CN220685230U - 坩埚组件及电子束蒸镀装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种坩埚组件及电子束蒸镀装置，涉及半导体技术领域。坩埚组件包括第一坩埚和第二坩埚，所述第一坩埚包括第一底壁和第一侧壁，所述第一侧壁连接并围设于所述第一底壁的外周缘；所述第二坩埚围设于所述第一坩埚外侧，所述第一底壁与所述第二坩埚连接，所述第一侧壁与所述第二坩埚间隔设置，在远离所述第一底壁的方向上，所述第一坩埚的直径逐渐增大。本申请提供的坩埚组件能够避免出现液态金属迸溅、挥发的情况。

Description

坩埚组件及电子束蒸镀装置

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种坩埚组件及电子束蒸镀装置。

背景技术

电子束真空蒸镀是半导体的加工工艺中常用的加工工艺，在进行电子束真空蒸镀工艺之前，需要提前将黄金进行预熔。黄金预熔通常是由人为手动操作，具体为将黄金放入坩埚组件内，人工手握电子枪，对黄金进行加热预熔。这样的人工黄金预熔操作容易造成钨坩埚中的黄金液体迸溅、升华或挥发，造成黄金被浪费的情况。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的是为了克服现有技术中的不足，本申请提供了一种坩埚组件及电子束蒸镀装置，以解决现有技术中坩埚组件中的某个位置热量过于集中，使黄金液体在预熔操作中发生升华或挥发的技术问题。

本申请提供了：

一种坩埚组件，包括：

第一坩埚，包括第一底壁和第一侧壁，所述第一侧壁连接并围设于所述第一底壁的外周缘；

第二坩埚，所述第二坩埚围设于所述第一坩埚外侧，所述第一底壁与所述第二坩埚连接，所述第一侧壁与所述第二坩埚间隔设置，在远离所述第一底壁的方向上，所述第一坩埚的直径逐渐增大。

另外，根据本申请的坩埚组件，还可具有如下附加的技术特征：

在本申请的一些实施方式中，在远离所述第一底壁的方向上，所述第一坩埚的直径线性增大。

在本申请的一些实施方式中，所述第二坩埚包括第二底壁和第二侧壁，所述第二侧壁连接并围设于所述第二底壁的外周缘。

在本申请的一些实施方式中，所述第一底壁与所述第二底壁连接，所述第一侧壁和所述第二侧壁间隔设置。

在本申请的一些实施方式中，所述第一底壁靠近所述第二坩埚一侧的直径为D1，所述第一坩埚的最大直径为D2，其中，0.6＜D1/D2＜0.7。

在本申请的一些实施方式中，所述坩埚组件还包括隔离片，所述隔离片夹设于所述第一底壁和所述第二底壁之间；

所述隔离片的厚度为H4，满足0.5mm＜H4＜5mm。

在本申请的一些实施方式中，所述隔离片的直径为D3，其中，0.8＜D1/D3＜1.2。

在本申请的一些实施方式中，所述第一底壁的厚度为H1，所述第一侧壁的厚度为H2，其中，1≤H1/H2≤1.2。

在本申请的一些实施方式中，所述第一坩埚的高度为H3，满足20mm＜H3＜30mm。

在本申请还提供了一种电子束蒸镀装置，包括上述任一实施例所述的坩埚组件。

相对于现有技术，本申请的有益效果是：本申请提出一种坩埚组件，通过设置所述第二坩埚围设于所述第一坩埚外侧，并使所述第一坩埚的所述第一底壁与所述第二坩埚连接，所述第一侧壁与所述第二坩埚间隔设置，同时，还设置在远离所述第一底壁的方向上，所述第一坩埚的直径逐渐增大。这样，可以减少第一坩埚与第二坩埚的接触面积，进而减少电子束的热量流失，使电子束能够以设定功率进行金属的预熔操作，避免出现人为加大电子束功率造成的容器中的某个位置热量过于集中使液态金属迸溅、挥发的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请一些实施例中坩埚组件的结构示意图之一；

