CN112899632A - 可实现便捷控温的真空镀膜工艺设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可实现便捷控温的真空镀膜工艺设备及方法。设备包括溅射源、基座及腔体，溅射源位于腔体顶部，基座位于腔体内，基座表面和/或腔体内壁上形成有复合镀层，复合镀层自下而上依次包括金属层、第一陶瓷层和第二陶瓷层，第一陶瓷层和第二陶瓷层的材料不同。本发明的真空镀膜工艺设备通过在腔壁内表面和晶圆基座表面沉积复合镀层，复合镀层可以充分地吸收高温工艺套件和晶圆所辐射出来的可见光和近红外光，可大大加速热量从高温工艺套件向低温腔壁传递，以及热量由高温晶圆向低温晶圆基座的传导，由此可以大幅改善工艺套件和晶圆的散热和冷却，非常有利于提高晶圆表面沉积膜层的品质和延长工艺套件的使用寿命。

Description

可实现便捷控温的真空镀膜工艺设备及方法
技术领域
本发明涉及半导体制造设备领域，具体涉及到真空镀膜工艺设备，特别是涉及一种可实现便捷控温的真空镀膜工艺设备及方法。
背景技术
磁控溅射镀膜工艺中，在磁控管和靶材负偏压的共同作用下，电离后的高密度高能惰性气体离子（比如氩离子）对靶材表面进行轰击，轰击下来的靶材粒子在晶圆表面沉积形成薄膜，连续且高速的磁控溅射会造成腔体、腔内工艺套件和晶圆的迅速升温。然而真空腔室内的散热非常缓慢，过高的腔室温度会导致腔壁挡板等工艺套件因过热而发生变形、影响腔内工艺套件的寿命，而过高的晶圆温度也会严重影响成膜的质量，因此很有必要增设特别的控温装置，方便对腔室的温度和晶圆的温度进行合理地控制。
为了加快晶圆的散热和冷却，业界通常采用带背压冷却结构的晶圆基座来加快热量的传导，为了获得更好的冷却效果还会使用静电吸盘或机械夹具以保证晶圆和晶圆基座间的良好接触和热传导。虽然上述方法都可以在一定程度上加快晶圆的冷却和控温，但都存在明显缺陷，如静电吸盘的价格昂贵，而且其冷却效果会随时间衰减很快；又比如使用机械夹具容易出现晶圆与夹具相粘的情况，而且还会造成晶圆上膜层缺陷过高的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可实现便捷控温的真空镀膜工艺设备及方法，用于解决现有技术中的真空磁控溅射设备在溅射过程中容易导致腔体内晶圆迅速升温，过高的温度会影响成膜质量和工艺套件的使用寿命，而现有的散热方式存在价格高和/或容易损伤晶圆等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供所述真空镀膜工艺设备包括溅射源、基座及腔体，所述溅射源位于腔体顶部，所述基座位于所述腔体内，所述基座表面和/或所述腔体内壁上形成有复合镀层，所述复合镀层自下而上依次包括金属层、第一陶瓷层和第二陶瓷层，所述第一陶瓷层和第二陶瓷层的材料不同。
可选地，所述复合镀层的厚度为200~600nm，所述金属层的厚度为60nm~190nm，第一陶瓷层的厚度为60nm~280nm，第二陶瓷层的厚度为50nm~145nm。
可选地，所述金属层的材质包括铝、铜、钼、钨和不锈钢中的任意一种或多种的结合，所述第一陶瓷层和第二陶瓷层的材质包括氮化铝、氧化铝、氧化锆、氧化硅和氧化钇中的任意一种或多种的结合。
可选地，所述第一陶瓷层和第二陶瓷层均包括单层或多子层结构。
可选地，所述复合镀层为两个及以上，两个及以上的复合镀层依次堆叠。
可选地，所述金属层的材质与所述基座的材质相同。
在一可选方案中，所述腔体为铝制程腔体，所述溅射源包括铝靶和磁控管，所述复合镀层为在制程工艺开始前，利用所述铝靶溅射而成。
在另一可选方案中，所述腔体为非铝制程腔体，所述复合镀层为在制程工艺开始前，将所述溅射源的靶材更换为铝靶后溅射形成。
在又一可选方案中，所述腔体为非铝制程腔体，所述腔体上设置有铝质挡板和ICP线圈；所述复合镀层的制备方法为，在制程工艺开始前，将ICP线圈连接至射频电源以激发等离子体，将铝质挡板放置于所述基座上方并连接至射频偏压，气体离子轰击铝质挡板，由此在腔体内壁和基座表面沉积形成所述复合镀层。
