RU2000357C1 - Испаритель - Google Patents

Abstract

Использование: в технологии нанесени  пленок в вакууме при производстве приборов микроэлектроники. Сущность изобретени  заключаетс  в том, что в испарителе , обеспечивающем испарение тонкого приповерхностного сло  рабочего материала, в области контактировани  с испар емым материалом испарительный узел имеет гладкую или рифленую поверхность, отверсти  дл  выхода пара располагаютс  вне области контактировани , а нагреватель встроен в корпус нагревательного узла над областью контактировани . Этим достигаетс  неизменность площади испарени  вплоть до полного испарени  материала, что обеспечивает высокое посто нство скорости осаждени  пленок заданного состава, устран етс  попадание на подложку неиспаренных частиц, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к технике нанесени  пленок в вакууме и может быть-использовано в технологии производства приборов микроэлектроники.

Известен испаритель порошкообразных материалов, содержащий нагревательный элемент, выполненный в виде перфорированной ленты, емкость дл  испар емого материала, механизм дл  его подачи к нагревательному элементу, представл ющий собой цилиндр с поршнем .

Известен испаритель дл  получени  пленок многокомпонентных веществ в вакууме , содержащий контейнер дл  испар емого вещества, выполненный в виде охлаждаемого полого цилиндра из диэлектрического материала с узлом подачи испар емого материала, расположенным со стороны одного из его торцов, и нагреватель , выполненный в виде перфорированной пластины и размещенный с возможностью контактировани  со всей площадью другого торца контейнера.

Испарение материала в указанных испарител х достигаетс  при контактировании его с разогретой перфорированной лентой и пластиной, а инжекци  пара в вакуум осуществл етс  через имеющиес  в зоне испарени  отверсти .

Существенный недостаток данных испарителей - ненадежность в работе. Она обусловлена тем, что по мере испарени  материала он Проникает за пределы ленты (пластины), в результате чего сопротивление истечению пара через отверсти  резко возрастает и может произойти их закупорка . Кроме того, пленки, полученные посредством использовани  таких испарителей, отличает пористость из-за выброса в сторою

со

(Я vj

О

ну подложки под давлением паров, создаваемых на участках между отверсти ми в ленте или пластине, частиц неиспаренного материала.

Наиболее близким по технической сущ- ности к изобретению  вл етс  вз тый в качестве прототипа испаритель, содержащий тигель дл  испарени  материала, нагреватель , паропровод, испарительный элемент в виде решетки со стенками ножевидной фор- мы, у которой острые концы обращены в сторону тигл , а поршень дл  подачи материала к испарительному элементу из тигл .

В данном испарителе испарение материала осуществл етс  при его контактиро- вании с разогретой решеткой, за пределы которой пар выходит через образованные в ней ножевидными элементами щели.

Недостатком испарител   вл етс  то, что при его длительной работе без перезаг- рузки испар емого материала получение пленок с идентичной структурой и свойствами невозможно. Вызвано это нарушением посто нства скорости осаждени  (уменьшением ее с увеличением времени работы ис- парител ) вследствие уменьшени  площади контактировани  испар емого материала с решеткой. Последнее обусловлено по влением в материале выступов, между сторонами которых и стенками ножевидных элементов решетки при длительной работе испарител  (при последовательном осаждении пленок на большое количество подложек , при получении толстых .пленок толщиной 1 мкм и т.д.) образуютс  зазо- ры; неравномерностью нагрева решетки (температура нагрева на ее периферии выше , чем в центре).

(,

При длительной работе данного испари- тел  частично компенсировать уменьшение площади контактировани  испар емого материала с решеткой можно только за счет повышени  температуры нагрева последней , увеличени  усили  поджима к ней ис- пар емого материала. Однако при испарении сложных по составу материалов первое ведет к нарушению стехиометрии пара, что на свойствах пленок сказываетс  отрицательно. В то же врем  увеличение усили  поджима ускор ет проникновение материала за пределы решетки и по вление там макрочастиц, веро тность доиспарени  которых крайне мала. Поступление макрочастиц на подложку существенно ухудшает качество пленок.

