一种拼装型的掩模板装置的制作方法

本发明涉及薄膜沉积领域，特别地涉及一种拼装型的掩模板装置，用于半导体器件制备过程的沉积图形化薄膜。

背景技术：

在太阳能电池、发光二极管、光电探测器和晶体管等器件的研究和生产过程中，经常需要使用掩模板装置来形成特定图案的薄膜材料，特别是图形化的金属电极材料。这些掩模板装置往往被应用到热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射、化学气相沉积和原子层沉积等设备中。掩模板加工方式多种多样，常见的有光化学刻蚀、激光刻蚀和机械加工等。

目前关于掩模板的设计和制作并没有统一的标准，但是掩模板装置优劣对能否制备高性能的薄膜具有很重要的作用。影响薄膜性能的因素包括，掩模板的平整度，掩模图案的精确度，掩模板的厚度等。掩模板的平整度能够影响样品与掩模板的贴合程度，从而影响沉积材料是否会透过间隙沉积到预定义区域以外。而掩模板图案的精确度直接关系了所得图案的面积准确度，这对有效面积要求苛刻的器件来说是至关重要的。掩模板的厚度则通常会影响薄膜沉积的阴影效果，越薄的掩模板往往阴影效果越不明显，而且越薄的掩模板往往图案精确度也越高。总之，光滑平整的薄掩模板更有利于高质量的图形化薄膜制备。

在许多器件研究过程中，我们常常需要进行对比试验，有时候甚至需要对掩模板进行更换，这就要求我们能够制造出具有高灵活性且高质量的掩模板装置。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为解决上述技术问题，本发明提供了一种拼装型的掩模板装置，各部件通过拼装方式连接，可以实现掩模板装置交叉重复使用，提高了制作的灵活性。

(二)技术方案

一种拼装型掩模板装置，包括层叠的掩模板和样品框架板，所述样品框架板与掩模板拼装连接，所述样品框架板设置样品槽，用于放置样品；所述掩模板设置掩模图案，用于在样品上形成对应于掩膜图案的薄膜。

上述方案中，所述掩模板装置还包括掩模板压板，所述掩模板压板层叠至掩模板并与掩模板拼装连接，所述掩模板压板设置有沉积窗口。

上述方案中，所述掩模板装置还包括样品盖板，所述样品盖板层叠至样品框架板并与样品框架板拼装连接，用于固定样品。

上述方案中，所述掩模板装置还包括样品夹，所述样品夹一端固定于样品框架板，另一端压于样品表面，通过调节样品夹角度和位置实现不规则形状样品的固定。

上述方案中，所述掩模板装置还包括样品压条，所述样品压条一端固定于样品框架板，另一端压于样品表面，样品压条可单独拆卸，用于实现样品的单独取放或位置调节。

上述方案中，通过螺丝和螺母，或者胶带、胶水或磁力进行拼装连接，

所述掩模板设置长条形螺丝孔洞，用于实现掩模板的移动和固定。

上述方案中，所述掩模板设置多个相同结构的掩膜图案，或多个不同结构的掩膜图案。

上述方案中，所述掩模板为单个的掩模板单元。

上述方案中，所述掩模板设置下凹型或穿透型编号作为标记，用于区分掩模板以及样品自动编号；和/或所述样品框架板设置下凹型或穿透型编号作为标记，用于区分样品框架板。

上述方案中，所述样品槽四边设置有缺口，用于夹取样品；和/或所述样品槽边角设置有缺口，防止加工误差导致样品无法放入。

(三)有益效果

本发明提供的拼装型的掩模板装置具有以下有益效果：

(1)可以实现掩模板装置各部件交叉重复使用，提高了制作的灵活性，提高了掩模板装置的利用率；

(2)使掩模板保持平整，有利于样品与掩模板的贴合，实现高质量图形化薄膜的制备；

(3)可用于无规则形状的样品以及不同沉积朝向的设备；

(4)可制备不同图案的掩模板阵列。

附图说明

图1是本发明实施例1带掩模板压板的掩模板装置示意图；

图2是本发明实施例2带分散掩模板和样品盖板的掩模板装置示意图；

图3是本发明实施例3带样品夹和样品压条的掩模板装置示意图；

图4是本发明实施例4单个掩模板装置示意图。

具体实施方式

本发明提供一种可拼装型掩模板装置，包括掩模板和样品框架板，样品框架板叠置在掩模板上方，掩模板设置掩模图案，用于在样品上形成具有特定图案的薄膜，样品框架板设置样品槽，用于放置样品；