在另一可选方案中，所述腔体为非铝制程腔体，所述溅射源包括磁控管，所述腔体还包括铝质挡板；所述复合镀层的制备方法为，在镀膜工艺开始前，将铝质挡板放置于基座上方并连接直流电源，在磁控管和直流偏压的作用下产生等离子体，铝质挡板在气体离子的轰击下开始溅射，由此在腔体内壁和基座表面沉积形成所述复合镀层。
本发明还提供一种可实现便捷控温的真空镀膜工艺方法，所述真空镀膜工艺方法包括在制程工艺开始前，于真空镀膜工艺设备的基座表面和/或腔体内壁上形成复合镀层的步骤，所述复合镀层自下而上依次包括金属层、第一陶瓷层和第二陶瓷层，所述第一陶瓷层和第二陶瓷层的材料不同。
可选地，所述复合镀层的厚度为200~600nm，所述金属层的厚度为60nm~190nm，第一陶瓷层的厚度为60nm~280nm，第二陶瓷层的厚度为50nm~145nm。
如上所述，本发明的可实现便捷控温的真空镀膜工艺腔室及方法，具有以下有益效果：本发明通过在腔壁内表面和晶圆基座表面沉积复合镀层，复合镀层可以充分地吸收高温工艺套件和晶圆所辐射出来的可见光和近红外光，可大大加速热量从高温工艺套件向低温腔壁（腔壁通常设有冷却水管路）传递，以及热量由高温晶圆向低温晶圆基座（设有冷却管路）的传导，由此可以大幅改善工艺套件和晶圆的散热和冷却，非常有利于提高晶圆表面沉积膜层的品质和延长工艺套件的使用寿命。
附图说明
图1显示为本发明的可实现便捷控温的真空镀膜工艺设备在制备复合镀膜时的例示性示意图。
图2显示为本发明图1中的挡板的俯视结构示意图。
元件标号说明
201-腔体壁；202-磁控管；203-靶材；204-挡板腔室；2041-挡板；205-工艺套件；206-基座；2061-复合镀层。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1及图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质技术内容的变更下，当亦视为本发明可实施的范畴。
真空镀膜工艺中的散热问题一直是本领域的研究热点。目前业界通常采用带背压冷却结构的晶圆基座来加快热量的传导，为了获得更好的冷却效果还会使用静电吸盘或机械夹具以保证晶圆和晶圆基座间的良好接触和热传导。虽然上述方法都可以在一定程度上加快晶圆的冷却和控温，但都存在明显缺陷，如静电吸盘的价格昂贵，而且其冷却效果会随时间衰减很快；又比如使用机械夹具容易出现晶圆与夹具相粘的情况，而且还会造成晶圆上膜层缺陷过高的问题。为此，本发明提出了一种改善方案。
具体地，本发明提供一种可实现便捷控温的真空镀膜工艺设备，所述真空镀膜工艺设备包括溅射源、基座及腔体，所述溅射源位于腔体顶部，所述基座位于所述腔体内，用于承载晶圆，所述基座表面和/或所述腔体内壁上（优选在基座表面和腔体内壁同时形成复合镀层，且基座表面和腔体内壁的复合镀层优选在同一镀膜工艺中形成，即两者的材质相同）形成有复合镀层，所述复合镀层自下而上依次包括金属层、第一陶瓷层和第二陶瓷层，所述第一陶瓷层和第二陶瓷层的材料不同。
本发明的真空镀膜工艺设备通过在腔壁内表面和晶圆基座表面沉积复合镀层，复合镀层可以充分地吸收高温工艺套件和晶圆所辐射出来的可见光和近红外光，可大大加速热量从高温工艺套件向低温腔壁（腔壁通常设有冷却水管路）传递，以及热量由高温晶圆向低温晶圆基座（设有冷却管路）的传导，由此可以大幅改善工艺套件和晶圆的散热和冷却，非常有利于提高晶圆表面沉积膜层的品质和延长工艺套件的使用寿命。
需要特别说明的是，本发明在腔体内壁和基座表面形成复合镀膜的工艺与现有技术中在安装heater等备件后对备件进行seasoning（陈化工艺）处理有着本质的不同。比如heater的seasoning处理都是在heater表面镀上一层氧化层，用于增加heater的耐磨性和耐腐蚀性，并且seasoning处理时所有工艺套件需安装齐全以确保与制程时的腔体结构完全相同。而本申请则是形成由不同材质构成的复合镀层，复合镀层的厚度、作用都与传统的seasoning工艺有本质的不同，且在形成复合镀层的过程中需去除阻挡腔体内壁和基座的工艺套件。