图2示出了本申请一些实施例中坩埚组件的结构示意图之二。

主要元件符号说明：100-坩埚组件；110-第一坩埚；111-第一底壁；112-第一侧壁；120-第二坩埚；121-第二底壁；122-第二侧壁；130-隔离片。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示，本申请的实施例提供了一种坩埚组件100，包括第一坩埚110和第二坩埚120。其中，第二坩埚120围设于第一坩埚110外侧，用于冷却第一坩埚110。

金属源置于第一坩埚110内，电子枪发出电子束对金属源进行预熔。第二坩埚120内或者第二坩埚120远离第一坩埚110的第一表面有电子束蒸镀装置的冷却水流经，用于防止预熔金属源的热量被传递到带动至电子束蒸镀装置的其他部件而损坏电子束蒸镀装置。

在电子束预熔金属时，现有的预熔工艺是将金属源直接放在铜坩埚中进行预熔，由于循环冷却水以及铜坩埚导热效果好的原因，造成预熔时金属源上的热量流失很快，使得这种方式蒸发金属的效率很低，增加了工作时间和企业成本。另外，铜的熔点是1083℃，铝的熔点是660℃，黄金的熔点是1064℃，银的熔点是961℃，铂的熔点是1772℃，铜坩埚可用于铝材料的预熔，无法应用于预熔黄金、银、铂金等材料的预熔。

针对上述问题，设置第一坩埚110为钨坩埚或石墨坩埚，第二坩埚120为铜坩埚。在本实施方式中，第一坩埚110采用钨一体成型制成，第二坩埚120采用无氧铜制成。钨的熔点是3410℃，用钨粉制作的钨坩埚具有熔点沸点高，耐高温，强度好，抗磨耐腐蚀，热传导率大，热膨胀系数小，适用于大多数金属的预熔，增加了坩埚组件100的实用性。

在本实施方式中，将钨坩埚放置在铜坩埚内，将金属源放置在钨坩埚内进行预熔操作。这样的双层坩埚结构，可以避免金属源直接与铜坩埚接触，降低预熔金属源的热量流失速度，降低电子束的功率。

现有的钨坩埚装在铜坩埚中，铜坩埚中通常有冷却水流经，在预熔过程中，电子枪经过钨坩埚与铜坩埚接触的区域会人为将电子束功率加大，以达到黄金完全预熔的目的。然而这样的操作容易造成钨坩埚中的某个位置热量过于集中，从而导致钨坩埚内黄金颗粒或黄金液体在预熔操作中发生迸溅、升华或挥发。

在本实施方式中，第一坩埚110包括第一底壁111和第一侧壁112，第一侧壁112连接并围设于第一底壁111的外周缘，第一底壁111与第二坩埚120连接，第一侧壁112与第二坩埚120间隔设置。这样，使得钨坩埚和铜坩埚之间具有间隙，减少散热面积，降低热量流失。

具体的，第二坩埚120包括第二底壁121和第二侧壁122，第二侧壁122连接并围设于第二底壁121的外周缘。第一底壁111与第二底壁121连接，第一侧壁112和第二侧壁122间隔设置。通过在钨坩埚与铜坩埚之间设置间隙，在电子束照射装在钨坩埚内的金属源时，金属源吸收能量，由于该间隙的存在，可极大地降低了钨坩埚与铜坩埚之间的导热率。

而且由于电子束蒸镀装置都是在真空状态下工作，该间隙又使得钨坩埚与铜坩埚之间处于真空隔热状态，二者之间导热率非常低。这意味着用设定的电子束功率即可对金属源各处进行预熔，而且钨坩埚内的金属源融化均匀，可以有效避免现有技术中人工加大电子束功率引起的液体金属迸溅、挥发的情况发生。当金属源为黄金、银、铂金等贵价金属时，可以防止浪费，降低生产成本。