掩模板装置各部件独立加工，通过拼装方式连接，能够实现部件的装卸，交叉重复使用。

掩模板装置还包括掩模板压板、样品盖板、样品夹和样品压条中的一种或多种。

采用较薄的掩模板有利于提高掩模板图案的精确度，减少阴影效果，同时能够适应在倾斜条件下的薄膜沉积。掩模板厚度为0.01mm-1mm，样品框架板厚度为0.1mm-1mm。掩模板压板厚度为0.1mm-1mm，样品盖板厚度为0.1mm-2mm，样品夹厚度为0.1mm-1mm，样品压条厚度为0.1mm-1mm。

各部件所用材料为铝板、铜板、镍板、不锈钢板等金属板材。

各个部件的加工方式包括光化学刻蚀、激光刻蚀、机械加工等。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供一种拼装型的掩模板装置，该掩膜板装置带有掩模板压板，各部件通过螺丝连接，包括层叠拼装的掩模板压板12、掩模板13和样品框架板14，掩模板13位于模板压板12和样品框架板14之间。

掩模板压板12包括多个圆形螺丝孔121和沉积窗口122，沉积窗口122呈二维阵列排布，在每个沉积窗口的四个边角附近各设置一圆形螺丝孔121，沉积窗口的面积大于样品框架上的方形样品槽142的面积，沉积窗口的作用是不遮挡沉积材料，而掩膜板压板的其他部分可以起到压紧掩模板的作用。

掩模板13包括多个圆形螺丝孔131和掩模图案132，多个相同的掩膜图案呈二维阵列排布，圆形螺丝孔131与掩模板压板12的圆形螺丝孔121位置对应，掩模图案132与沉积窗口122位置对应。

样品框架板14包括多个圆形螺丝孔141和方形样品槽142，多个方形样品槽呈二维阵列排布，可以同时放置多个样品，圆形螺丝孔141与掩模板13的圆形螺丝孔131位置对应，方形样品槽142与掩模图案132位置对应。

方形样品槽142四边均设置有槽边缺口143，方便用镊子等夹取样品。

螺丝11穿过掩模板压板12、掩模板13和样品框架板14对应位置上的圆形螺丝孔与螺母15连接，从而实现三者的固定连接。

掩模板压板12、掩模板13、样品框架板14均由光滑不锈钢板制成，所用加工工艺为光化学刻蚀。

掩模板四周边角进行倒圆角加工，防止尖角对人员或设备造成损害。样品框架板四周边角进行倒圆角加工，防止尖角对人员或设备造成损害。

掩模板压板12厚度为0.5mm，掩模板13厚度为0.1mm，样品框架板14厚度为1mm。

通过将掩模板和样品框架板进行组装的方式来形成掩模板装置，在样品框架板孔洞和掩模板的连接处不会产生缓变的过渡边，有利于样品与掩模板的贴合。

还可根据样品的厚度需要，使用多个框架板进行叠加的方式来形成不同厚度的样品框架。

本实施例中，掩模板压板的设置有利于使掩模板保持平整稳定。平整光滑的不锈钢掩模板有利于样品与掩模板的紧密贴合，0.1mm厚的掩模板能够保证薄膜尺寸的精确度和薄膜质量，1mm厚的样品框架板适合厚度为200μm-1000μm的硅片、玻璃等样品。

实施例2

如图2所示，本发明实施例提供一种拼装型的掩模板装置，该掩模板装置带有分散掩模板和样品盖板，包括层叠拼装的分散掩模板22、样品框架板23、和样品盖板25，即样品框架板23位于分散掩模板22和样品盖板25之间。

分散掩模板22包括螺丝孔221和掩模图案222，分散掩模板由多个独立的掩模板单元构成，多个掩模板单元呈二维阵列排布，在每个掩模板单元的四个边角处各设置一螺丝孔221，每个掩膜板单元具有不同的掩模图案，适用于不同器件薄膜和金属电极的制备。

样品框架板23包括螺丝孔231和方形样品槽232，多个方形样品槽阵列排布，可以同时放置多个样品，每个方形样品槽四边均设置有缺口233，方便用镊子等夹取样品；

样品盖板25用于固定样品，给样品提供一定的压力使样品与分散掩模板贴合紧密，同时可以保护样品背面或者侧面不会在材料沉积过程中被污染，能够将样品进行封装，保证样品在任意朝向上不发生移动或者掉落，因此不受沉积源位置的限制。样品盖板25上设置大于固定螺母外径的螺母孔251，从而样品盖板可以直接压于样品表面，同时可以通过更大外径的垫片26和螺母27将样品盖板25固定于掩模板装置上。