所述复合镀层的厚度优选为200~600nm。在较优的示例中，所述金属层的厚度为60nm~190nm（本说明书中在涉及数值范围的描述时，如无特殊说明，均是包括端点值），比如为60nm、70nm、80nm……190nm或这区间的任意值，较优地为80~150nm，第一陶瓷层的厚度为60nm~280nm，较优地为80nm~220nm，第二陶瓷层的厚度为50nm~145nm，较优地为60~120nm。发明人经大量实验发现，这样的厚度设置可以让腔体内部的热源（温度较高的工艺套件和晶圆）辐射出的可见光和近红外光穿过顶层的第二陶瓷层，并被中间层的第一陶瓷层充分吸收，非常有利于热量的传导。
作为示例，所述金属层的材质包括铝、铜、钼、钨和不锈钢中的任意一种或多种的结合，所述第一陶瓷层和第二陶瓷层的材质包括氮化铝、氧化铝、氧化锆、氧化硅和氧化钇中的任意一种或多种的结合。底层的金属层的材质可以和基座的材质相同。在一具体示例中，金属层可以是不锈钢晶圆基座表面的不锈钢层或者铝质基座表面的铝层。而在其他示例中，也可以使用设备自身的溅射源往基座表面单独沉积铝膜，或者沉积铝膜、铜膜、钼膜、钨膜；第一陶瓷层可以为单层或多子层结构，各子层可采用不同的铝掺杂比例，掺杂的金属也可以采用上述铝、铜、钼和钨中的一种或多种；第二陶瓷层同样可以为单层或者双层结构，单层结构可以采用氧化铝或者氮化铝，双层结构可以采用氧化铝和氮化铝复合层。
所述复合镀层可以为单个或多个，比如为两个及两个以上。当所述复合镀层为两个及以上，两个及以上的复合镀层依次堆叠，即前一个复合镀层自下而上依次包括金属层、第一陶瓷层和第二陶瓷层，后一个复合镀层的金属层、第一陶瓷层和第二陶瓷层依次堆叠在前一复合镀层的第二陶瓷层上。各个复合镀层的材质可以相同或不同，或可以部分相同，厚度可以相同或不同。
在一示例中，所述腔体为铝制程腔体（即用于在晶圆表面沉积铝膜的腔体），所述溅射源包括铝靶和磁控管，所述复合镀层为在制程工艺开始前，利用所述铝靶溅射而成。具体地，在制程工艺开始前，拿掉阻挡腔体内壁的工艺套件（比如upper shield ring 、lowershield ring等配件），使用设备自带的铝靶在腔体内壁上和基座表面沉积复合镀层，然后再重新安装工艺套件即可开始晶圆制程工艺。
在另一示例中，所述腔体为非铝制程腔体（即溅射源的靶材非铝靶，晶圆表面要沉积的不是铝膜），所述复合镀层为在制程工艺开始前，将所述溅射源的靶材更换为铝靶后溅射形成。具体地，在制程工艺开始前，先把配套靶材换成铝靶，这时候使用的沉积源为铝靶和配套使用的磁控管，拿掉腔体内的工艺套件，然后使用铝靶在腔体内壁上和基座表面沉积复合镀层，最后再重新安装工艺套件和换回原来的靶材即可开始晶圆镀膜工艺。
在另一示例中，所述腔体为非铝制程腔体，所述腔体上设置有铝质挡板和ICP线圈；所述复合镀层的制备方法为，在制程工艺开始前，将ICP线圈连接至射频电源以激发等离子体，将铝质挡板放置于所述基座上方并连接至射频偏压，气体离子轰击铝质挡板，由此在腔体内壁和基座表面沉积形成所述复合镀层。具体地，本实施例中，沉积源为铝质挡板和配套使用的ICP线圈，在制程工艺开始前拿掉腔体内的工艺套件，接有射频电源的ICP线圈在腔体内激发等离子体，与射频偏压相连的铝质挡板在气体离子的轰击下开始溅射，即可在腔体内壁上和晶圆基座表面沉积复合镀层，最后重新安装工艺套件即可开始晶圆镀膜工艺。
在另一示例中，所述腔体为非铝制程腔体，所述溅射源包括磁控管，所述腔体还包括铝质挡板；所述复合镀层的制备方法为，在镀膜工艺开始前，将铝质挡板放置于基座上方并连接直流电源，在磁控管和直流偏压的作用下产生等离子体，铝质挡板在气体离子的轰击下开始溅射，由此在腔体内壁和基座表面沉积形成所述复合镀层。具体地，如图1所示，在制程工艺开始前拿掉位于腔体壁201上的工艺套件205，原来折叠的挡板2041（挡板2041原被放置于挡板腔室204）被打开并进入腔体内，置于在靶材203下方（挡板2041与靶材203下表面的距离≤3mm），挡板2041内部设有气体或冷却液体的冷却管路（挡板的俯视图如图2所示）；与直流电源相连的铝质挡板在靶材磁控管202和直流偏压的作用下产生等离子体，铝质挡板在气体离子的轰击开始溅射，在腔体内壁上和基座2061表面沉积复合镀层2061，最后再重新安装工艺套件即可开始晶圆镀膜工艺。
