，其特征在于，所述集成罩还包括基座，所述基座承载所述集成罩。
7.如权利要求4所述的多通路式蒸发源，其特征在于，所述挡板驱动包括磁耦合驱动器、第一传动杆及第二传动杆，其中：
所述第二传动杆为中空结构，所述第一传动杆包裹于所述第二传动杆之中；所述第一传动杆与所述第二传动杆穿过所述安装法兰，并延伸至所述移动装置下方；
所述第一传动杆的一端连接所述第一挡板，另一端连接所述磁耦合驱动器，用于在磁耦合驱动器与所述第一挡板之间传送力矩；
所述第二传动杆的一端连接所述第二挡板，另一端连接所述磁耦合驱动器，用于在磁耦合驱动器与所述第二挡板之间传送力矩。
8.如权利要求1所述的多通路式蒸发源，其特征在于，所述独立蒸发通道的数量为3个，三个所述独立蒸发通道呈120度均匀分布，所述第一挡板和所述第二挡板，其中一个具有4个开孔，另一个具有5个开孔。
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