掩模板22、样品框架板23和样品盖板25均由光滑不锈钢板制成。所用加工工艺为光化学刻蚀。

掩模板22、样品框架板23通过螺丝21、螺母24固定，再通过垫片26和螺母27将样品盖板25连接固定至样品框架板23。

掩模板22厚度为0.1mm，样品框架板23厚度为1mm，样品盖板25厚度为2mm。

本实施例中，独立的掩模板单元可以随意更换调整，便于同时沉积不同的掩模图案。样品盖板有利于固定样品，适用于一些需要将样品竖直或者反着放置的场合。

实施例3

如图3所示，本发明提供一种拼装型的掩模板装置，该掩膜板装置带有样品夹和样品压条，包括拼装的掩模板32和样品框架板33，以及样品夹34和样品压条35；

掩模板32包括螺丝孔321、掩模图案322和样品编号孔洞323。多个相同的掩膜图案呈二维阵列排布，可以同时形成多个相同的掩模图案；掩模板表面刻蚀有穿透型样品编号孔洞323，每一掩模图案均对应一样品编号孔洞323，可以用于薄膜样品的自动编号，同时便于区分不同掩模板。

样品框架板33包括螺丝孔331、方形样品槽332、样品槽边缺口333、样品槽角缺口334和样品框架编号335。多个方形样品槽332呈二维阵列排布，可以同时放置多个样品；每个方形样品槽四边均设置有样品槽边缺口333，方便用镊子夹取样品；每个方形样品槽四角设计有样品槽角缺口334，防止由于框架孔洞或样品边角尺寸误差导致无法将样品放入；样品框架板33表面刻蚀有下凹型样品框架编号335，可以用于掩模板装置的编号。

样品夹34用于实现不规则形状样品的固定，样品夹呈L型，其一端有螺丝孔洞，通过螺丝将样品夹固定于样品框架板上表面，并且可以调节样品夹的角度和位置。样品夹另一端弯折，用于样品的水平方向位置固定。

样品压条35一端有螺丝孔洞，用于样品压条的固定及角度调节。另一端可以根据需要向下弯曲成一定弧度，用于给样品施加特定压力。

所述掩模板32、样品框架板33、样品夹34和样品压条35上对应位置均设置有圆形螺丝孔洞，通过螺丝31和螺母36连接固定。

掩模板32厚度为0.1mm，样品框架板3厚度为1mm。

本实施例中，样品夹可以任意调整角度和位置，便于不规则形状样品的固定。不同位置的样品压条可以单独拆卸，便于不同位置样品的灵活更换。

实施例4

如图4所示，本发明提供一种可拼装型掩模板装置，该掩模板装置带有单个掩模板，包括拼装的掩模板42和样品框架板43；

掩模板42包括螺丝孔421和掩模图案422，掩模板为单个掩模板单元，即掩模板具有单个的掩模图案，这有利于在同一块框架上根据需要装上不同的掩模板单元。

样品框架板43包括螺丝孔431、样品槽432、样品槽边缺口433和样品槽角缺口434，样品框架板具有单个的样品槽432，与单个掩模图案相对应。

掩模板42，样品框架板43上对应位置均设置有圆形孔洞，通过螺丝41和螺母44连接固定。

掩模板42厚度为0.1mm，样品框架板43厚度为0.5mm。

本实施例中，单个掩模板装置可以更加灵活地与其他不同掩模板图案的掩模板装置组合使用。

样品固定方式包括上述的样品盖板、样品夹和样品压条，还包括胶带固定。

掩模板装置各部件采用螺丝拼装时，可以灵活控制不同结构掩模板单元的装卸。螺丝一方面有利于不同部件之间的对准，另一方面还可以用来固定样品夹和样品压条。同时，通过设计具有长条形螺丝孔洞的掩模板，可以实现掩模板在框架板上某个方向的移动和固定，这有利于调节掩模图案在样品上的位置，便于一些特定研究的开展，如制备不同有效面积的太阳电池、发光二极管等。

掩模板装置各部件还可以采用胶带、胶水和焊接等方式进行拼装，掩模板装置上下表面不会产生多余的凸起，可以防止凸起造成的掩模板装置无法安装到沉积设备工件台上的问题。

虽然只是在实施例2中描述了样品盖板，但本发明不限于此，很明显，在其他实施例中，可以包括有样品盖板，样品盖板拼装至样品框架板以固定样品，使得针对不同位置的沉积设备的蒸发源(例如蒸发源位于侧方或上方)，掩模板装置可以竖直或者相对于附图反向放置使用。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。