本发明的真空镀膜工艺设备利用设备本身的溅射源在腔体内壁上和基座表面沉积复合镀层，所述复合镀层能用于控制腔体内部工艺套件和晶圆的温度，不仅快捷方便，而且不会产生额外的费用。
发明人对本申请的方案进行了大量实验验证。实验初期使用了不同的镀膜工艺腔、不同靶材（Mo、Al、Cu等）往基座表面溅射所述复合镀层，因膜层多，多层交替溅射复合镀层会导致工序繁琐；为了提高便捷度和降低使用成本，后续的复合镀层工艺仅使用镀铝的工艺腔来溅射所述复合镀层，主要包括以下几种结构：（1）不锈钢晶圆基座（无复合镀层）、（2）不锈钢晶圆基座表面镀掺铝陶瓷层/氮化铝层、（3）不锈钢晶圆基座表面镀铝层/掺铝陶瓷层/氮化铝层和（4）不锈钢晶圆基座表面镀铝层/掺铝陶瓷层/氮化铝+氧化铝双层，最后一种复合镀层结构具有最高的吸收率（97%）和最低的发射率（8%）。而吸收率越高说明复合镀层对热量吸收的程度越高，发射率越低说明镀层自身往外辐射热量的程度越低，故而同时具备高吸收率和低发射率的复合镀层能有效地改善腔体内壁和晶圆基座对腔内热量的吸收。
同时，在不锈钢晶圆基座表面以及腔壁内表面镀上上述几种复合镀层之后，发明人分别使用晶圆进行常规的铝膜沉积，并测试了晶圆上膜层的缺陷数量；铝膜的厚度约为3~7μm，以高产能的4μm铝膜溅射工艺为例，当使用常见的不锈钢晶圆基座（无复合镀层）以及腔壁内表面在无复合镀层的情况下，一片晶圆上的缺陷数量在2600左右；对于不锈钢晶圆基座表面镀有掺铝陶瓷层/氮化铝层而且腔壁内表面有同样复合镀层的情况下，晶圆上的缺陷数量降至580左右；对于不锈钢晶圆基座表面镀有铝层/掺铝陶瓷层/氮化铝层且腔壁内表面有同样复合镀层的情况下，晶圆上的缺陷数量降至9个左右；最优的是在不锈钢晶圆基座镀上铝层/掺铝陶瓷层/氮化铝+氧化铝双层的复合镀层且腔壁内表面有同样复合镀层的情况下，晶圆上的缺陷最低，仅有1-2个。
上述三层（底层金属层，中间层第一陶瓷层和顶层第二陶瓷层）结构的复合镀层可以称之为三明治结构，这种三明治结构的总厚度介于200~600nm，偏薄，所以耐磨和耐腐蚀型稍差，这种镀层在用于晶圆基座表面的时候容易出现被磨掉或者腐蚀掉的情况。经测试发现，如果上述三明治复合镀层被部分或全部磨损，会导致复合镀层吸收率下降，影响热传导，使得晶圆上膜层的局部区域（对应复合镀层被磨损的区域）的缺陷数量增加，这时根据设备结构的不同，相应采用前述方案中的一种方法在晶圆基座表面重新溅射上述三明治镀层结构的复合镀层即可恢复原有的功能。尽管在晶圆基座表面的某些区域（复合镀层磨损少或者没有磨损）会出现这种两个三明治镀层结构自下而上叠加在一起（即形成多个复合镀层的结构），但是经测试发现这种叠加的镀层结构并不影响其导热功能。
所述基座包括基座表面（表面镀有复合镀层）、基座内部的加热元件和冷却管路。
本发明的镀膜工艺腔室通过在腔体内壁表面和基座表面沉积复合镀层所述复合镀层可以充分地吸收高温工艺套件和晶圆所辐射出来的可见光和近红外光，大大加速了热量从高温工艺套件向（设有冷却水管路）低温腔壁传递，以及热量由高温晶圆向（设有冷却管路）低温晶圆基座的传导，由此可以大幅改善工艺套件和晶圆的散热和冷却，非常有利于提高晶圆表面沉积膜层的品质和延长工艺套件的使用寿命。
表1显示为不同复合镀层的反射率、吸收率和发射率的测量结果。
表1 不同复合镀层的反射率、吸收率和发射率数据
复合镀层种类 反射率 吸收率 发射率
不锈钢基座表面 60% 40% 32%
不锈钢/掺铝陶瓷层/氮化铝层 15% 85% 30%
铝层/掺铝陶瓷层/氮化铝层 8% 92% 15%
铝层/掺铝陶瓷层/氮化铝+氧化铝层 3% 97% 8%
在表1中，吸收率越高说明复合镀层对热量吸收的程度越高，发射率越低说明镀层自身往外辐射热量的程度越低，高吸收率配合低发射率能有效地改善腔体内壁和晶圆基座对腔内热量的吸收。
另一方面，使用不同的复合镀层时，晶圆上膜层的缺陷数量也呈现出很大的差异，具体如表2所示。
表2 复合镀层与晶圆上膜层缺陷数量对应表
基座类型 晶圆膜层上的缺陷数量
不锈钢基座，腔壁内表面无复合镀层 2679
不锈钢/掺铝陶瓷层/氮化铝层，腔壁内表面有同样的复合镀层 586
