[发明专利]一种热蒸发物理气相沉积系统及其使用方法

说明书

本发明属于薄膜生长技术领域，公开了一种热蒸发物理气相沉积系统及其使用方法，系统包括：真空组件、在线监测组件；真空组件包括真空镀膜腔，真空镀膜腔中设置有坩埚；在线监测组件包括质谱仪、纳米压痕仪；质谱仪用于对蒸发的气体成分进行实时监测；纳米压痕仪用于对镀膜与衬底之间的粘合强度进行实时监测。本发明具有多维度质量检测功能，可以显著提高PVD中生长样品的良品率，节约成本。

技术领域

本发明涉及薄膜生长技术领域，尤其涉及一种热蒸发物理气相沉积系统及其使用方法。

背景技术

物理气相沉积(PVD)的常用方法之一是热蒸发，这是一种真快薄膜沉积形式，可用于将纯材料涂层涂覆到各种物体的表面。涂层，也称为薄膜，通常在埃米至微米的厚度范围内，可以是单一材料，也可以是分层结构中的多种材料。

用热蒸发技术蒸发的材料可以是纯原子元素，包括金属和非金属，或者可以是诸如氧化物和氮化物的分子。待涂覆的物体被称为衬底，可以是各种各样的物质中的任何一种，可以应用于微电子器件、半导体晶片、电池和燃料电池电极的制造，扩散阻挡层，光学和导电涂层以及表面改性等。

热蒸发加热高真空腔内的固体材料，使其达到蒸发的温度，在真空腔内，即使相对低的蒸气压也足以在腔室内产生蒸汽云。这种蒸发的材料现在构成蒸汽流，其穿过腔室并撞击基板，作为涂层或薄膜粘附在其上。

因为在大多数热蒸发过程中，材料被加热到其熔点并且熔化成液体，所以它通常位于腔室的底部，通常位于某种直立的坩埚中。然后蒸汽在该底部源上方上升，并且基板在腔室顶部的适当固定装置中保持倒置。因此，待涂覆的表面朝向加热的源材料向下以接收它们的涂层。但是，由于热蒸发的温度比较高，所以会导致坩埚材料也常常会被蒸发成为蒸汽云，最终污染沉积的薄膜，这一直是困扰热蒸发PVD的一个过程。

目前国际市场上的设备只针对温度、膜厚、翘曲、应力这些参数的测量，其他的在线监测技术在生产设备上的使用还未见报导。

发明内容

本申请实施例通过提供一种热蒸发物理气相沉积系统及其使用方法，解决了现有技术中物理气相沉积镀膜设备不具备多维度质量在线检测功能的问题。

本申请实施例提供一种热蒸发物理气相沉积系统，包括：真空组件、在线监测组件；

所述真空组件包括真空镀膜腔，所述真空镀膜腔中设置有坩埚；

所述在线监测组件包括质谱仪、纳米压痕仪；

所述质谱仪位于所述真空镀膜腔的外侧，并与所述真空镀膜腔联结，所述质谱仪用于对蒸发的气体成分进行实时监测；

所述纳米压痕仪位于所述真空镀膜腔的外侧，并与所述真空镀膜腔联结，所述纳米压痕仪用于对镀膜与衬底之间的粘合强度进行实时监测。

优选的，所述在线监测组件还包括：X射线衍射仪；

所述X射线衍射仪与所述真空镀膜腔联结，所述X射线衍射仪用于对衬底的晶向、应力进行实时监测。

优选的，所述在线监测组件还包括：CCD相机；

所述CCD相机位于所述真空镀膜腔的外侧，并分别与所述真空镀膜腔、服务器联结，所述CCD相机用于对衬底、薄膜的翘曲进行实时监测。

优选的，所述坩埚采用金属铼或钨铜合金材料制作而成。

优选的，所述坩埚为表面镀有金属铼涂层或钨铜合金涂层的坩埚。

优选的，所述真空组件还包括：真空泵、真空阀、加热器、基片支撑台、旋转驱动电机；

所述真空阀安装在所述真空泵与所述真空镀膜腔之间；

所述加热器用于对所述坩埚进行加热；