УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПЛЕНОК В ВАКУУМЕ Советский патент 1995 года по МПК C23C14/24 

Изобретение относится к области нанесения покрытия в вакууме и может быть использовано в технологических вакуумных установках для создания пленочных интегральных схем, устройств лазерной техники (отражателей, модуляторов и т. п.), а также печатного монтажа.

Известно устройство для нанесения в вакууме пленок в виде замкнутого контура, содержащее вращающуюся подложку и маску с отверстием, пропускающим узкий пучок пара испаряемого материала.

Недостатком устройства является то, что при напылении схем необходимо использовать маски. При нанесении пленочных схем посредством масок с разбросом по толщине пленки не хуже ±10% например, из поверхностного испарителя коэффициент полезного использования испаряемого материала равен 9,6% а т. к. площадь схемных элементов составляет, как правило, не более 10% от всей площади маски, то отношение осажденного на площадь схемных элементов материала ко всему количеству испаренного материала не превышает 0,96%
Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для нанесения пленок в вакууме, содержащее подложкодержатель и испаритель направленного действия с выходным каналом.

Данное устройство позволяет вычерчивать тонкие линии, параллельные линии, точки, дуги.

Если известное устройство использовать для напыления схем, то из-за того, что каждый участок элемента схемы необходимо вычерчивать в отдельности, значительно снижается производительность. Кроме того, для вычерчивания пленочных элементов необходимо взаимное перемещение тигля и подложки, поэтому в камеру введен ряд механизмов, управляемых извне, а также осуществляется электрическая коммутация в процессе перемещения тигля, что приводит к конструктивной и технологической сложности, а также к снижению надежности в работе устройств.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение производительности.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для нанесения пленок в вакууме, содержащем подложкодержатель и испаритель направленного действия с выходным каналом, выходной канал выполнен в виде многоканального коллиматора, а подложкодержатель расположен от коллиматора на расстоянии
h где l длина канала;
d внутренний диаметр канала;
b расстояние между осями соседних каналов.

Расположение подложки на указанном соотношением расстоянии позволяет получать четкую топологию напыляемой схемы с достаточной равномерностью по толщине напыляемой пленки. При уменьшении указанного расстояния снижается равномерность по толщине напыляемой пленки вследствие усиления спада интенсивности потока испаренного материала в пространстве между соседними каналами, а при превышении указанного соотношением расстояния повышается равномерность, но уменьшается скорость напыления, что приведет к некоторому снижению производительности.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Устройство для нанесения пленок в вакууме содержит подложку, закрепленную на терморегулируемом подложкодержателе 1, и испаритель направленного действия, состоящий из тигля 2 с испаряемым материалом 3 и выходного канала 4, выполненного в виде многоканального коллиматора, система каналов которого воспроизводит топологию схемы. Для разогрева тигля и выходного канала используется нагреватель 5, выполненный, например, из вольфрамовой проволоки, помещенный в тепловой экран 6, изготовленный, например, из листового молибдена. Подложкодержатель установлен от выходного канала на расстоянии
h где l длина канала;
d внутренний диаметр канала;
b расстояние между осями соседних каналов коллиматора. Коллиматор может быть изготовлен, например, из листового тантала методом лазерной обработки.

Если на выходной канал, выполненный в виде сплошного многоканального коллиматора, устанавливать сменные пластины, прорези которых воспроизводят требуемые топологии схем, то испаритель становится универсальным.

Устройство работает следующим образом.

После откачки подколпачного объема до высокого вакуума включают нагреватель 5. При достижении рабочей температуры испарителя начинается процесс испарения материала 3, пары которого проходят через коллектор, формируются в высоконаправленные молекулярные потоки с пологим максимумом и резким спадом интенсивности по краям и осаждаются на подложке. Пологий максимум потока с резким спадом интенсивности по краям образуется по следующим причинам. Каждый капилляр формирует поток с резким максимумом интенсивности, но при расположении капилляров так, что максимум одного совпадает с максимумом другого, минимум в пространстве между этими соседними капиллярами будет не менее 80% от соседних максимумов, т. е. равномерность напыляемой пленки не хуже ±10% Такое расположение капилляров обеспечивается соотношением, указанным в формуле изобретения. Кроме того, каждый из капилляров влияет на выполнение функции другими капиллярами, т. к. увеличение числа капилляров при неизменной пропускной способности всего выходного канала (т. е. при неизменной общей площади сечения выходного канала) приводит к уменьшению длины свободного пробега молекул пара, допустимой для обеспечения молекулярного эффузионного истечения через капилляры, т. е. к повышению давления пара, что в свою очередь приводит к увеличению производительности из-за повышения скорости напыления. При этом, т. к. поток испаренного материала, прошедший через систему капилляров, воспроизводит требуемую топологию схемы, то одновременно напыляется вся схема в целом.

Так, при напылении пленочных элементов из серебра при температуре поликоровой подложки 250-300^оС и температуре испарителя 1220^оС (параметры устройства: система капилляров диаметром 30 мкм с расстоянием между осями соседних капилляров 80 мкм и расстоянием от выходного канала до подложки 1,7 мм) получены пленки со скоростью осаждения 167,4 А/мин, и с разбросом по толщине ±8% при коэффициенте полезного использования испаряемого материала ≈ 80%
Применение этого устройства для нанесения пленок обеспечивает следующие преимущества:
во-первых, повышение производительности вследствие напыления всей схемы в целом. Так, например, при изготовлении только коммутирующей разводки схемы пленочной термопечатающей головки (ширина проводников 250 мкм и общая длина 25 мм) предлагаемое устройство обеспечивает время напыления более как в 900 раз меньшее, чем при напылении в базовом устройстве, вычерчивая такие же элементы одиночным капилляром;
во-вторых, упрощение устройства из-за отсутствия ряда управляемых извне вакуумной камеры механизмов и электрической коммутации при вращении тигля либо при перемещении подложки; более того, при изготовлении микросхемы средней сложности в базовом устройстве необходима для управления процессом ЭВМ.

Кроме того, при использовании устройства упрощается и способ изготовления схемы по сравнению с базовым, т. к. при выполнении выходного канала в виде многоканального коллектора, воспроизводящего требуемую топологию схемы, отпадает необходимость в сложных операциях перемещения и коммутации тигля и подложки.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПЛЕНОК В ВАКУУМЕ, содержащее подложкодержатель и испаритель направленного действия с выходным каналом, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения производительности, выходной канал выполнен в виде многоканального коллиматора, подложкодержатель расположен от коллиматора на расстоянии

где l длина канала;
d диаметр канала;
b расстояние между соседними каналами.