铝层/掺铝陶瓷层/氮化铝层，腔壁内表面有同样的复合镀层 9
铝层/掺铝陶瓷层/氮化铝+氧化铝双层，腔壁内表面有同样的复合镀层 1-2
表2数据充分表明采用本发明的真空镀膜工艺腔室在实现便捷控温的同时，还可以通过优化复合镀层的结构以控制沉积膜层的缺陷，有助于提高成膜质量。
本发明还提供一种可实现便捷控温的真空镀膜工艺方法，所述真空镀膜工艺方法包括在制程工艺开始前，于真空镀膜工艺设备的基座表面和/或腔体内壁形成复合镀层的步骤，所述复合镀层自下而上依次包括金属层、第一陶瓷层和第二陶瓷层，所述第一陶瓷层和第二陶瓷层的材料不同。单个复合镀层的厚度优选为200~600nm。且在一优选示例中，所述金属层的厚度为60nm~190nm，第一陶瓷层的厚度为60nm~280nm，第二陶瓷层的厚度为50nm~145nm。所述复合镀层可以为单个或多个，比如为两个及两个以上。当所述复合镀层为两个及以上，两个及以上的复合镀层依次堆叠，即前一个复合镀层自下而上依次包括金属层、第一陶瓷层和第二陶瓷层，后一个复合镀层的金属层、第一陶瓷层和第二陶瓷层依次堆叠在前一复合镀层的第二陶瓷层上。各个复合镀层的材质可以相同或不同，或可以部分相同，厚度可以相同或不同。
本实施例的真空镀膜工艺方法就是在制程工艺开始前，通过对设备腔体内壁和基座表面进行镀膜，以使设备成为如前述任一方案中的真空镀膜工艺腔室，故前述对所述真空镀膜工艺设备的介绍可以引用至此，比如具体制备复合镀层的方法，可以基于使用的设备的结构不同而选用前述方法中的一种，复合镀层的具体材料可以为前述所述的材料，出于简洁的目的不赘述。由于在制程工艺开始前先在腔体内壁和/或基座表面沉积所述复合膜层，因而在制程工艺中可以实现便捷控温，可以大幅改善工艺套件和晶圆的散热和冷却，非常有利于提高晶圆表面沉积膜层的品质和延长工艺套件的使用寿命。
需要特别说明的是，并不是在每片晶圆的制程工艺开始前都要进行前述沉积复合镀层的工序，因为每沉积一次复合镀层，都可以完成上百片晶圆的制程，所以可以在每次腔体保养结束后再进行新的复合镀层的沉积工序。
综上所述，本发明提供一种可实现便捷控温的真空镀膜工艺设备及方法。所述真空镀膜工艺设备包括溅射源、基座及腔体，所述溅射源位于腔体顶部，所述基座位于所述腔体内，所述基座表面和/或所述腔体内壁上形成有复合镀层，所述复合镀层自下而上依次包括金属层、第一陶瓷层和第二陶瓷层，所述第一陶瓷层和第二陶瓷层的材料不同。本发明的真空镀膜工艺设备通过在腔壁内表面和晶圆基座表面沉积复合镀层，复合镀层可以充分地吸收高温工艺套件和晶圆所辐射出来的可见光和近红外光，可大大加速热量从高温工艺套件向低温腔壁（腔壁通常设有冷却水管路）传递，以及热量由高温晶圆向低温晶圆基座（设有冷却管路）的传导，由此可以大幅改善工艺套件和晶圆的散热和冷却，非常有利于提高晶圆表面沉积膜层的品质和延长工艺套件的使用寿命。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种可实现便捷控温的真空镀膜工艺设备，其特征在于，所述真空镀膜工艺设备包括溅射源、基座及腔体，所述溅射源位于腔体顶部，所述基座位于所述腔体内，所述基座表面和/或所述腔体内壁上形成有复合镀层，所述复合镀层自下而上依次包括金属层、第一陶瓷层和第二陶瓷层，所述第一陶瓷层和第二陶瓷层的材料不同。
2.根据权利要求1所述的真空镀膜工艺设备，其特征在于，所述复合镀层的厚度为200~600nm，所述金属层的厚度为60nm~190nm，第一陶瓷层的厚度为60nm~280nm，第二陶瓷层的厚度为50nm~145nm。
3.根据权利要求1所述的真空镀膜工艺设备，其特征在于，所述金属层的材质包括铝、铜、钼、钨和不锈钢中的任意一种或多种的结合，所述第一陶瓷层和第二陶瓷层的材质包括氮化铝、氧化铝、氧化锆、氧化硅和氧化钇中的任意一种或多种的结合。
4.根据权利要求1所述的真空镀膜工艺设备，其特征在于，所述第一陶瓷层和第二陶瓷层均包括单层或多子层结构。
5.根据权利要求1所述的真空镀膜工艺设备，其特征在于，所述复合镀层为两个及以上，两个及以上的复合镀层依次堆叠。