Цель изобретени  - получение высококачественных пленок с воспроизводимыми структурой и свойствами при длительной работе испарител 

Цель достигаетс  тем, что в испарителе, состо щем из тигл  дл  испар емого материала , нагревател , испарительного узла и поршн  дл  подачи материала к испарительному узлу, в области контактировани  с испар емым материалом, обращенной в сторону тигл , испарительный узел имеет гладкую или рифленую поверхность, причем отверсти  дл  выхода пара располагаютс  вне ее.

Отличительные признаки за вл емого испарител  - получение высококачественных пленок с воспроизводимыми структурой и свойствами при его длительной работе обеспечивают за счет неизменности площади контактировани  с испарительным узлом материала (вплоть до полного его испарени ), обеспечивающей высокое посто нство скорости осаждени  пленок заданного состава, и устранени  проникновени  испар емого материала за пределы испарительного узла.

Не обнаружены технические решени , содержащие совокупность отличительных признаков изобретени , в св зи с чем оно соответствует критерию существенные отличи .

На чертеже схематично показан испаритель , где 1 - испарительный узел, 2 - подающий узел, 3 - корпус испарительного узла, 4 - нагреватель, 5 - отверсти  дл  выхода пара, 6 - тигель, 7 - поршень, 8 - испар емый материал.

Испаритель состоит из испарительного узла 1 и подающего узла 2. Испарительный узел 1 представл ет собой корпус 3 со встроенным нагревателем 4. Дл  выхода пара в вакуум или формирователь потока пара (на чертеже не показан) в корпусе 3 имеютс  отверсти  5, образующие зону инжекции пара . Узел 2 состоит из тигл  6 с помещенным в его внутреннюю полость поршнем 7, служащим дл  подачи материала 8 в зону испарени .

Поверхность корпуса 3, обращенна  в сторону тигл  6, в области контактировани  с испар емым материалом 8 (в зоне испарени ) гладка  или рифлена . Отверсти  5 в корпусе 3 располагаютс  за пределами области контактировани . Стыковка подающего узла 2 с испарительным узлом 1 и контактирование испар емого материала 8 с корпусом 3 осуществл етс  посредством механизмов продольного перемещени , соединенных с тиглем 6 и штоком поршн  7 соответственно. При необходимости тигель 6 может охлаждатьс  водой или любыми другими хладагентами.

Корпус 3 выполн етс  ич материала с хорошей теплопроводиост (,ю (и МРДИ с з щитным покрытием, из никел  или хрома, окиси берилли  и т.д.). Рифление его поверхности в зоне испарени  может достигатьс  нанесением на нее, например, множества бороздок. Оно увеличивает площадь контактировани  материала 8, если он используетс  в виде порошка, таблетки или стержн  с низкой механической прочностью. Нагреватель 4 может выполн тьс  из вольфрама, тантала, нихрома и т.п., в качестве него могут также использоватьс  выпускаемые промышленностью источники инфракрасного излучени . Материалами дл  изготовлени  тигл  6 могут служить как металлы, так и полупроводники или диэлектрики.

Работает испаритель следующим образом .

Исходное состо ние испарител  - узел 2 отстыкован от испарительного узла 1.. Испар емый материал 8 в виде порошка, таблетки или стержн  помещаетс  во внутреннюю полость тигл  6. После включени  нагревател  4, обеспечивающего равно- мерный разогрев корпуса 3 в зоне испарени  до заданной рабочей температуры , узел 2 с помощью механизма продольного перемещени  тигл  6 герметично пристыковываетс  к испарительному узлу 1. Затем посредством механизма продольного перемещени  поршн  7 обеспечиваетс  надежное контактирование материала 8 с поверхностью корпуса 3 в зоне испарени . Тонкий поверхностный слой материала 8 разогреваетс  и испар етс . За пределы испарительного узла 1 пар из зоны испарени  поступает через отверсти  5.

