CN115449759B - 电子束蒸镀铝膜用坩埚及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电子束蒸镀铝膜用坩埚及其使用方法，包括坩埚本体，坩埚本体为上端半径较大的锥形圆筒结构；坩埚本体上设置有多条第一缝隙与多条第二缝隙，第一缝隙与第二缝隙均沿径向镂空；第一缝隙从第一开口端沿纵向延伸并形成第一封闭端，第一开口端设置在坩埚本体的上沿；第二缝隙从第二开口端沿横向延伸并形成第二封闭端，第二开口端与第一缝隙连通；坩埚本体内壁在靠近坩埚本体上沿处沿周向设置有向内凸起的台阶结构；坩埚本体的材质为三氧化二铝。本发明解决了电子束蒸发镀膜设备沉积铝薄膜时，铝几乎可以和所有的金属都可以形成合金，影响蒸镀铝膜的纯度，且水冷坩埚内直接蒸镀铝膜会引入坩埚自身的金属原子的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及工业生产技术领域，具体地，涉及一种电子束蒸镀铝膜用坩埚及其使用方法。
背景技术
使用电子束蒸发设备蒸镀铝膜，是薄膜工艺工程师面临的一大难题。主要原因是铝几乎可以和所有的金属形成合金。通常用来盛载待蒸镀材料的钨、钼、钽等材质的坩埚，因为存在与铝形成合金的问题，无法作为蒸镀铝的衬锅使用。也有人把石墨坩埚作为蒸镀铝膜的衬锅使用(姚惠民,李淑娜,杨建勋,沈德波.一种半导体生产用石墨坩埚蒸铝的工艺[P].辽宁省：CN114481031A,2022-05-13)，但在高温下铝会和石墨反应会生成淡黄色的碳化铝，降低铝的纯度，同时铝原子会扩散到石墨坩埚碳原子之间的缝隙，造成坩埚破裂。氮化硼坩埚耐高温且极其致密，但由于其材料不导电，只可在热蒸镀铝膜时使用。当使用氮化硼坩埚和电子束设备蒸镀铝膜时，坩埚内积累的大量电子会造成电子束无法轰击待蒸镀铝料。在现实的生产中，很多企业采用将铝料直接放进水冷坩埚，用大功率的电子枪将铝料熔化，电子束斑落点的温度和铝料底部存在比较大的温度差，熔融的金属液面产生的表面张力，让铝料无法向外铺展做功，来完成蒸镀铝膜。但这种方法蒸镀铝膜要求电子枪功率的非常大，这会造成水冷坩埚底部和周围受到高温氧化。在蒸镀铝膜的过程中，真空腔壁的吸附的水分子会析出，造成铝膜的氧化，引起物料飞溅，蒸镀的铝膜表面杂质颗粒较多，铝膜电阻率偏高，同时通过EDS检测，蒸镀的铝膜内含有水冷坩埚的金属元素，如铜铁、铜等。
目前坩埚的专利有很多，但用于电子束蒸镀铝膜的专用坩埚却未见报道，本发明具有首创性。
公开号为CN203558861U的专利文献公开了一种应用于电子束熔炼多晶硅的水冷铜坩埚，包括埚体和底座，埚体底部通过连接件与底座固定连接，埚体与底座之间沿埚体外壁形成空腔，其特征在于底座中心部位与空腔通连形成进水口，空腔上端两侧与埚体通连形成出水口，位于空腔内的进水口上方设置有均流板，且均流板与埚体的熔炼区底面积大小一致。该实用新型所具有的有益效果是：结构简单，改造方便，水流在水冷铜坩埚内流动性好，提高换热效果；从底部进入的水流经均流板作用后，能够充分保证水冷均匀，保证水冷铜坩埚的受热均匀，从而提高水冷铜坩埚的使用寿命。但通过水冷铜坩埚蒸镀铝膜的方法要求电子枪功率的非常大，造成水冷坩埚底部和周围受到高温氧化。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电子束蒸镀铝膜用坩埚及其使用方法。
根据本发明提供的电子束蒸镀铝膜用坩埚，包括坩埚本体，所述坩埚本体为上端半径较大的锥形圆筒结构；
所述坩埚本体上设置有多条第一缝隙与多条第二缝隙，所述第一缝隙与第二缝隙均沿径向镂空；
所述第一缝隙从第一开口端沿纵向延伸并形成第一封闭端，所述第一开口端设置在坩埚本体的上沿；所述第二缝隙从第二开口端沿横向延伸并形成第二封闭端，所述第二开口端与所述第一缝隙连通；
所述多条第一缝隙沿周向分布于坩埚本体上，所述一条第一缝隙的两侧均连通有第二缝隙，所述一条第二缝隙仅与一条第一缝隙连通；