6.根据权利要求1所述的真空镀膜工艺设备，其特征在于，所述金属层的材质与所述基座的材质相同。
7.根据权利要求1所述的真空镀膜工艺设备，其特征在于，所述腔体为铝制程腔体，所述溅射源包括铝靶和磁控管，所述复合镀层为在制程工艺开始前，利用所述铝靶溅射而成。
8.根据权利要求1所述的真空镀膜工艺设备，其特征在于，所述腔体为非铝制程腔体，所述复合镀层为在制程工艺开始前，将所述溅射源的靶材更换为铝靶后溅射形成。
9.根据权利要求1所述的真空镀膜工艺设备，其特征在于，所述腔体为非铝制程腔体，所述腔体上设置有铝质挡板和ICP线圈；所述复合镀层的制备方法为，在制程工艺开始前，将ICP线圈连接至射频电源以激发等离子体，将铝质挡板放置于所述基座上方并连接至射频偏压，气体离子轰击铝质挡板，由此在腔体内壁和基座表面沉积形成所述复合镀层。
10.根据权利要求1所述的真空镀膜工艺设备，其特征在于，所述腔体为非铝制程腔体，所述溅射源包括磁控管，所述腔体还包括铝质挡板；所述复合镀层的制备方法为，在镀膜工艺开始前，将铝质挡板放置于基座上方并连接直流电源，在磁控管和直流偏压的作用下产生等离子体，铝质挡板在气体离子的轰击下开始溅射，由此在腔体内壁和基座表面沉积形成所述复合镀层。
11.一种可实现便捷控温的真空镀膜工艺方法，其特征在于，所述真空镀膜工艺方法包括在制程工艺开始前，于真空镀膜工艺设备的基座表面和/或腔体内壁上形成复合镀层的步骤，所述复合镀层自下而上依次包括金属层、第一陶瓷层和第二陶瓷层，所述第一陶瓷层和第二陶瓷层的材料不同。
12.根据权利要求11所述的真空镀膜工艺方法，其特征在于，所述复合镀层的厚度为200~600nm，所述金属层的厚度为60nm~190nm，第一陶瓷层的厚度为60nm~280nm，第二陶瓷层的厚度为50nm~145nm。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113529039A (zh) * 2021-09-16 2021-10-22 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 可降低腔室温度的物理气相镀膜设备
CN116904953A (zh) * 2023-09-14 2023-10-20 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 一种气相沉积设备

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110011737A1 (en) * 2009-07-17 2011-01-20 Institute Of Nuclear Energy Research Atomic Energy Council, Executive Yuan High-power pulse magnetron sputtering apparatus and surface treatment apparatus using the same
CN102358937A (zh) * 2011-11-10 2012-02-22 中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所 大面积柔性金属基底高吸热金属陶瓷复合膜连续制备方法
US20120164439A1 (en) * 2010-12-28 2012-06-28 Ultrapack Energy Co., Ltd. Heat dissipating substrate and method for manufacturing the same
CN102607186A (zh) * 2012-03-19 2012-07-25 德州金亨新能源有限公司 一种太阳能集热翅片及其制造方法
CN108679866A (zh) * 2018-04-28 2018-10-19 陕西科技大学 耐腐蚀光谱选择性吸收涂层及其制备方法
CN110344018A (zh) * 2018-04-08 2019-10-18 北京七星华创集成电路装备有限公司 一种多阴极连续镀膜腔室