Врем  испарени  материала 8 определ етс  временем его контактировани  с разогретой поверхностью корпуса 3 испарительного узла 1 в зоне испарени . Прекращение испарени  достигаетс  нарушением теплового контакта материала 8 с корпусом 3, осуществл емое либо отстыковкой тигл  6 от испарительного узла 1, либо отведением только поршн  7 (в случае закреплени  на последнем материале 8 в форме таблетки или стержн ).

Как показали экспериментальные исследовани , выполнение испарительного узла с гладкой или рифленой поверхностью в области контактировани  с испар емым материалом и вынос отверстий дл  выхода пара за ее пределы в сравнении с испарителем аналогичного назначени  (прототипом) обеспечивают получение высококачественных (беспористых, с идентичными структурой и свойствами) пленок заданного состава при полном испарении большой массы рабочего материала. Достигаетс  это высоким посто нством скорости осаждени 

пленок, устранением проникновени  испар емого материала за пределы испарительного узла.

Высокое посто нство скорости осажде- 5 ни  о за вл емом испарителе обеспечиваетс  за счет следующего. Во-первых, контактирующий с испарить ьным узлом приповерхностный слой материала прогреваетс  равномерно, так как. как показали

10 эксперименты,различие в значени х температур нагрева в центре и на периферии зоны испарени  испарительного узла составл ет единицы К у прототипа такое различие может достигать несколько дес тков К). Во5 вторых, контактирует . материал с испарительным узлом в зоне испарени  практически без зазоров. При этом обеспечиваетс  свободное истечение пара в зону его инжекции за пределы испарительного

0 узла, а при поджиме к нему материала требуетс  усилие не менее чем в два раза меньшее по сравнению с усилием, прикладываемым к поршню при работе прототипа . Последнее в случае испарени  мате5 риала, спрессованного в таблетки или стержни, позвол ет снизить требовани  к их механической прочности.

Устранение проникновени  рабочего материала за пределы испарительного узла,

0 что при использовании прототипа ведет к по влению там макрочастиц, обуславливаетс  тем, что отверсти  дл  выхода пара наход тс  вне зоны испарени  и выдавливание через них материалов не происходит.

5 Это ведет к устранению пористости в пленках , снижению до минимума непроизводительных потерь испар емого материала.

За вл емый испаритель конструктивно прост, может использоватьс  с любыми се0 рийно выпускаемыми установками дл  получени  пленок в вакууме, позвол ет осуществл ть полное испарение большого количества материала, достаточного дл  работы не менее одной рабочей смены.

5 П р и м е р. В за вл емом испарителе красный кубовый краситель, предварительно спрессованный в стержень диаметром 18 мм и длиной 40 мм. Поверхность корпуса испарительного узла в зоне испарени  риф0 лена .

Установлено, что применение данного

испарител  вплоть до полного испарени 

. красител  обеспечивало получение пленок

со скорост ми осаждени , отличающимис 

Claims (2)

1. 5 друг бт друга не более чем на 10%. Материал испар лс  без видимого обуглероживани , равномерно. Все полученные пленки отличала стехиометричность состава, идент ч- ность их структуры и свойств, отсутствие пор. При использовании испаритрл -прототипа скорость осаждени  по мере расходовани  испар емого материала заметно уменьшалась (уже при его испарении 20% она уменьшалась в 1.6 раза).На торце красител  по вл лись выступы со следами их разрушени , кра  его значительно скругл лись . Вследствие увеличени  времени контактировани  с испарительным узлом испар емого материала происходило обуглероживание его приповерхностного сло . В результате качество пленок по мере испарени  материала заметно ухудшалось. Формула изобретени  1. Испаритель, содержащий тигель с испар емым материалом, нагреватель, испа0

   5

   рительный узел, поршень дл  подачи материала к испарительному узлу, отличающийс  т ем. что. с целью повышени  качества наносимых пленок при длительной работе испарител , испарительный узел в области контактировани  с испар емым материалом , обращенной в сторону тигл , имеет гладкую или рифленую поверхность с отверсти ми дл  выхода пара, расположенными вне поверхности контактировани .
2. 2. Испаритель поп.1,отличающий- с   тем, что нагреватель установлен в корпусе испарительного узла над поверхностью контактировани  с испар емым материалом.