Испаритель Советский патент 1986 года по МПК C23C14/24 

1257115

относится к нанесению

НИ НИ пе

покрытий в вакууме и может быть использовано для напыления пленок дорогостоящих материалов для элементов интегральных схем.

Известно устройство для нанесения пленок в вакууме, содержащее тигель с выходным профилированным каналом, причем тигель и выходной канал помещены в.радиационньш тепловой блок.

Такое устройство не обеспечивает достаточно низкий расход, материала из-за того, что в потоке выходящего пара имеются частицы, отраженные от стенок выходного канала диффузно, т.е. с потерей первоначальной скорости направленного движения потока.

Известен также испаритель направленного действия, содержащий тигель, съемный симметричный паропровод, испускающую п коллимирующую диафрагмы, нагреватель и тепловые экраны,,

Верхняя часть паропровода, не йог- в нагреватель, имеет более низкую.температуру, чем нижняя часть и тигель. Поэтому материал из наружных слоев выходящего через паропровод потока пара, который не попадает на подлолску, осаждается на внутреннюю поверхность верхней части паропровода. После напыления при новой . загрузке материала паропровод устанавливают так, чтобы сконденсировавшийся материал оказался внизу и бьш использован таким обрггзом в следующем цикле напыления. Благодаря этому в таком испарителе снижен расход ис-. паряемого материала.

Недостатком известного испарителя является низкая скорость напыления, огра 1иченная появлением брызг при ее повышении. Возникновение брызг обусловлено тем, что при напылении температура паропровода изменяется от температуры испарения в нижней части паропровода до температуры конденсации в верхней части, проходя все значения между этими температурами, включая и температуру, при которой конденсация происходит в жидкую фазу. Эта фаза находится преимущественно в виде капель, которые при повышении скорости напыления захватываются проходящил по паропрово,цу потоком и переносятся на поверхность, подложки. Канли микронного размера па подложке появляются уже при скорости нанесения 70 Л/с, При увеличе-

.

0

5

0

5

0

5

0

5

НИИ скорости напыления путем повыше-г НИЛ температуры испарения размер капель увеличивается.

Этот испаритель также имеет большой общий диаметр всей напыляемой пленки при малом размере полезной зоны напыления, т,е. зоны, в которой неравномерность толщины пленки допустима для размещения в ней напьшяемых подложек. Вследствие этого повьш1ает- ся расход испаряемого материала.

Цель изобретения - повьш1ение ско- рости напыления и снижение расхода испаряемого материала.

Указанная цель достигается тем, что в испарителе, содержащем тигель, съемный симметричный паропровод с испускающей и. коллимирующей диафрагмами, нагреватель и тепловые экраны, испускающая диафрагма размещепа в средней части паропровода, тепловые экраны расположены по обе стороны испускающей диафрагмы оДин против другого, а нагреватель охватывает паропровод до уровня тепловых экранов со стороны тигля, причем отверстие в испускающей диафрагме выполнено в виде сходящегося-расходящегося сопла, а паропровод снабжен двумя дополнительными коллимирующими диафрагмами, расположенными симметрично по обе стороны испускающей диафрагмы, а диафрагмы выполнены .в виде дисков с кольцевыми прорезями.

Установка в средней части паропровода испускающей диафрагмы с тепловыми экранами позволяет осуществить конденсацию только в твердую фазу, так как верхняя часть (верхний конденсатор) паропровода, отделенная от средней части экранами, имеет температуру ниже температуры плавления. Средняя часть паропровода вместе с испускающей диафрагмой размещепа в области между верхним срезом нагревателя и Т-образной ш,елью в нем. Эта область нагревателя благодаря мень- шему сечению нагрева, обеспеченному формой щели, имеет более высокую температуру и осуществляет .дополнительный подвод тепловой энергии к средней части паропровода, компенсирующий повышенные потери ее из-за излучения с испускающей диафрагмой. Поэтому на средней части паропровода и испускающей диафрагме вообще нет конденсации. Отсутствие жидкой фазы в средней части устраняет возможность захвата ее

312571

потоком и переноса на подложку, что позволяет повысить скорость напыления .

Кроме того, наличие диафрагмы в средней части паропровода дает врз- 5 можность уменьшить диаметр всей пло- 1ЦРДИ,- на которую осаждается испарен- ньш материал, и тем самым уменьшить соотношение ме;:-ду этой площадью и

полезной площадью зоны напыления, где

обеспечивается требуемый разброс по толщине пленки. При этом за пределами полезной зоны напьшения пленка имеет более резкий спад толщины, что снижает расход испаряемого материала.

Отверстие в испускающей диафрагме в виде сходящегося-расходящегося сопла устраняет турбулентные завихрения выходящего потока при высокой скорости нанесения и повышает тем самым равномерность напыляемой пленки. Это ведет к расширению зоны напьшения, а значит, и к снижению расхода напыляемого материала.

Коллимирующие диафрагмы с кольце- выми прорезями осуществляют дополни- тельную коррекцию диаграммы направленности испарителя. В точке, лежащей в центре подложки, часть диафра - мы, ограниченная кольцевой прорезью, затеняет определенную часть отверстия испускающей диафрагмы. В точке, смещенной в сторону от центра подложки, открывается большая часть отверстия, т.е увеличивается его зффек- тивная испускающая поверхность, что компенсирует спад первоначальной диаграммы направленности испускающей диафрагмы. В коллимирующих диафрагмах с прорезями могут быть выполне- ны также отверстия, осуществляющие дополнительную коррекцию диаграммы направленности, причем значительно повышается равномерность наносимых пленок, а значит, расширяется полез- нал зона напьшения, т.е. снижается расход напьшяемого материала.