所述坩埚本体内壁在靠近坩埚本体上沿处沿周向设置有向内凸起的台阶结构；
所述坩埚本体的材质为三氧化二铝。
优选地，所述第一缝隙与第二缝隙的宽度均为0.2mm—2mm。
优选地，所述台阶结构设置在坩埚本体内壁距离坩埚本体上沿2mm—3mm处；
所述台阶结构向内延伸的尺寸为1mm。
优选地，所述坩埚本体的材质为纯度高于99.99％的三氧化二铝。
优选地，所述多条第一缝隙沿周向均匀分布于坩埚本体上，所述多条第二缝隙均匀设置在第一缝隙的两侧；
所述相邻两条第一缝隙的相对侧所连通的第二缝隙依次交错设置，所述相邻的第二缝隙之间的距离相等。
优选地，所述第一缝隙的数量为4—16条，第二缝隙的数量为4-32条。
优选地，所述第一缝隙与第二缝隙之间相互垂直。
根据本发明提供的电子束蒸镀铝膜用坩埚的使用方法，采用所述的电子束蒸镀铝膜用坩埚，包括如下步骤：
步骤1：蒸镀铝膜前，向坩埚本体中多次添加铝颗粒预熔，直至待蒸镀的铝材料高出坩埚本体上沿预设距离；
步骤2：使用所述电子束蒸镀铝膜用坩埚蒸镀铝膜。
优选地，步骤1中，所述预设距离为2-5mm。
优选地，步骤2中，蒸镀时，所述坩埚本体放置于水冷坩埚中，熔融的铝液仅接触水冷坩埚的底部，且熔融的铝液面呈凸起状。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用三氧化二铝材质的坩埚本体的技术手段，解决了电子束蒸发镀膜设备沉积铝薄膜时，铝几乎可以和所有的金属都可以形成合金，影响蒸镀铝膜的纯度，同时造成坩埚的损坏，且水冷坩埚内直接蒸镀铝膜会引入坩埚自身的金属原子的技术问题，本发明不但可以尽量避免引入其他金属元素，同时还可以起到待蒸镀材料与水冷坩埚之间的隔热效果，大大降低电子束蒸镀铝膜的功率，尽量减少蒸镀的铝膜不被氧化。
2、本发明采用在坩埚本体上设置第一缝隙与第二缝隙的技术手段，解决了三氧化二铝受热后会产生比较大的应力，造成坩埚的无规则开裂的技术问题，该结构能够阻断热胀冷缩产生的应力，防止坩埚裂开，同时还防止液态的铝流出与水冷坩埚壁接触。
3、本发明采用将坩埚本体设置为去除底部的锥形圆筒结构的技术手段，方便了电子束蒸镀时电荷的导走，且坩埚内的铝料只会在底部有少部分氧化，不会像直接使用水冷坩埚的情况下，蒸镀完毕冷却后氧化膜包裹整个铝料。
4、本发明采用向坩埚本体中多次添加铝颗粒预熔直至待蒸镀的铝材料高出坩埚本体上沿预设距离的技术手段，且为了防止铝材料高出坩埚上沿时溢出，采用坩埚本体内壁在靠近坩埚本体上沿处沿周向设置有向内凸起的台阶结构的技术手段，减小了金属液面与坩埚本体内壁的接触角，增大液态铝的表面张力，解决了当坩埚内的铝料熔融后，金属液面低于坩埚口上沿时，电子束斑点会被反射落在坩埚上，三氧化二铝杂质颗粒会伴随铝膜蒸镀出来的技术问题，在实际蒸镀时，电子束斑完全落在铝料上，不会引入三氧化二铝杂质。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中电子束蒸镀铝膜用坩埚的结构示意图；
图2为本发明中电子束蒸镀铝膜用坩埚一个角度的侧视结构示意图；
图3为本发明中电子束蒸镀铝膜用坩埚放置于水冷坩埚中时另一个角度的侧视结构示意图；
图4为本发明中电子束蒸镀铝膜用坩埚的俯视结构示意图；
图5为使用本发明中电子束蒸镀铝膜用坩埚蒸镀铝膜和在水冷坩埚蒸镀铝膜的电阻率的对比图；
图6为本发明实施例1中一次预熔时，铝物料占电子束蒸镀铝膜用坩埚容积的60％-70％时蒸镀的铝膜的示意图；
图7为本发明实施例1中二次预熔时，铝物料占电子束蒸镀铝膜用坩埚容积的90％时蒸镀的铝膜的示意图；
图8为本发明实施例1中三次预熔时，铝物料占电子束蒸镀铝膜用坩埚容积的120％时蒸镀的铝膜的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明公开了一种电子束蒸镀铝膜用坩埚及其使用方法，解决了电子束蒸发镀膜设备沉积铝薄膜时，铝几乎可以和所有的金属都可以形成合金，影响蒸镀铝膜的纯度，同时造成坩埚的损坏，且水冷坩埚内直接蒸镀铝膜会引入坩埚自身的金属原子的技术问题，本发明不但可以尽量避免引入其他金属元素，同时还可以起到待蒸镀材料与水冷坩埚之间的隔热效果，大大降低电子束蒸镀铝膜的功率，尽量减少蒸镀的铝膜不被氧化。