需要说明的说，间距L1的大小与第二侧壁122和第一侧壁112的形状相关。

如图1所示，在本实施方式中，第一侧壁112为倾斜壁，第二侧壁122为平直壁。第二侧壁122的直径为D4，D4的大小为50mm，沿远离第一底壁111的方向上，第一侧壁112和第二侧壁122之间的间距L1逐渐缩小。最大为10.6mm，最小为2.1mm。第二侧壁122和第一侧壁112之间的间距为L1，满足2.1mm≤L1≤10.6mm。这样的间隙大小，可以降低钨坩埚与铜坩埚之间的导热率，减少电子束热量流失。

在其他实施方式中，如图2所示，第一侧壁112和第二侧壁122均为倾斜壁，沿远离第一底壁111的方向上，第一侧壁112和第二侧壁122之间的间距L1不变，此时，第二侧壁122和第一侧壁112之间的间距为L1，满足2.1≤L1≤10.6mm。这样的间隙大小，可以降低钨坩埚与铜坩埚之间的导热率，减少电子束热量流失。

在本实施方式中，在远离第一底壁111的方向上，第一坩埚110的直径逐渐增大。第一底壁111靠近第二坩埚120的一侧的直径为D1，满足23mm＜D1＜33mm，第一坩埚110的最大直径(口径)为D2，满足40mm＜D2＜48mm。其中，0.6＜D1/D2＜0.7，这样的设计，一方面，通过将钨坩埚设置为上面直径大、下面直径小的回转体形状，方便手持电子枪进行加热操作。另一方面，通过减小第一底壁和第二底壁的连接面积，使钨坩埚与铜坩埚的接触面进一步缩小，减少电子束热量流失。

在本实施方式中，D1的大小为28.75mm，D2的大小为45.8mm。在其他实施方式中，D1的大小是26.25mm、29.05mm、32.15mm中的任一个，D2的大小还可以是41.30mm、44.25mm、47.15mm中的任一个。

在本实施方式中，D1/D2＝0.63，在其他实施方式中，D1/D2是0.61、0.62、0.64、0.65、0.66、0.67、0.68、0.69中的任一个。

坩埚组件100还包括隔离片130，隔离片130夹设于第一底壁111和第二底壁121之间。通过设置隔离片130，在缩小钨坩埚与铜坩埚的接触面的基础上，进一步降低钨坩埚与铜坩埚之间的导热率，减少电子束热量流失。

在本实施方式中，隔离片130呈圆形，隔离片130的形状应与第一底壁111靠近第二底壁121一侧的形状一致。

隔离片130的厚度为H4，满足0.5mm＜H4＜5mm，隔离片130的直径为D3，满足23mm＜D3＜33mm。

在本实施方式中，H4的大小为1mm，D3的大小为28mm。在其他实施方式中，H4的大小是0.55mm、1.55mm、3.15mm中的任一个，D3的大小还可以是26.55mm、29.85mm、32.05mm中的任一个。

其中，0.8＜D1/D3＜1.2。这样，可以使第一底壁111和第二底壁121之间被充分隔开，降低钨坩埚和铜坩埚之间的热传导率。

隔离片130采用石墨制成，石墨隔离片130的储热能力更优良，使石墨隔离片130均匀热量的效果更好。将石墨隔离片130垫在钨坩埚底面，石墨隔离片130可分散、均匀电子枪的热量，避免温度集中使金属源升华。石墨隔离片130储热效果优良，避免电子枪输出的能量散发的周围空间，降低金属源预熔的成本。

第一底壁111的厚度为H1，满足2mm＜H1＜8mm；第一侧壁112的厚度为H2，满足2mm＜H2＜8mm。且，1≤H1/H2≤1.2，在本实施方式中，H1/H2＝1，在本实施方式中，H1的大小为5mm，H2的大小为5mm。这样的厚度设置可以防止预熔阶段时因电子束能量过高损坏钨坩埚。

在其他实施方式中，H1的大小是3.5mm、4.7mm、6.6mm中的任一个，H2的大小还可以是3.5mm、4.7mm、6.6mm中的任一个。这样的厚度设置同样可以防止预熔阶段时因电子束能量过高损坏钨坩埚。