Кроме того, расширение полезной зоны напьшения при нанесении пленки ;на подложку определенного размера позволяет уменьшить расстояние от испарителя до подложки. Скорость нанесения при зтом также возрастает, так как она изменяется обратно пропорционально квадрату этого расстояния.

На фиг.1 изображен предлагаемый ;испаритель, разрез; на фиг.2 - вид А на фиг.1.

5

0

5

0

0 5 0 5

0 5

154

Испаритель содержит расположенные в вакуумной камере подложку 1 и нагреватель 2 с установленными в -нем тиглем 3 с испаряемым материалом 4 и съемным симметричным паропроводом. Паропровод состоит из средней части 5 с испускающей диафрагмой 6, отверстие в которой выполнено в виде сходящегося-расходящегося сопла 7, и конденсаторов 8 и 9, на торцах которых установлены торцовые коллимирую- щие диафрагмы 10 и 11 с отверстиями по форме подложки и дополнительные Коллимирующие диафрагмы 12 и 13 в виде дисков с кольцевьЕми прорезями и о /верстиями, укрепленные на молибденовых балках 14 и 15. Края подложки и отверстий в торцовой и испускающей диафрагмах лежат на прямой, обозначенной штрихпунктиром. Кондесаторы соединены со средней частью паропровода и испускающей диафрагмой посредством молибденовых штифтов 16. По обе стороны испускающей диафрагмы 1уста- . новлены тепловые экраны 17.

Нагреватель окружен молибденовыми экранами 18 и выполненными как одно целое с ним экранами 19. Кроме того, нагреватель имеет токоподводы 20, предназначенные также и для крепления всего устройства в стандартных держателях вакуумной установки. Т-образная щель нагревателя, обозначенная пунктирной линией, оканчивается на уровне нижнего торца испускающей диафрагмы, причем сечение нагревателя в верхней части меньше, чем в нижней.

Испаритель может быть выполнен из графита марки МПГ-6 или другого высокотемпературного материала.

Предлагаемый испаритель работает следующим образом.

После откачки вакуумной камеры и прогрева подложки 1 включают нагреватель 2 и доводят до рабочей темпера туру тигля 3 с испаряемым материалом 4. До этой же температуры нагревается и нижний конденсатор 9 со средней частью паропровода 5, диафрагмой 6 и соплом 7. Пары материала проходят через сопло 7 и попадают на подложку 1. Часть паров, не попадающих на подложку 1, осаждается на верхнем конденсаторе 8, имеющем более низкую температуру;

После окончания цикла напьшения меняют подложку, в тигель 3 догружа51

ют испаряемый материал, а паропровод переворачивают конденсатором 8 вниз так, что осевший в нем материал используется в следующем цикле напыления наравне с материалом 4 в тигле 3.

Установленная на верхнем конце паропровода торцовая диафрагма 10 формирует поток в отверстии с конфигурацией напыляемой подложки 1, собирая на себя материал, летящий за ее пределы. С диафрагмы 11, находящейся в тигле, в это время испаряется материал, осевший в предыдущем цикле напьшения..

Диафрагма 12 собирает на себя часть материала, летящего в центр зоны напьшения, и ничего не берет или берет меньшую часть из того материала который летит на край полезной зоны напыления, повьш1ая равномерность пленки и расширяя таким образом полезную зону напыления. С диафрагмы 13, находящейся в тигле, в это время испаряется материал, осевший на нее в предыдущем цикле напыления.

Напряжение к нагревателю 2 подводится через токоподводы 20. Благодаря меньшему сечению нагревателя в верхней части он имеет повьш1енную температуру, компенсируя дополнитель156

ные потери тепла в области средней части паропровода.

Предложенный испаритель с длиной паропровода 70 мм и внутренним диаметром 20. мм, а также с минимальным диаметром сопла 8 мм.при напылении на подложку размерами 60x48 мм обеспечивает коэффициент полезного использования (КГШ) испаряемого материала 24% при разбросе по толщине напыляемой пленки ±2,5%, т.е. позволяет в 2,4 раза снизить расход материала по сравнению с известным устройством при том же разбросе по толщине. Установка на расстоянии 14 мм от сопла диафрагмы с кольцевой прорезью наружным диаметром 20 мм и внутренним 4,5 мм снижает расход материала еще в 1,75 раза, обеспечивая КПИ 42%. Торцовая диафрагма с отверстием по форме подложки уменьшает расход в 1,4 раза (КПИ-34%). Одновременная установка торцовой диафрагмы снижает расход материала в 2,45 раза, обеспечивая КПИ 59%. Таким образом, в предложенном устройстве расход материала снижен в 5,9 раза по сравнению с известным.

Предложе шре устройство обеспечивает скорость нанесения 320 А/с, что в 4,5 раза вьпие, чем у известного.

Составитель В.Казанков Редактор Н.Швьщкая . Техред И.Попович Корректор В.Синицкая

Заказ А883/21 Тираж 878Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

fpu3.2