根据本发明提供的电子束蒸镀铝膜用坩埚，包括坩埚本体，如图1-图4所示，所述坩埚本体为上端半径较大的锥形圆筒结构；所述坩埚本体的材质为纯度高于 99.99％的三氧化二铝。将坩埚本体设置为去除底部的锥形圆筒结构的技术手段，方便了电子束蒸镀时电荷的导走，且坩埚内的铝料只会在底部有少部分氧化，不会像直接使用水冷坩埚的情况下，蒸镀完毕冷却后氧化膜包裹整个铝料。如图5所示，使用本发明中电子束蒸镀铝膜用坩埚蒸镀铝膜和直接在水冷坩埚蒸镀铝膜相比，前者的电阻率明显小于后者。
如图2、图3所示，所述坩埚本体上设置有多条第一缝隙与多条第二缝隙，所述第一缝隙与第二缝隙均沿径向镂空；所述第一缝隙从第一开口端沿纵向延伸并形成第一封闭端，所述第一开口端设置在坩埚本体的上沿；所述第二缝隙从第二开口端沿横向延伸并形成第二封闭端，所述第二开口端与所述第一缝隙连通；所述多条第一缝隙沿周向分布于坩埚本体上，所述一条第一缝隙的两侧均连通有第二缝隙，所述一条第二缝隙仅与一条第一缝隙连通；优选地，所述第一缝隙与第二缝隙的宽度均为0.2mm—2mm。所述多条第一缝隙沿周向均匀分布于坩埚本体上，所述多条第二缝隙均匀设置在第一缝隙的两侧；所述相邻两条第一缝隙的相对侧所连通的第二缝隙依次交错设置，所述相邻的第二缝隙之间的距离相等。所述第一缝隙的数量为4 —16条，第二缝隙的数量为4-32条。所述第一缝隙与第二缝隙之间相互垂直。
三氧化二铝受热后会产生比较大的应力，造成坩埚的无规则开裂。采用在坩埚本体上设置宽度为0.2mm—2mm的第一缝隙与第二缝隙的技术手段，用来阻断热胀冷缩产生的应力，防止坩埚裂开。同时由于液态金属的表面张力比较大，实验验证当缝隙在 2mm以下时，熔融的金属铝并不会从缝隙内流出。宽度0.2mm—2mm的缝隙不但可以阻断热胀冷缩产生的应力，同时还可以防止液态的铝流出与水冷坩埚壁接触。
根据本发明提供的电子束蒸镀铝膜用坩埚的使用方法，采用所述的电子束蒸镀铝膜用坩埚，包括如下步骤：
步骤1：蒸镀铝膜前，向坩埚本体中多次添加铝颗粒预熔，直至待蒸镀的铝材料高出坩埚本体上沿预设距离；
步骤2：使用所述电子束蒸镀铝膜用坩埚蒸镀铝膜。
优选地，步骤1中，所述预设距离为2-5mm。
优选地，步骤2中，如图3所示，蒸镀时，所述坩埚本体放置于水冷坩埚中，熔融的铝液仅接触水冷坩埚的底部，且熔融的铝液面呈凸起状。
当坩埚内的铝料熔融后，金属液面低于坩埚本体上沿时，电子束斑点会被反射落在坩埚上，三氧化二铝杂质颗粒会伴随铝膜蒸镀出来。采取数次预熔添加铝颗粒的方法，使待蒸镀的铝材料高出坩埚口上沿2-5mm，蒸镀时熔融的铝液面呈凸起状。在此之前，为了防止铝材料高出坩埚上沿时溢出，所述坩埚本体内壁在靠近坩埚本体上沿处沿周向设置有向内凸起的台阶结构；所述台阶结构设置在坩埚本体内壁距离坩埚本体上沿2mm—3mm处；所述台阶结构向内延伸的尺寸为1mm。减小金属液面与坩埚壁的接触角，增大液态铝的表面张力。通过这种方法，在实际蒸镀时，电子束斑完全落在铝料上，不会引入三氧化二铝杂质。
实施例1
本实施例选择上外径37mm，下外径26mm，壁厚3mm，高17mm的去底高纯三氧化二铝(纯度99.99％)坩埚本体进行设计切割加工，纵向第一缝隙为6组，沿坩埚本体等间距分布，沟道长13mm，横向的第二缝隙24组，每道第二缝隙长度约占坩埚本体外壁圆周的1/8,缝隙宽度1mm。在距离坩埚上沿2mm处，向内刻出约1mm的台阶。本实施例中，选用美国丹顿真空的电子束蒸镀设备沉积铝膜。在每次预熔和蒸铝膜前，设备腔内真空度要优于1.0Pa,每次蒸镀铝膜的速率均设定为2A/S。铝颗粒为纯度99.99％，衬底为干净的3英寸P型(100)硅片。
在步骤1中蒸镀铝膜前，向坩埚本体中进行三次添加铝颗粒预熔；