在其他实施方式中，H1/H2还可以为1.05、1.1、1.15、1.2。这样，可以使第一底壁的厚度略大于第一侧壁的厚度，进一步降低金属源的热量流失速度。

通常，电子枪能量输出范围设定在距离石墨隔离片130的高度。第一坩埚110的高度为H3，满足20mm＜H3＜30mm。在本实施方式中，H3的大小为25.16mm。在其他实施方式中，H3的大小是22.65mm、28.90mm、29.15mm中的任一个。这样的高度设计，使电子束能量到达的位置与钨坩埚相匹配，电子束的热量集中于钨坩的中心位置。

在本申请还提供了一种电子束蒸镀装置，包括上述任一实施例中的坩埚组件、真空腔体和电子枪，坩埚组件和电子枪分别设置于真空腔体内，电子枪用于喷出火焰融化第一坩埚层内的金属源。

电子束蒸镀装置用于黄金预熔的操作如以下：

(1)将黄金颗粒放置在直径为45.8mm的钨坩埚中；

(2)将钨坩埚和黄金颗粒转移到铜坩埚内；

(3)使用1mm厚度的石墨隔离片贴附在钨坩埚的外底部；

(4)预熔前需将电子束蒸镀装置的腔体抽真空，电子束蒸镀装置腔体真空值需保持8.0*10-6Torr及以下；

(5)电子枪能量输出范围设定在距离石墨隔离片10cm的高度；

(6)预熔过程中保持电子枪的输出功率不变至黄金全部融化成液态；

(7)设置电子束蒸镀装置进入破真空阶段，腔体真空至大气状态，预熔工序结束。

在黄金的预熔过程中，由于坩埚组件中的钨坩埚的第一侧壁与铜坩埚间隔设置，间隙最小为2.1mm，最大为10.6mm；同时，还设置第一底壁靠近铜坩埚一侧的直径为28.75mm。这样，可以减少钨坩埚与铜坩埚的接触面积，进而减少电子束的热量流失，使电子束能够以设定功率进行金属的预熔操作，避免出现人为加大电子束功率造成的容器中的某个位置热量过于集中使液态金属迸溅、挥发的情况。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种坩埚组件，其特征在于，包括：

第一坩埚，包括第一底壁和第一侧壁，所述第一侧壁连接并围设于所述第一底壁的外周缘；

第二坩埚，所述第二坩埚围设于所述第一坩埚外侧，所述第一底壁与所述第二坩埚连接，所述第一侧壁与所述第二坩埚间隔设置，在远离所述第一底壁的方向上，所述第一坩埚的直径逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的坩埚组件，其特征在于，在远离所述第一底壁的方向上，所述第一坩埚的直径线性增大。

3.根据权利要求1所述的坩埚组件，其特征在于，所述第二坩埚包括第二底壁和第二侧壁，所述第二侧壁连接并围设于所述第二底壁的外周缘。

4.根据权利要求3所述的坩埚组件，其特征在于，所述第一底壁与所述第二底壁连接，所述第一侧壁和所述第二侧壁间隔设置。

5.根据权利要求3所述的坩埚组件，其特征在于，所述第一底壁靠近所述第二坩埚一侧的直径为D1，所述第一坩埚的最大直径为D2，其中，0.6＜D1/D2＜0.7。

6.根据权利要求5所述的坩埚组件，其特征在于，所述坩埚组件还包括隔离片，所述隔离片夹设于所述第一底壁和所述第二底壁之间；

所述隔离片的厚度为H4，满足0.5mm＜H4＜5mm。

7.根据权利要求6所述的坩埚组件，其特征在于，所述隔离片的直径为D3，其中，0.8＜D1/D3＜1.2。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的坩埚组件，其特征在于，所述第一底壁的厚度为H1，所述第一侧壁的厚度为H2，其中，1≤H1/H2≤1.2。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的坩埚组件，其特征在于，所述第一坩埚的高度为H3，满足20mm＜H3＜30mm。

10.一种电子束蒸镀装置，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的坩埚组件。