CN110438460A (zh) * 2019-05-30 2019-11-12 兰州空间技术物理研究所 一种太阳吸收率和红外发射率可调控的热控薄膜结构及其确定方法
CN110670042A (zh) * 2019-12-09 2020-01-10 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 用于厚膜沉积的物理气相沉积设备
CN111996491A (zh) * 2020-09-10 2020-11-27 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种太阳吸收率可设计的热控涂层及制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110011737A1 (en) * 2009-07-17 2011-01-20 Institute Of Nuclear Energy Research Atomic Energy Council, Executive Yuan High-power pulse magnetron sputtering apparatus and surface treatment apparatus using the same
US20120164439A1 (en) * 2010-12-28 2012-06-28 Ultrapack Energy Co., Ltd. Heat dissipating substrate and method for manufacturing the same
CN102358937A (zh) * 2011-11-10 2012-02-22 中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所 大面积柔性金属基底高吸热金属陶瓷复合膜连续制备方法
CN102607186A (zh) * 2012-03-19 2012-07-25 德州金亨新能源有限公司 一种太阳能集热翅片及其制造方法
CN110344018A (zh) * 2018-04-08 2019-10-18 北京七星华创集成电路装备有限公司 一种多阴极连续镀膜腔室
CN108679866A (zh) * 2018-04-28 2018-10-19 陕西科技大学 耐腐蚀光谱选择性吸收涂层及其制备方法
CN110438460A (zh) * 2019-05-30 2019-11-12 兰州空间技术物理研究所 一种太阳吸收率和红外发射率可调控的热控薄膜结构及其确定方法
CN110670042A (zh) * 2019-12-09 2020-01-10 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 用于厚膜沉积的物理气相沉积设备
CN111996491A (zh) * 2020-09-10 2020-11-27 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种太阳吸收率可设计的热控涂层及制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
黄伯云等: "《中国战略性新兴产业 新材料 太阳能新材料》", 31 December 2017, 中国铁道出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113529039A (zh) * 2021-09-16 2021-10-22 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 可降低腔室温度的物理气相镀膜设备
CN116904953A (zh) * 2023-09-14 2023-10-20 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 一种气相沉积设备

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