如图6所示，第一次添加铝颗粒、预熔后坩埚本体内铝物料的体积约占坩埚容积的60％-70％。此时蒸镀铝膜时，电子束斑被熔融铝的凹液面部分反射在坩埚侧壁和坩埚口上沿，蒸镀的铝膜中有大量的三氧化二铝颗粒。
如图7所示，第二次添加铝颗粒、预熔后坩埚内铝物料的体积约占坩埚容积的90％。此时蒸镀铝膜时，少量的电子被熔融铝的反射在坩埚口上沿，蒸镀的铝膜中的三氧化二铝颗粒数目大大减少，但仍有少量的三氧化二铝杂质颗粒。
如图8所示，第三次添加铝颗粒、预熔后坩埚内铝物料的体积约占坩埚容积的120％。铝材料熔融后高出坩埚上沿约3mm，蒸镀时熔融的铝液面呈凸起状，但并不会溢出，电子束斑完全落在物料上，蒸镀的铝膜中不再三氧化二铝杂质颗粒。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (5)
1.一种电子束蒸镀铝膜用坩埚，其特征在于，包括坩埚本体，所述坩埚本体为上端半径较大的锥形圆筒结构；
所述坩埚本体上设置有多条第一缝隙与多条第二缝隙，所述第一缝隙与第二缝隙均沿径向镂空；
所述第一缝隙从第一开口端沿纵向延伸并形成第一封闭端，所述第一开口端设置在坩埚本体的上沿；所述第二缝隙从第二开口端沿横向延伸并形成第二封闭端，所述第二开口端与所述第一缝隙连通；
所述多条第一缝隙沿周向分布于坩埚本体上，一条第一缝隙的两侧均连通有第二缝隙，一条第二缝隙仅与一条第一缝隙连通；
所述坩埚本体内壁在靠近坩埚本体上沿处沿周向设置有向内凸起的台阶结构；
所述坩埚本体的材质为三氧化二铝；
所述第一缝隙与第二缝隙的宽度均为0.2mm—2mm；
所述台阶结构设置在坩埚本体内壁距离坩埚本体上沿2mm—3mm处；
所述台阶结构向内延伸的尺寸为1mm；
还包括电子束蒸镀铝膜用坩埚的使用方法，采用所述的电子束蒸镀铝膜用坩埚，包括如下步骤：
步骤1：蒸镀铝膜前，向坩埚本体中多次添加铝颗粒预熔，直至待蒸镀的铝材料高出坩埚本体上沿预设距离；
步骤2：使用所述电子束蒸镀铝膜用坩埚蒸镀铝膜；
步骤2中，蒸镀时，所述坩埚本体放置于水冷坩埚中，熔融的铝液仅接触水冷坩埚的底部，且熔融的铝液面呈凸起状；
所述多条第一缝隙沿周向均匀分布于坩埚本体上，所述多条第二缝隙均匀设置在第一缝隙的两侧；
相邻两条第一缝隙的相对侧所连通的第二缝隙依次交错设置，相邻的第二缝隙之间的距离相等。
2.根据权利要求1所述的电子束蒸镀铝膜用坩埚，其特征在于，所述坩埚本体的材质为纯度高于99.99%的三氧化二铝。
3.根据权利要求1所述的电子束蒸镀铝膜用坩埚，其特征在于，所述第一缝隙的数量为4—16条，第二缝隙的数量为4-32条。
4.根据权利要求1所述的电子束蒸镀铝膜用坩埚，其特征在于，所述第一缝隙与第二缝隙之间相互垂直。
5.根据权利要求1所述的电子束蒸镀铝膜用坩埚，其特征在于，步骤1中，所述预设距离为2-5mm。
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| CN106025102A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-10-12 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种蒸镀坩埚 |
-
2022
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Patent Citations (4)
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| Publication number | Publication date |
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| CN115449759A (zh) | 2022-12-09 |
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